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第二节

数控机床的几大系统组成

一、数控机床的组成

数控机床通常由数控系统、伺服系统(包含伺服电动机和位置检测反馈系统)、机械传动系统、机床本体及其他辅助系统组成,下面分述之。

1.数控系统

数控系统用于数控机床的运算、管理和控制,通过输入介质得到数据,对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用,它包括操作系统、主控制系统、可编程序控制器、各类输入/输出端口。

2.伺服系统

根据控制系统的指令驱动机床,把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动指令,使刀具和零件执行数控代码规定的运动,它主要包括伺服电动机、驱动控制系统和位置检测反馈装置等。这个检测装置是用来检测机床执行件(工作台、转台、滑板等)的位移和速度变化量,并将检测结果反馈到输入端,与输入量进行比较,根据这个比较结果调整机床的运动。

3.机床本体

数控机床的本体和普通机床并无什么不同,都是由工作台、立柱、主轴箱、主轴等几大块组成,第二章将以重型落地镗床为例,详细讲述数控机床的本体结构。

4.机械传动系统

机械传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动的,它包括每个轴的传动装置,如X轴的齿轮齿条传动机构、Y轴的丝杠丝母传动及重锤平衡机构等,这其中包括一个特殊的,也是最重要的工作部分,即主传动系统,它由主轴驱动控制系统、主轴电动机、主轴机械传动机构组成。

5.辅助系统

辅助系统种类繁多,如固定循环(能进行各种多次重复加工)、ATC自动换刀、工作台交换机构、静压系统、润滑系统、排屑机构、供水系统、限位保护装置等。

二、数控系统及其控制方式

数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。

数控系统的输入输出装置最主要的是人机交互设备,就是操作者直接面对的操作面板和显示器。机床的运行,是要依靠操作人员输入的程序控制的,加工时也须随时调整机床的状态,如修改参数、编辑程序、运行模拟等,这就要有能够输入的系统面板,包括数字、字母、各种逻辑运算符号,还要有控制机床运行的机床控制面板,包括各个轴的启动、各种辅助设备的开关等。机床的各项加工数据也要及时地反馈给操作者,如当前坐标是否正确、机床状态是否报警、当前的机床参数,这些就是由显示器(CRT)来完成的。

数控装置按所能实现的控制功能,即机床所能完成加工的动作方式,分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。

点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位,然后进行定点加工,而点与点之间的路径不须控制。采用这类控制的不多,仅有钻孔专用数控钻床、镗孔专用数控镗床。

直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外,还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。这类控制只是在非常简单的有平面铣削功能的数控铣床上应用。

连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓,数控装置具有插补运算的功能,使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线,并协调各坐标方向的运动速度,以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。目前,大多数机床广泛采用这类控制方法,如能加工曲面用的数控镗铣机床、加工中心等。

三、伺服系统及其工作原理

数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统,又称为随动系统。伺服中最重要的元件,就是编码器和光栅尺。

1.控制特性

伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。

1)开环伺服机构

它是由步进电动机驱动线路、步进电动机组成。如图1-3所示,每一脉冲信号使步进电动机转动一定的角度,通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单,工作稳定,容易掌握使用,但由于伺服驱动单元的步进电动机有低频共振等弱点,精度和速度的提高受到限制。

图1-3 开环伺服系统

2)半闭环伺服机构

它是由比较线路、伺服放大线路、伺服电动机、速度检测器和位置检测器组成。如图1-4所示,位置检测器装在丝杠或伺服电动机的端部,利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服电动机有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服电动机。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构,为大多数中小型数控机床所采用。

3)闭环伺服机构

它的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同,只是位置检测器安装在工作台上,可直接测出工作台的实际位置,故反馈精度高于半闭环控制,但掌握调试的难度较大,常用于高精度和大型数控机床。如图1-5所示,闭环伺服机构所用伺服电动机与半闭环相同,位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。

