第二讲电主轴的基本参数与结构（一）

1　电主轴的基本参数　　电主轴的基本参数和主要规格包括 :套筒直径、最高转速、输出功率、计算转速、计算转速转矩和刀具接口等。其中计算转速又称额定转速 ,是指恒转矩驱动与恒功率驱动的交汇点 ,参见图 1和图 2。它相当于图 2中的A点 ,即小于计算转速时为恒转矩驱动 ,大于计算转速时为恒功率驱动。计算转速转矩为转速小于和等于计算转速的转矩。一般电主轴型号中含有套筒直径、最高转速和输出功率这 3个参数。　　表 1列出了德国GMN公司用于加工中心和铣床的电主轴的型号和主要规格。表 1　德国GMN公司用于加工中心和铣床的电主轴的…     

第三讲 电主轴的电动机及其驱动模块

当前 ,电主轴的电动机均采用交流异步感应电动机 ,有两种驱动和控制方式。1　普通变频器驱动和控制IBAG公司的HFK90S型普通变频器为标量驱动和控制 ,其驱动控制特性为恒转矩驱动 ,输出功率和转速成正比。其转矩和功率与转速的关系见图 1和图2。这类驱动器在低速时输出功率不够稳定 ,不能满足低速大转矩的要求 ,也不具备主轴定向停止和C轴功能 ,但价格便宜。一般应用于主要在高速端工作的电主轴 ,如磨削、小孔钻削、雕刻铣和普通高速铣床的电主轴。近来出现了采用电压 /频率≠常数控制策略的新型变频器。使得电动机在计算转速以上可以实…     

电主轴变频调速控制与参数匹配

分析了恒转矩型和恒功率型电主轴的转矩、功率与转速的关系，采用MM440系列变频器进行调速控制，通过合理设定变频器参数，建立了适合恒转矩型和恒功率型电主轴调速的变频器U／f控制曲线。对电主轴的矢量控制做了探讨，说明了电主轴矢量控制的优点、限制条件和参数调整方法。     

电主轴技术讲座 第四讲电主轴的性能参数

除上述由电动机和驱动器所决定的最高转速、转矩和功率以及它们之间有关的性能参数外,电主轴还有以下一些重要的性能参数.     

第四讲 电主轴的性能参数

除上述由电动机和驱动器所决定的最高转速、转矩和功率以及它们之间有关的性能参数外 ,电主轴还有以下一些重要的性能参数。1精度和静刚度电主轴的精度和刚度与电主轴前后轴承的配置方式、主要零件的制造精度 (如套筒前后孔和主轴前后轴颈的同轴度等 )、选用滚动轴承的尺寸大小和精度等级(电主轴一般选用最高或次高精度等级的轴承 ,相当于国际标准P2和P4级 ,等同于美国标准ABEC9和ABEC7级 )、装配的技艺水平和预加载荷的大小等密切相关。必须强调指出 ,电主轴的最终精度往往可以得到等于或高于单个轴承的精度 ,这是由于装配工人在装配时…     

高速精密电主轴用永磁同步电动机的设计及性能分析

在变频异步电主轴(外径尺寸为120 mm)的基础上,设计了一款相同规格电主轴用永磁同步电动机,着重分析了它的反电动势特性、电感特性和恒转矩特性。其次,基于转子结构的两个重要参数即极靴宽度和磁桥高度,对电动机的齿槽转矩进行了优化分析。最后,通过比较异步电主轴和同步电主轴的功率和电磁损耗特性,揭示了同步电主轴的优势所在。     

电主轴技术讲座 第六讲 电主轴的选用

在前面的叙述中,已多处提到电主轴的选用问题.实际上,选用电主轴最重要的是选定其最高转速、额定功率和转矩及其与转速的关系.     

