数控机床电主轴与进给系统结构设计 --高速电主轴结构设计.pptVIP

直线电机在活塞异形外圆车削加工中的应用 在精密车削非圆截面零件(如内燃机的中凸变椭圆活塞、航天工业的异型轴、光学仪器的非轴对称透镜)时,要求驱动刀具的微进给机构应具有高频响、大行程、高精度的特点,传统的微进给元件很难满足要求。 针对产量最大的非圆截面零件——中凸变椭圆活塞的车削加工,国防科学技术大学非圆切削研究中心开发了基于直线电机的高频响大行程数控进给单元。直线电机进给单元结构如图： 当用于数控活塞机床时,工作台尺寸为600 mm×320 mm(长×宽),行程100 mm,最大推力为1 600 N,最大加速度可达13g,其横截面如图所示。 由于直线电机动子和工作台已固定在一起,所以该单元只能采用闭环控制。如图所示为该单元的控制系统简图。 这是一个双闭环系统,内环是速度环,外环是位置环,采用高精度光栅尺作为位置检测元件。位置控制的定位精度取决于光栅的分辨率。由于位置闭环包括了机床进给部分,所以机械系统的误差可以由反馈得以消除,从而可以获得较高 由于采用了“四方向等载荷型”滚动导轨,并对工作台进行了合理的设计,该单元动静摩擦因数差别很小;定位精度高,刚度好,承载能力强;精度保持性好,使用寿命长。 数控机床电主轴与进给系统结构设计--高速电主轴结构设计 --直线伺服电机进给系统结构 高速电主轴的结构设计 1. 高速电主轴概述。 2. 高速电主轴技术的发展及现状。 3.高速电主轴的结构设计。 一高速电主轴概述 高速主轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分，是高速机床的核心部件。这四个部分构成一个动力学性能及稳定性良好的系统，在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。从目前发展现状来看，主轴单元形成独立的单元而成为功能部件以方便地配置到多种加工中心及高速机床上，而且越来越多地采用电主轴类型。 集成内装式电主轴：其主轴由内装式电机直接驱动，这种结构基本上取消了带传动和齿轮传动等中间传动环节从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床主轴的“零传动”。这是一种由内装式电机和机床主轴“合二为一”的传动形式，即采用无外壳电机，将其空心转子直接套装在机床的主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体内，形成内装式电机主轴（ Build-in Motor Spindle），或称高速电主轴（ High-speed Motorized Spindle）。电主轴典型的结构和系统组成如图所示。 高速电主轴的结构紧凑、重量轻、惯性小、响应特性好，并可改善主轴的动平衡，减少振动和噪声，是高速机床主轴单元的理想结构。 相比普通主轴三大优点： 1. 如果电机仍采用皮带或齿轮等方式传动，则在高速运转条件下所产生的振动和噪声等问题难以解决，必会影响机床的加工精度、加工表面粗糙度。 2.为了提高生产率，要求在最短时间内实现高的速度变化，即主轴回转时要具有极大的角加速度。达到这个要求的最经济的办法，是主轴传动系统的转动惯量尽可能地减小。而将电机内置，省掉齿轮、皮带等一系列中间环节，才是达到这一目标的理想途径。 3.电机内置于主轴两支承之间，可提高主轴系统的刚度，也就是提高了系统的固有频率，从而提高了其临界转速值。 三大性能指标： 1.使用寿命: 指更换一次轴承时主轴的累计工作时间。实际上就是指轴承的使用寿命。 2.主轴前端径向刚度 是指电主轴工作端在单位径向力作用下产生的位移。这一指标对加工精度、生产效率影响很大。在其它条件相同的情况下，径向刚度越大，工作效率就越高。 3.临界转速 是指当主轴旋转时，会使主轴出现挠度急剧增大、转动失稳现象的那些旋转速度。主轴工作转速应远离各阶临界转速，否则主轴将有可能处于共振区而产生剧烈振动。 二高速电主轴技术的发展及现状 早在 20 世纪 50 年代，就己出现了用于磨削小孔的高频电主轴，当时的变频器采用的是真空电子管，虽然转速高，但传递的功率小，转矩也小。随着高速切削发展的需要和功率电子器件、微电子器件和计算机技术的发展，产生了全固态元件的变频器和矢量控制驱动器；加上混合陶瓷球轴承的出现，使得在 20 世纪 80 年代末、90 年代初出现了用于铣削、钻削、加工中心及车削等加工的大功率、大转矩、高转速的电主轴。