2.工作原理

相对于上面讲到的三种伺服机构,这里对应地介绍一下它们各自的工作原理。

1)开环控制系统

开环控制系统是指不具有反馈装置的控制系统,它根据数控程序指令,经过控制运算出进给脉冲序列,然后对脉冲单元进行功率放大,形成驱动装置的控制信号,并发出控制信号给伺服电动机,以此驱动机床,使伺服驱动装置按照程序所要求的速度、轨迹、方向和位移,加工出合格产品。这里,驱动系统带动机床运行过程中没有信息反馈,精度上不好控制,一般为经济型机床,目前多在一些私人小企业出现。

2)半闭环控制系统

半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置,通过它检测丝杠转角,能够间接地得到运动部件的位移量,这个位移量会被反馈到数控系统,数控装置通过和设定的参数值进行比较,得出设定值和实际值的差值,这个差值被放大给伺服电动机,伺服电动机会将这个差值进行修正,直到比较器中的差值为零,控制系统完成一个位移动作,如图1-4所示。

图1-4 半闭环伺服系统

半闭环系统中完成位置检测的多为光栅,它通常安装在传动系统(如丝杠的传动丝母)上,而不是直接安装在机床工作部件(如工作台)。

3)闭环控制系统

闭环控制系统并不使用角位移检测装置,而是在机床移动部件上直接安装直线位置检测装置,但是具体的控制过程和半闭环的方法是没有什么区别的,如图1-5所示。这样安装的好处就在于能够消除半闭环时,丝杠的螺距误差、齿轮的啮合间隙、同步皮带的正反向间隙等造成的误差,精度上提高的一个档次。

图1-5 闭环伺服系统

在实际加工中,这些控制元件会经常出现一些问题,发出报警而无法使机床运行,常见的是加工中震动比较大而使编码器松动、读数不准而报警,有时甚至会给主轴编码器震坏,所以加工时必须注意主轴方面受到的震动。还有一点就是机床保养方面,各轴的防护罩要保证密封性,防止铁屑油污等进入而影响光栅尺工作,发生读数不准确而造成生产质量问题。虽然说编码器和光栅尺相对偏移的双向校核可以用机床MD数据来控制最大偏移值,但这个值超过了你加工工件的精度就凭天由命了,它的错误还会造成机床返回参考点失败,但通常不会出现光栅尺的报警,要靠操作人员经验积累来判断了。

讲过了这些位置控制方式,有人会说闭环系统就能保证机床的精度了,笔者不是很赞同这个说法,因为即使用了光栅尺,尺头的位置不变,而其他部位,如它所检测的部件发生扭曲,而扭曲的中心就在光栅尺读数头位置,那么光栅尺是无法检测出机床的变化的。

四、伺服控制元件

1.光栅尺

通俗来讲,开环机构仅仅在伺服电动机的尾部装有编码器,它能测算出电动机所驱动的机床部件移动的距离,而老旧机床的这个部件被称为测速电机。在数据处理没有普遍应用在机床上时,都是用电压表来检测电动机尾部直连的测速电机输出的模拟量,而有了数控系统后,PLC就能够分析出来编码器输出的脉冲量了,这实际上是一回事。但这个距离是无法将传动部分(如丝杠与丝母)的间隙排除的,所以就出现了光栅尺的校核,用光栅尺读出的长度和电动机上的角度编码器算出的距离相比较,然后根据光栅尺读数来微调电机旋转角度,以满足机床的精度需求,但光栅尺的尺头位置也是有区别的,如果直接安装在机床工作部件,就能直接校核而没有误差,这就是闭环系统了,而把尺头装在了传动系统的齿条、连杆、丝杠等这些传动部件上,还是会有传动机构的误差存在,这是不完全的闭环系统,只能叫做半闭环机构了。

光栅尺安装在机床运动部件上,如图1-6所示,通常和所测量的部件行程相同或略长,以防机床超行程撞坏光栅尺。

光栅尺的工作原理通常是根据莫尔条纹的形成原理,它一般由光源、透镜、标尺光栅(静光栅)、指示光栅(动光栅)、光敏元件和信号处理电路组成,如图1-7所示,而除了静光栅固定在机床上外,其他部件都整合成一个完整的光栅读头连接到系统的信号处理电路中。