第六讲 电主轴的选用

在前面的叙述中 ,已多处提到电主轴的选用问题。实际上 ,选用电主轴最重要的是选定其最高转速、额定功率和转矩及其与转速的关系。根据切削规范计算所需的转速、转矩和功率是每个设计师都胜任的工作。这里只提出几点注意事项 :(1 )从最终用户的实际需要出发 ,切忌盲目地“贪高 (高转速 )求大 (大功率)” ,以免造成性能冗余、资金浪费、维护费事 ,以致后患无穷。(2 )根据实际可行的切削规范 ,对多个典型工件的多个典型工序多做计算 ,少“拍脑袋” ,或只是粗略地估算。(3)不要单纯依靠样本来选用 ,而应多与供应商的销售服务专家深入交谈 ,向他…     

耦合电压对高速电主轴动态性能的影响

针对高速电主轴动态模型中耦合电压的非线性变化对主轴动态性能所产生的影响,通过对比前馈控制和内模控制(Internal model control,IMC)的电压解耦机理,指出IMC能够避免前馈控制时电压解耦效果依赖主轴模型参数与实际参数相匹配的不足,并利用170MD15Y20油雾润滑型电主轴和Matlab/Simulink软件分别对两种控制方法进行试验和仿真分析.结果表明,主轴的耦合电压主要受频率和转矩电流变化的影响,改变磁链子系统和转矩子系统的给定电压、以及耦合回路中无功功率在输入功率中的比例,不仅可以对主轴的功率因素、输出转矩、抗扰动能力和动态速度跟随精度等特性参数产生影响,而且使主轴的转矩脉动程度、带负载能力和转差率等随耦合电压的大小成反比例变化.因此可以根据包含上述特征信息的机械特性曲线、功率因素曲线和恒转矩曲线的变化趋势,准确判断高速电主轴的解耦效果,并预测主轴在该控制方式下的动态性能.     

电主轴变频调速系统设计与分析

根据切削加工机器人系统特点,设计了变频器手动/自动两种控制方式。分析了电主轴在恒转矩与恒功率状态下的特点,设计了V/F曲线以及手动状态下的外部电路,绘制了电主轴调速特性曲线,预置了ABB ACS550变频器的各项参数。对B&R APC820工控机、Modbus协议及RTU模式数据包参数做了介绍,编制了自动状态下B&R APC820工控机与ABB ACS550变频器的通讯程序,实现了加工现场对变频器实时调速的要求。     

电主轴技术讲座 第五讲 电主轴的支持技术和装置

电主轴不是一根光主轴套筒 ,而是一个系统 ,它依赖下列技术和装置的支持。1电动机驱动器无论是普通变频器还是矢量控制驱动器 ,它们都含有功率电子器件、微电子器件和计算机的硬件 (单片机或DSP) ,也含有各类控制策略的软件等当前最为活跃又仍在迅速发展的高新技术。其技术含量和价格均高于只含定子和转子的电动机 ,而且功率、转速、转矩等性能指标对价格的影响也较大。选用时切勿超过实际的需要 ,以免造成资金的浪费。2轴承润滑部件如果采用永久性油脂润滑 ,就不需要任何润滑部件。除油脂润滑外 ,油 -气润滑部件几乎是惟一的选择。其有关…     

高速电主轴联合矢量直接转矩控制建模与仿真

矢量控制和直接转矩控制是高速电主轴的高性能驱动控制方法,由于其良好的动态控制性能,被广泛应用于高速机床的核心部件高速电主轴的驱动中。根据高速电主轴矢量控制和直接转矩控制的基本方程,对这两种控制方法的共性进行了深入探讨。在此基础上,建立了联合矢量直接转矩控制系统原理框图及其Simulink仿真模型,并对额定转速为15000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了联合矢量直接转矩控制仿真。仿真结果验证了所建模型的正确性,并具有优良的动态性能。     

电主轴在加工中心上的应用

电主轴是将液冷感应电动机部分安装到主轴上而形成的一个完整的电动机—主轴单元。电主轴中所用的电动机是专为车、铣、磨床以及加工中心的速度控制开发的高新技术 ,由于其结构紧凑、功率损耗小等诸多因素 ,在国外应用比较广泛。我厂新近开发的立式加工中心ＸＨ714用了这项技术 ,故这里对它的特点作一说明。1　电主轴中电动机特点　　我厂在ＸＨ714立式加工中心上选用了ＳＩＥＭＥＮＳ(西门子 )带套筒液冷感应电动机 ,其特点是 :　　( 1)具有较高转速 ,最大转速可达 10 0 0 0ｒ/ｍｉｎ。( 2 )传动扭矩较大 ,最大扭矩为 750Ｎ·ｍ。( 3)功率…     

