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  • 磨削技術(shù)

    超高速磨床高速電主軸結(jié)構(gòu)及工作原理

    發(fā)布時(shí)間:2020/6/29
      超高速磨床的總體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)大件要有很高的動(dòng)、靜剮度,通常采用有限元法進(jìn)行分析和優(yōu)化,機(jī)床的安全防護(hù)也很重要,但最關(guān)鍵的還是主軸系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)。
      (1)電主軸結(jié)構(gòu)與類型 電主軸系統(tǒng)構(gòu)成如圖20所示,主要由電主軸、變頻驅(qū)動(dòng)模塊、CNC控制系統(tǒng)、油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)、恒溫強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)和高壓供氣系統(tǒng)等組成。
      當(dāng)前的高速電主軸i,幾乎都是內(nèi)置異步交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。異步型電主軸的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,制造工藝相對(duì)成熟和安裝方便,特別是可以更大限度地減弱磁場(chǎng),易于實(shí)現(xiàn)高速化。
      國(guó)外正研討在電主軸中內(nèi)置交流永磁同步電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題。與異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比,永磁同步電動(dòng)機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn):用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子在工作過(guò)程中不發(fā)熱,解決了目前內(nèi)置的異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱且難于充分冷卻的問(wèn)題;功較大的功率和轉(zhuǎn)矩;低速性能好,易于弱點(diǎn),那就是功率容量有限,弱磁困難床公司有內(nèi)置永磁同步電動(dòng)機(jī)的電主軸此種產(chǎn)品出售。有不少人認(rèn)為,對(duì)在弱壓縮空氣過(guò)濾裝置電主軸
      圖20電主軸系統(tǒng)構(gòu)成率密度大,工作效率高,即可用較小的尺寸得到實(shí)現(xiàn)精密控制等。然而,永磁同步電動(dòng)機(jī)也有其.不利于實(shí)現(xiàn)高速化。故迄今為止,只有個(gè)別機(jī)在展會(huì)上亮相,而專業(yè)化的電主軸制造廠尚沒(méi)有磁場(chǎng)運(yùn)行的高轉(zhuǎn)速電主軸,似乎用異步感應(yīng)電動(dòng)
      (2)電主軸工作原理 電主軸工作時(shí),直接帶動(dòng)刀具高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的高速切削。切削的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力由中部的電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子提供。切削速度通過(guò)永磁電機(jī)的調(diào)速控制模塊改變變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的供電頻率和供電電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。電主軸的高剛性主要由主軸本身的剛度、軸承剮度、主軸與軸承及軸承座之間的結(jié)合面剛度來(lái)保證。
      電主軸的高精度主要由總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)精度、主軸精度、軸承精度、軸承定位環(huán)及軸承隔圈精度和軸系零件的裝配精度來(lái)保證。
      為了有效控制軸承、主軸和電動(dòng)機(jī)的溫升,該電主軸配備有外循環(huán)的強(qiáng)制恒溫冷卻系統(tǒng),可保證軸承和電動(dòng)機(jī)工作在允許的溫度條件之下。
      目前主要采用PWM變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電主軸的高速化,執(zhí)行此項(xiàng)任務(wù)的既有普通變頻調(diào)速器,又有矢量控制驅(qū)動(dòng)器。前者為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng),輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比;后者在低速端(額定轉(zhuǎn)速以下)為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng),在中、高速端為恒功率驅(qū)動(dòng)。高速數(shù)控磨床電主軸,基本上都采用后者(即矢量控制驅(qū)動(dòng)器)。矢量控制驅(qū)動(dòng)器又有開(kāi)環(huán)型和閉環(huán)型之分,閉環(huán)型在主軸上裝有高性能編碼器作為檢測(cè)元件,以實(shí)現(xiàn)位置和速度反饋,從而有更好的動(dòng)態(tài)性能,還可以實(shí)現(xiàn)主軸的定向準(zhǔn)停和C軸功戧。
      主軸電動(dòng)機(jī)和機(jī)床主軸合為一體的電主軸,“高頻主軸”。圖7-21所示為電主軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,接驅(qū)動(dòng)主軸,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、主軸一體化的功能。
      通常采用的是交流高頻電動(dòng)機(jī),故也稱為其主要特征是將電動(dòng)機(jī)內(nèi)置于主軸內(nèi)部。
      
       圖21 電主軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
      1-電源接口;2-電動(dòng)機(jī)反饋;3-后軸承;4-無(wú)外殼主軸電動(dòng)機(jī);5-主軸;6-主軸箱體;7-前軸承
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