數(shù)控銑床電主軸系統(tǒng)設(shè)計——開題

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1、引言高速機床是實現(xiàn)高速切削加工的前提和條件。高速數(shù)控機床是裝備制造業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展方向之一，是裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。高速數(shù)控機床的工作性能，首先取決于高速主軸的性能。高速銑床上的電主軸系統(tǒng)多采用高速電主軸。高速電主軸是由內(nèi)裝式交流變頻伺服電機直接驅(qū)動，機床主軸轉(zhuǎn)速高，功率大，結(jié)構(gòu)簡單，在高轉(zhuǎn)速下可保持良好的動平衡！數(shù)控銑床高速主軸單元包括主軸動力源、主軸、軸承和機架等幾個部分，它影響加工系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性及應(yīng)用范圍，其動力學(xué)性能及穩(wěn)定性對高速加工起著關(guān)鍵的作用。高速高精度主軸單元系統(tǒng)，應(yīng)該具有剛性好、

2、回轉(zhuǎn)精度高、運轉(zhuǎn)時溫升小、穩(wěn)定性好、功耗低、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，同時，制造及操作成本也要中。要滿足這些要求，主軸的制造及動平衡、主軸的支撐、主軸系統(tǒng)的潤滑和冷卻、主軸系統(tǒng)的剛性等是很重要的。高速主軸單元的類型主要有電主軸、氣動主軸、水動主軸等。不同類型的高速主軸單元輸出功率相差較大。高速加工機床主軸要求在極短的時間內(nèi)實現(xiàn)升降速，并在指定位置快速準(zhǔn)停。這就需要主軸有較高的角減速度和角加速度。如果通過傳動帶等中間環(huán)節(jié)，不僅會在高速狀態(tài)下打滑，產(chǎn)生振動和噪聲，而且增加轉(zhuǎn)動慣量，給機床快速準(zhǔn)、停造成困難！電主

3、軸是一種新型的機械結(jié)構(gòu)形式。是一種主軸電機一體化的主軸單元，即所謂的內(nèi)裝式電機主軸。它采用無外殼電機，將帶有冷卻套的電機定子裝配在主軸單元的殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子和機床主軸旋轉(zhuǎn)部分做成一體，主軸的變速范圍完全由交流電機控制。這種結(jié)構(gòu)大大簡化了主傳動的機械結(jié)構(gòu)，取消了帶傳動和齒輪傳動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機械的“零傳動”。這種主軸電動機和主機主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸組件從主機的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨立出來，可以做成“主軸單元”，通常稱為“電主軸”。其英文的稱謂有多種，比如Elec

4、tro-spindle、MotorSpindle和MotorizedSpindle。它是隨著電氣傳動技術(shù)(變頻調(diào)速技術(shù)、電動機矢量控制技術(shù)等)的迅速發(fā)展而日趨完善。由于電主軸主要采用交流高頻電動機，也稱為“高頻主軸”(HighFrequencySpindle)。由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)，有時稱為“直接傳動主軸”(DirectDriveSpindle)。電主軸是一種智能型功能部件，具有轉(zhuǎn)速高、功率大、高速運行的可靠性和安全性等優(yōu)點。電動機內(nèi)置于主軸部件后，不可避免的將會產(chǎn)生發(fā)熱的問題，從而需要設(shè)計專門用于冷卻電

5、動機的油冷或水冷系統(tǒng)。高頻電動機要有變頻器類的驅(qū)動器，以實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的變換。高速軸承有時要有專門的潤滑裝置。另外為了保證高速回轉(zhuǎn)部件的安全，還要有報警及停車用的傳感器及其控制系統(tǒng)等一系列支持電主軸運轉(zhuǎn)的外圍設(shè)備和技術(shù)。因此，“電主軸”的概念不應(yīng)該簡單的理解為只是一根主軸套筒，而是一個完整的、在機床數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)控下的子系統(tǒng)總之，電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小及動態(tài)特性好和改善機床動平衡，避免振動和噪聲等特點發(fā)展越來越快。而高速電主軸單元技術(shù)的發(fā)展，可以帶動高速進給、高性能道具、檢測與控制等一系列相關(guān)技術(shù)的

6、發(fā)展。因此各工業(yè)國家都十分關(guān)注電主軸單元技術(shù)的研究與發(fā)展。1.數(shù)控銑床簡介1.1.數(shù)控銑床組成數(shù)控銑床的基本組成見圖1.1，它由床身、立柱、主軸箱、工作臺、滑鞍、滾珠絲杠、伺服電機、伺服裝置、數(shù)控系統(tǒng)等組成。床身用于支撐和連接機床各部件。主軸箱用于安裝主軸。主軸下端的錐孔用于安裝銑刀。當(dāng)主軸箱內(nèi)的主軸電機驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)時，銑刀能夠切削工件。主軸箱還可沿立柱上的導(dǎo)軌在Z向移動，使刀具上升或下降。工作臺用于安裝工件或夾具。工作臺可沿滑鞍上的導(dǎo)軌在X向移動，滑鞍可沿床身上的導(dǎo)軌在Y向移動，從而實現(xiàn)工件在X和Y向的

7、移動。無論是X、Y向，還是Z向的移動都是靠伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)的。伺服裝置用于驅(qū)動伺服電機?？刂破饔糜谳斎肓慵庸こ绦蚝涂刂茩C床工作狀態(tài)?？刂齐娫从糜谙蛩欧b置和控制器供電。圖1.1數(shù)控銑床的基本組成圖數(shù)控銑床的機械結(jié)構(gòu)，除銑床基礎(chǔ)部件外，由下列各部分組成：1.主傳動系統(tǒng)；2.進給系統(tǒng)；3.實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位、的裝置和附件；4.實現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻等系統(tǒng)和排屑、防護等裝置；5.刀架或自動換刀裝置（ATC）；6.自動托盤交換裝置（APC）;7.特殊功能裝置，

8、如刀具破損監(jiān)控、精度檢測和監(jiān)控裝置；8.為完成自動化控制功能的各種反饋信號裝置及元件。1.2.數(shù)控銑床的工作原理根據(jù)零件形狀、尺寸、精度和表面粗糙度等技術(shù)要求制定加工工藝，選擇加工參數(shù)。通過手工編程或利用CAM軟件自動編程，將編好的加工程序輸入到控制器?？刂破鲗庸こ绦蛱幚砗螅蛩欧b置傳送指令。伺服裝置向伺服電機發(fā)出控制信號。主軸電機使刀具旋轉(zhuǎn)，X、Y和Z向的伺服電機控制刀具和工件按一定的軌跡相對運動，從而實現(xiàn)工件的切削。1