当机床运动时,标尺光栅和指示光栅发生相对位移,光敏元件就会接收到两组条纹间隙的透光信号,经过信号处理电路传送到系统读取,为了能够达到检测移动方向的目的,会至少设置两个光敏元件,这样根据接收光的先后顺序来判断机床运动方向。

图1-6 光栅尺

图1-7 光栅尺工作原理

光栅尺的光栅栅格,是需要用激光等方法刻到介质上的。这个介质有两种:一种是玻璃,另一种是铁片。如果是玻璃介质,那么成像是投射式的,光敏元件是在玻璃的背面接收;而用铁片介质的,只能是将光折射,这样,光敏元件就要和光源在同一个方向了。

按照光栅投影的形状看,通用的都是上面所讲到的莫尔条纹,另一种就是投射直线式,但这种光栅的分辨率要比莫尔条纹光栅低很多,只用在精度不高的机床上。

还有一点需要说明,在长度测量装置这个范畴里,还有另外一种测量方法的存在,那就是磁栅尺,它是用电磁记忆原理来工作的,这里不作为重点来学习,因为它的技术在国内并不是非常成熟,在精密机床上用的并不是非常广泛。

2.编码器

编码器通常都安装在伺服电动机的机轴尾部或丝杠的端部,用来测量电动机的转速而间接的测算出它所驱动的部件位移距离。

图1-8 光电编码器

编码器现在通用的是光电编码器,如图1-8所示。光电编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器,这些脉冲能用来控制角位移,其原理和光栅尺的工作原理是一样的,都是由光敏元件接收光栅投射的光源,再经过分析处理后传送到系统,只是这个特殊的光栅元件是个圆盘,通常叫做码盘,码盘上按照一定的规律刻出光栅。

编码器按照工作形式,分为增量式和绝对式两种,这两种编码器在结构、功用上有重大差别。

增量式编码器的光栅盘的光栅(码盘)是均布的,如图1-9所示。按照码盘的结构,单圈光栅的只能测量电动机转速,进而依据传动特性,如丝杠螺距等计算出运动部位的位移速度和距离,如果多加一圈以90°相位错开排列的光栅,则能根据透光的先后顺序判断出电动机旋转方向,进而获得运动部件的运行方向。

图1-9 编码器码盘的形式

因为增量光栅是均布的,它的位置只能依靠外部的计数装置来完成,如果一旦机床掉电,计数装置的记忆就会丢失,出现再开机找不到参考点的状况,这就要回原点,使机床轴去撞击硬限位,系统自动设置这个硬限位为轴的机械零点,编码器才有了参考点,才能正常工作。

绝对型编码器的码盘和增量式码盘大不相同,如图1-10所示,它由外到内的光栅宽度依次变宽,这就使码盘每转动一个角度,光敏元件接收到的信号都是唯一的,那么,光电处理模块将直接读出位置而不用计数装置的帮助,这将大大简化编码器的结构。并且,在找机床零点时,只须运行一小段距离,就能根据同轴光栅尺的反馈信息得出当前的准确位置,无须去撞击硬限位回零。

图1-10 编码器工作原理

绝对编码器用在闭环回路上,要保证每一个位置都是唯一的。绝对编码器旋转一圈时,如果运行距离很长,就要用齿轮传动的方式,按照钟表传动原理来带动另外一圈码盘甚至多圈码盘运行,这就能保证每一个位置都是唯一的而无须记忆,这种结构称为多圈绝对式编码器。

目前,广泛使用的主流编码器还是光电式的,因为其读数头和主尺不直接接触,没有磨损,使用寿命非常长,而且带动光源的电池具有电量不足报警电路,使用非常安全。而新兴的磁编码器还没有大范围普及。

五、传动系统

为了保证机床具有很好的工艺适应性能和连续稳定工作的能力,数控机床结构设计的特点就应具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等,以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨,以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。

由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机,可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速,这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸,部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器,以代替强电柜中大量的继电器,提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。

