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1、数控机床第五章主轴驱动及控制数控机床第五章主轴驱动及控制本章内容本章内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 主轴驱动装置的工作原理主轴驱动装置的工作原理第三节第三节 主轴分段无级调速控制主轴分段无级调速控制第四节第四节 主轴准停控制主轴准停控制数控机床第五章主轴驱动及控制第一节第一节 概述概述对主轴驱动的要求对主轴驱动的要求 o较宽的调速范围、无级调速o恒功率范围要宽o要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制，要求在有四象限的驱动能力，并且加减速时间短。o为满足加工中心自动换刀（ATC）以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控制。o在车削中心上，还要求主轴能具有旋转进给轴（C轴
2、）的控制功能。数控机床第五章主轴驱动及控制第二节第二节 主轴驱动装置的工作原理主轴驱动装置的工作原理一、对主轴电动机的要求一、对主轴电动机的要求o电动机的输出功率要大。o在大的调速范围内速度应稳定，而且恒功率的速度范围宽。o在断续负载下电动机转速波动小，过载能力强。o加减速时间短。o电动机温升低。o振动、噪声小。o电动机的可靠性高、寿命长、维护容易。o体积小，重量轻。分类分类：主轴直流电动机：励磁式直流电机类型中的他激直流电机。主轴交流电动机：鼠笼型感应电动机 数控机床第五章主轴驱动及控制二、交流主轴电动机二、交流主轴电动机第二节第二节 主轴驱动装置的工作原理主轴驱动装置的工作原理数控机床第五
3、章主轴驱动及控制1、交流主轴驱动系统调速：转速公式：调速方法：变频调速是最适用的方法，主要有：压频（u/f）调速 矢量变换控制调速三、交流主轴驱动装置三、交流主轴驱动装置f 定子电源频率p 磁激对数S 转差率ns 定子旋转磁场转速n 转子转速数控机床第五章主轴驱动及控制Tn10203040100020003000恒转矩调速特性曲线1、交流主轴驱动系统调速变频调速的控制方法恒转矩调速 T=CTmI2cos 2 其中T不变，则需u1/f1为常数k11：定子每相绕组等效匝数m：每极磁通量u1：定子相电压CT：转矩常数I2：折算到定子上的转子电流Cos2：转子电路功率因数数控机床第五章主轴驱动及控制T
4、n10203040100020003000恒Tm调速特性曲线1、交流主轴驱动系统调速变频调速的控制方法恒最大转矩Tmax调速若低速时Tmax不变，则需E1/f1为常数数控机床第五章主轴驱动及控制1、交流主轴驱动系统调速变频调速的控制方法恒功率调速10203040506010002000nT数控机床第五章主轴驱动及控制三、交流主轴驱动装置三、交流主轴驱动装置2、交流主轴驱动特性曲线转矩与转速的关系曲线功率与转速的关系曲线数控机床第五章主轴驱动及控制第三节第三节 主轴分段无级调速控制主轴分段无级调速控制一、概述数控机床常采用14挡齿轮变速与无级调速相结合的方式，即所谓分段无级变速的方式，来弥补电动
5、机低速段输出力矩无法满足机床强力切削的要求，采用机械齿轮减速，增大了输出扭矩，并利用齿轮换挡扩大了调速范围。MM41M42数控系统通过程序中的S代码来控制主轴电动机的驱动调速电路，同时采用开关量信号（程序上用M41M44代码）来控制机械齿轮变速自动换挡的执行机构。数控机床第五章主轴驱动及控制二、自动换挡的实现自动换挡执行机构是一种电机转换装置，常用的有液压拨叉和电磁离合器。o液压拨叉换挡 液压拨叉是一种用一只或几只液压缸带动齿轮移动的变速机构。到位：感应开关等元件检测。顶齿处理：微电机缓慢旋转。o电磁离合器换挡 数控机床中常使用无滑环摩擦片式电磁离合器和牙嵌式电磁离合器。第三节第三节 主轴分段无级调速控制主轴分段无级调速控制数控机床第五章主轴驱动及控制第三节第三节 主轴分段无级调速控制主轴分段无级调速控制液压拨叉换挡顶齿处理：正常工作时，离合器脱开，齿轮换挡时，主轴M1停止工作而离合器吸合，微电动机M2工作，带动主轴慢速转动。同时，油缸移动齿轮，从而顺利啮合。数控机床第五章主轴驱动及控制第四节第四节 主轴准停控制主轴准停控制一、定义 主轴准停功能：又称主轴定位功能，当主轴停止时，能控制其停于固定位置。二、控制方式 机械准停、电气准停磁传感器准停编码器准停数控系统准停