双定子泵/马达在传统速度回路中的应用分析

为了使传统速度控制回路在不增加液压元件的前提下可输出多种转速和转矩,采用了双定子泵和双定子马达作为系统的动力元件和执行元件。通过分析其新型液压回路的静态特性可知,多泵多马达速度控制回路不仅可输出多种转速和转矩,而且可实现多种恒功率和恒转矩输出,同时又实现了节能要求。为以后深入研究其他回路的动态特性和回路的设计应用提供了基础和参考。     

YTP系列变频调速电动机产品介绍

南京调速电机股份有限公司经过几年的努力,研制成功了YTP系列变频调速电动机,并通过了市级鉴定,现已投入批量生产.功率范围为0.55～30kw,调速范围为5～50Hz恒转矩,50～100Hz恒功率.在这些产品设计中,采取了有效的措施,很好地解决了变频器驱动普通异步电动机时工作不稳、转矩下降、低速易出现爬行且冷却不好等问题,使其具有起动转矩大、工作平稳可靠、噪声低、电机冷却效果好等特点.     

CK6163数控车床主轴特性分析及设计改进

分析了CK6163数控车床主轴转速特性不足的原因,主要是设计时对主轴电动机特性不合理的应用,导致主轴转速特性曲线不太合理.为改善主轴输出特性,应合理选择电动机,并合理分配主轴恒转矩输出与恒功率输出的范围.改装后进行了切削测试,效果满意.     

超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析

考虑油膜内部的剪切效应和滚动体打滑现象,对超高转速电主轴轴承内部的摩擦力矩进行研究,基于热弹性流体动力润滑理论,建立超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析计算的理论模型,并对超高转速条件下主轴轴承内部摩擦力矩的性能进行系统分析.结果表明,转速和轴向预载荷是影响轴承内部摩擦力矩的主要因素,环境温度和润滑油的特性对摩擦力矩也有一定影响;在超高转速条件下,采用较小的内圈沟道曲率半径系数、设计15°的接触角和施加较小的轴向预载荷,并选用黏度较小的润滑油等,有利于减小电主轴轴承内部的摩擦力矩和发热现象,以延长使用寿命.     

基于高压水射流的高速电主轴柔性加载系统研究

高速电主轴的动态加载是测试其动态性能、寿命和可靠性等的关键环节.然而,高速电主轴的结构特征和极高的转速,使得其难以实现动态加载.基于高压水射流技术的高速电主轴柔性加载系统首次被设计、制造并测试,描述了该加载系统的原理、结构和组成.利用连续动量方程推导了射流冲击力模型.通过射流冲击力标定试验和射流流体有限元仿真,得到了加载力与靶距、射流压强、流量、喷嘴直径、标靶直径、转速之间的关系,实现了高速电主轴径向力和轴向力的定量加载.此外,利用该加载系统测试了径/轴向力对高速电主轴动态性能的影响,试验结果表明:①高压水射流技术可以为高速电主轴提供稳定的、长时的动态加载;②高速电主轴的温升、功率损耗和振动会随着径/轴向负载力显著增大,空载测试不能揭示高速电主轴的真实动态性能.为解决高速电主轴动态加载的难题提供了一种全新的试验方法.     

计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴动力学分析

根据不平衡磁拉力作用机理,在电主轴动力学建模时将其等效为具有"负刚度"的支承元件;基于传递矩阵法建立计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴的动力学模型,利用MATLAB7.0软件对最高工作转速为25×104r/min空气静压高速电主轴动力学特性进行计算。结果表明:计入磁拉力后电主轴的前3阶临界转速有一定程度的降低,且该电主轴工作转速远远高于1阶临界转速,属于挠性轴范畴。可以看出:1阶振型脆弱点在主轴前端,2阶振型脆弱点在主轴前端和转子轴段。     

数控布带缠绕机主传动系统设计

根据数控布带缠绕机主传动系统的输出要求,考虑主轴恒功率调速范围较小、输出转矩不足等可能出现的问题,采用分段无级变速方案设计其主传动系统。分析缠绕张力、压力阻力矩的影响,由总启动转矩对应的电机功率初选主轴电机;用拟定转速图方法设计主传动系统并使主轴电机工作在较好的功率转矩输出范围内;绘制主轴功率转矩图,通过转速重叠区转速的功率、转矩的比较,合理分配不同转速范围下的挡位选择;设计整体结构布局并绘制出传动系统的三维图,完成数控布带缠绕机主传动系统设计。