1.齿轮齿条

齿轮齿条都是用在长距离传动的场合,因为短距离上,多数都用丝杠、丝母、皮带、齿轮副直接传动了,这要综合各种传动方式来考虑。在大型机床的设计中,由于X轴的行走距离相对较长,很少用其他轴通用的滚珠丝杠来传动,而是选择了齿轮齿条传动,如图1-11所示,因为长距离的丝杠在重力的作用下会下沉,这对丝杠的材质要求极高,成本巨大。所以,在本书中所讲的大型落地镗铣机床,也多数都采用齿轮齿条进行X轴的传动。

图1-11 齿轮齿条传动

齿轮齿条传动的优点是可以一段一段地接长齿条,在理论上是可以无限制的长距离传动的,而其他任何一种方式都无法达到这个要求。但单纯地看待这种传动方式也有其致命的弱点,就是它的传动速比小,行走较快,而且间隙大,传动质量较差。为了达到较大的速比,机床制造者们都会尽量缩小啮合齿轮的直径,使传动的灵敏度提高。但还有一点就是它的反向间隙,这个是必须排除的,目前已经有一套成熟的技术来规避这种缺点,就是双齿轮双向预载,无论向哪个方向运行,都会有一个齿轮跟齿条是紧密啮合的。

齿轮预载的原理:如图1-12所示,目前通用的是用小齿轮和齿条接触,将两个大齿轮叠合在一起,作为输出动力的扭矩轮与小齿轮啮合,大齿轮的连接要有一个较强的弹簧,使两片齿轮有反向拉开的趋势,反应到小齿轮上,就是两个齿轮的啮合齿面分别紧贴在小齿轮齿面的正反两个方向,这样,无论向哪个方向运动,都不会有啮合间隙的存在。

图1-12 齿条传动的齿轮反向预载

对上面这种结构,有一点要注意,就是这个使两片齿轮反向贴合在啮合面上的弹簧力,必须大于行走机构的传动扭力,否则反向运行时会先消除这个弹簧力,这和没有预载没什么区别了。它的另一个弱点是,虽然齿轮啮合的间隙被消除了,但是小齿轮和齿条间的间隙还是无法消除,这样就出现了双齿轮预载的解决方法。它增加了一个小轮与齿条啮合,即正向和负向运行都有单独的啮合轮工作,输出动力的驱动轮也不再是两片贴合在一起,而是分别与两个小齿轮啮合,但两片驱动轮的反向预载力还是要依靠弹簧来保障的,这个弹簧力仍然要大于传动的扭矩。

将两片驱动轮分开的目的,就是使预载的力不是加在于齿条啮合的传动轮上,而是分别通过两个传动轮,将预载力间接的加载在齿条的齿牙上,使传动轮的反向齿面和齿条的反向齿面紧紧贴合,这样,就可以将传动部分的反向间隙基本消除了。

如图1-13所示,电动机轴输出扭矩给驱动轴,驱动轴上有两个驱动轮,分别带动两个工作轮和齿条啮合,其中一个驱动轮套在另一个驱动轮的轴心上,这个驱动轮是受主轴输出轴直接作用的,而下边的驱动轮的动作,是依靠上部的预载装置和上边的驱动轮保持同步的。这样,两个啮合轮都可以依靠预载装置直接压紧在齿条上了。

图1-13 双齿轮反向预载

2.滚珠丝杠

现在数控机床广泛采用滚珠丝杠来做伺服系统的传动部件,大型机床除了X轴的长度上限制了滚珠丝杠的应用,其他各直线轴绝大多数都采用丝杠、丝母的这种传递方式。

滚珠丝杠是将伺服电动机输出扭矩的旋转运动转化为直线运动的理想产品。它由螺杆、螺母、滚珠、预压片、反向器、防尘器等组成。如图1-14所示,丝杠和丝母都留有圆弧形滚道,内装滚珠,因为将以往普通丝杠传动时依靠齿牙摩擦的滑动传动,转变成了滚珠在滚道内的滚动传动,阻力变小,大大降低了伺服电动机的电力消耗。而且传递稳定,不会出现滑动传递时的打滑爬行现象,而且滚动传递摩擦小,发热少,精度等级更高。

