智能制造数控机床直线轴驱动电机选择

数控车床主轴电机如何选择？~

数控车床主轴电机的选择：
一、数控机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。根据数控机床主传动的工作特点，早期的数控机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展，机床结构有了很大的改进，从而对主轴系统提出了新的要求，而且因用途而异。在数控机床中，数控车床占42％，数控钻镗铣床占33％，数控磨床、冲床占23％，其他只占2％。

数控机床使用的主轴驱动系统，可分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大类。下面根据这两大类主轴驱动系统的特点来选择主轴驱动系统：
1、直流主轴驱动系统得特点
在数控机床高速,高效,高精度的控制要求,使得FANUC直流主轴驱动与通常的速度自动调节系统相比有以下特点:
（1） 调速范围宽, 采用FANUC主轴驱动的数控机床,在机械结构方面，小型机床通常采用电机与主轴直接或皮带变速的结构形式、中、大型机床通常只设置高,低速两级简单的机械变速机构，因此，主轴电动机的调速必须全部依赖主轴驱动器进行控制。为保证数控机床的加工范围,使加工工艺相对集中，并达到理想的切削效果，主轴驱动器必须实现无级变速，且具有教宽的调速范围。
（2） 在结构上，FANUC直流主轴电动机为全封闭的结构形式，可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。
（3） 在冷却系统上，为了缩小体积，提高效率，FANUC主轴电动机采用了特殊法人热管冷却系统，可以将转子产生的热量迅速的向外界发散。
（4） 在磁路设计上，为了使电机发热最小，FANUC煮粥电动机定子采用了独特的附加磁极，以减小损耗，提高了效率。
2、交流主轴驱动系统
（1） 由于驱动系统采用了微处理器和现代控制理论进行控制，系统运行平稳，振动和噪音小，并且可以获得较大的调速范围和较高的低速转矩，可以较方便地与数控机床相配套。
（2） 较大功率驱动系统采用了难度较大的“回馈制动”技术，在制动时，既可将电动机能量反馈回电网，起到节能的效果，又可以加快起、制动速度。
（3） 驱动器具有D／A转换器、实际转速／转矩信号输出、电气主轴“定向准停”等功能，可以方便地与各类CNC配套。
（4） 电机采用无外壳结构，定子硅钢片直接进行空气冷却，可以在浮尘、切削液飞溅的场合安全、可靠地工作。
（5） 与直流电机相比，由于交流主轴电机在结构上无换向器，主轴电机通常不需要进行维修。
（6） 主轴低年级转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴低年级更高。
（7） 主轴电机的冷却空气由前端向后流动，可以有效减少电机发热对机床精度的影响。


二、选择电机：
通过上面两种主轴驱动系统的比较，交流主轴电动机在工作环境，冷却系统和调速范围上都优于直流主轴驱动系统，故根据在这些方面的优势本设计的主轴驱动系统采用交流主轴驱动系统．
其选用的交流主轴电机的参数如下：



5.5kW数控车床，电动机参数：
额定功率：5.5kW， 额定频率：50Hz,
额定电压：380V， 额定电流：11A，
额定转速：1440r/min 机械传动比：1：1.5
加工材料：45#钢
实际测试性能指标：（进刀性能及速度）
1、主轴转速：200r/min（变频器运行频率9～10Hz）
2、主轴转速：450r/min（变频器运行频率22Hz左右）

1、M指令－ 辅助功能
M00： 程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；

M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；

M03：主轴顺时针旋转；

M04：主轴逆时针旋转；

M05：主轴旋转停止；

M08：冷却液开；

M09：冷却液关；

M30：程序停止，程序复位到起始位置。

2、S功能：S功能指令用于控制主轴转速。

编程格式 S～

S后面的数字表示主轴转速，单！

智能制造数控机床直线轴驱动电机选择要点：
1、 选用直流伺服电动机应遵循以下原则：（1） 机床在无切削运动时，在整个速度范围内，电动机的负载转矩应小于其连续额定转矩；

（2） 最大切削转矩的倍数设定，应在电动机载荷特性规定的范围内；

（3） 加减速时应当工作在加减速区内，加减速时，总的转矩为负载转矩与惯性转矩之和，惯性转矩取决于加速度和负载惯量，而加速度取决于希望的加速时间；

（4） 负载惯量对电动机灵敏度及快速移动时间有很大影响；一般情况下，负载惯量不应超过电动机转子惯量的三倍。

2、 选择数控机床进给伺服电动机应满足以下条件：

（1） 伺服电动机的负载转矩等于或小于其额定转矩；

（2） 负载转矩与加速度转矩之和应等于选用伺服电动机的最大转矩（即由放大器所限制的转矩）；

（3） 选择加速度转矩时，应考虑负载惯量与电动机惯量的匹配，并使加速时间限制在允许的范围内；

（4） 应使加速转矩等于最大转矩与负载转矩之差，空载时的加速转矩等于最大转矩与摩擦转矩之差，其差值等于全部惯量（电动机惯量与负载惯量之和）乘以加速度。

3、 进给伺服电动机惯量与负载惯量匹配问题应考虑哪几个方面因素

（1） 速转矩等于加速度乘以总惯量，即Ma=aJ；电动机惯量与负载惯量匹配就是要考虑加速时间、加速转矩和总惯量之间的关系；

（2） 数控机床进给系统是由伺服电动机通过齿传至滚珠丝杠带动工作台和工件作往复直线运动，当物体起、制动时，齿轮与齿轮接触而换向，这是加到各齿轮轴上的转矩为加速转矩，也可称为惯量转矩；此转矩的数值等于Ma1=aJ1。

4、 为了满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴电动机应具备的性能；

（1） 电动机的功率要大，且在大的调速范围内速度要稳定，恒功率调速范围宽；

（2） 在断续负载下电动机转速波动要小；（3） 温升低，噪声小，振动小，可靠性高等；

（4） 电动机过载能力强。

5、 永磁式宽调速直流电动机的特点

（1） 高性能的铁氧体具有大的矫顽力和足够的厚度，能够承载高的峰值电流，以满足快的加减速要求；

（2） 大惯量结构使其具有大的热容量，可以允许较长的过载时间；

（3） 低速高转矩特性和大惯量结构，使其可以与机床进给丝杠直接连接；

（4） 一般没有换向极和补偿绕组；

（5） 绝缘等级高；在电动机轴上装有精密的速度和位置检测元器件，可以实现速度和位置的闭环控制。

---

智能制造数控机床直线轴驱动电机选择视频