滚珠丝杠的重要部件,就是使滚珠能够绕着丝杠往复循环使用的循环轨道。按照结构形式,循环轨道分为内循环和外循环两种轨道。外循环轨道通常都是在丝母外侧做出滚珠的循环轨道,多数采用导管装置,制作简单,但是影响了丝母的外径,而且装配形式无法用键连接只能用端面法兰连接。内循环轨道就是反向器了,滚珠的循环完全是在大丝母内侧完成,外部可以提供多种与机床的连接方式,但其制造成本上要高出很多,如图1-15所示。

图1-14 滚珠丝杠

图1-15 滚珠内循环

在机械传动中,和上面讲到的齿轮齿条传动一样,滚珠丝杠丝母副的传动依然会发生反向间隙的情况,因为滚珠在丝杠的圆弧槽道内滚动时,一定会有轴向窜动。

这也需要消除间隙的装置,如图1-16所示,通常是将两个丝母连接在一起,中间加一个垫片,这个垫片小于丝杠导程,这样就有将两个丝母内的滚珠向中间拉的趋势,使其在正、反两个方向都能够紧紧贴合在丝杠圆弧槽道的侧壁上,从而消除反向间隙,如图1-17所示。但这个垫片的厚度要求非常严格,要根据丝杠传递的力矩大小,和机床精度要求来确定滚珠与丝杠槽道侧壁的接触角度,以达到最佳使用效果。还有一种消除间隙的方法是在大丝母主体的一端使用锁紧螺母调整预载量,原理同上。这个滚珠和丝杠的滚道槽的材质要求极高,目前国内安装的机床,多数用的是进口丝杠,因为自产的丝杠多数在寿命上无法达标。

图1-16 消除间隙原理

图1-17 滚珠丝杠用垫圈预载

滚珠丝杠丝母副的一个特性也要注意,滚珠与丝杠为点接触,不具有自锁能力,如果垂直安装,必须给相关被传动的部件增加锁紧装置。

3.伺服电动机

1)步进电动机

伺服电动机是指在伺服系统中控制机械元件运转的电动机,它是伴随着机床产业的发展而来的,早期的机床都采用步进电动机,它是将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置,由于步进电动机所用电源为脉冲电源,故步进电动机也称为脉冲马达。它广泛用在了经济型机床上,但有着现代生产无法接受的缺点。

(1)精度控制方面,步进电动机依靠自身的步距角来控制。例如,它的步距角为0.9°,那么,它的最小精度就是电动机转过0.9°所能驱动的运动部件所走过的距离,这显然无法满足当下日益精确的加工要求。

(2)从功率选择来看,步进电动机没有过载能力,而数控机床要频繁的启动,启动扭矩远超出正常加工时的额定值,这样就只能选择更大型号的电动机来完成,不但增加机床本身的重量,在正常加工时还造成了额外的浪费。

(3)低频共振问题。可以这样认为,步进电动机的工作是每一个步距角的叠加,而在低速时每个步距角间的连接就会出现问题,就好比加工时你打了单段一样,这样必然造成共振,虽然可以通过给电动机加阻尼器来降低共振,但无法在根本上消除这种现象。

(4)最高转速的限制。步进电动机是输出力矩是随着转速的升高而下降的,并且在达到一定转速后力矩急剧下降,使主轴得不到足够的力矩而使加工无法进行。通常,大型电动机的转速在300~500r/min。

(5)从启动性能来看,直接将步进电动机提到一个高转速,或者主轴负载过大,将会出现一个丢转或者堵转的现象,而高转停车时易过冲。另外,在启动速度上,它也无法满足现代机械加工的要求了。

2)直流伺服电动机

该种电动机是步进电动机的有效替代产品,它采用数字控制,精度控制上,可以由变频系统实现连续的进给,无低频共振现象。而步进电动机由电动机上的旋转编码器来控制精度,分辨率即电动机旋转精度完全靠编码器精度保证。例比,如17位的编码器,电动机每转一圈有131072个脉冲,就是说每个脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,如果通过变频器的倍频技术,分辨率还将成倍提升。

在运行特性上,直流伺服电动机的转速有了大幅度提高,并且其特性曲线与步进电动机完全不同,在低转速下恒扭矩,在高转速下恒功率,它还有一个特性就是可以短时间地过载,这就满足了机床频繁启动时的过载要求而不必加大电动机的型号,节约电力成本和机床重量。

另外,采用闭环控制的伺服电动机,它的位置控制由控制器通过编码器分析采样,并处理后再次调整电动机位置,一般不会出现过冲或者丢步的现象。

直流伺服电动机分为有刷和无刷两种,有刷电动机制作简单,成本较低,但其将产生电磁干扰,稳定性较低,并且维护上要经常更换碳刷比较麻烦,再有就是较大的体积。对于无刷而言,虽然体积小免维护,但高昂的成本也必须考虑,而在现今的技术条件下,交流电动机同样可以达到这种直流电动机的水平,故在新式的机床中都会选择安装交流伺服电动机。

3)交流伺服电动机

交流伺服电动机分为同步电动机和异步电动机两种,同步电动机分为永磁交流、无刷直流、磁阻交流三种。异步电动机虽然自身的造价较低,但它需要励磁电流和一套复杂的控制系统来保证其运行,还是显得不太经济。目前,广泛应用的是永磁同步式交流伺服电动机,它具有无刷免维护的特点,控制简单,体积小,启动性能和快速性能好,但它弱磁控制效果要稍差一些,需要一些辅助控制来保证伺服电动机的低速运行。

4)主轴电动机

数控机床用的主轴电动机,大致分为两种:一种是带有输出齿轮轴的大功率电动机,另一种是内嵌式主轴整体电动机,即主轴外围包裹线圈,直接受励磁作用旋转。

后面所讲的编程和操作部分都是依托西门子840D系统,故在此也以西门子配件来举例说明伺服的工作状况。

大型镗铣床上使用的电动机,要有非常大的扭矩来满足加工要求,如用大丝锥攻丝;另外,此电动机还要有较高的转速,如小孔的钻加工。这两个极端情况的满足,往往是依靠大功率电动机配合齿轮箱来综合完成的。这里我们着重讲解一下主轴电动机,而齿轮箱传动部分在后边的具体机械结构中有详细的说明。

西门子通过SINUMERIK控制系统及SINAMICS S120/SIMODRIVE 611变频器系统来控制主轴的动作,对于落地镗,通常配备的是1PH7和1PH4型电动机,输出轴为实心齿轮轴,可连接主轴变速齿轮箱,其中1PH7为强制风冷型,如图1-18所示,低速运转时的功率最大一款机型达到1 800~3 600N·m,而最高转速也在1 700r/min左右,是重型落地镗的首选机型。而1PH4电动机则是油冷/水冷型,低速功率最大为340~450N·m,最高转速1500r/min,成为中型落地镗的通用机型。它在结构上有一点要注意:水冷下来的热冷必须能够有效地传导出去,即单独需要一套热交换装置。

另外一种电动机形式是和主轴直连的,如图1-19所示,通常称之为电主轴,它不需要齿轮箱,其输出的空心轴通过联轴节与同一轴线上的主轴相连,常规型号为水冷的1PM4和风冷的1PM6,它们的输出功率要比上面所讲的两款小得多,只能用在小型设备上,它们的一大优势就是轻便、转速高,1PM4油冷时可以达到4000r/min。

图1-18 变频主轴电机

图1-19 电主轴

而电主轴的出现,使主轴转速上了一个新的台阶,大大提高了机床的加工效率。它是将电动机定子外壳直接包裹在了主轴的外圈,而将外部缠绕着电磁线圈的主轴当成了电动机的转子直接驱动,这就消除了通过联轴节或者齿轮箱连接时传递产生的震动,提升了机床稳定性。在结构上的简化,也极大地减小了机床自身的重量,使主轴的运动更加灵活。

图1-19为电主轴样图,左端为主轴端口HSK标准刀柄形式,右端即主轴后半部,为内置线圈的转子,尾部为切削液和拉刀油缸的接口。该种形式的主轴都用在小型机床,如加工中心上,这里不作为讲解的重点,只是让大家了解一下机床部件的一个发展方向。 Z04BChbFtMOdPcmp6/QYU+dA7uLeNlvlMOwzFrqq+AdUNZcqVmrMGiLhOHh/QmiI

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