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直流主轴驱动系统


日期:2010年11月02 来源:沈阳机床集团 关键字:数控机床
   从原理上说,直流主轴驱动系统与通常的直流调速系统无本质的区别,但因为数控机床高速、高效、高精度的要求,决定了直流主轴驱动系统具有以下特点:
    1)调速范围宽。采用直流主轴驱动系统的数控机床通常只设置高、低两级速度的机械变速机构,电动机的转速由主轴驱动器控制,实现无级变速,因此,它必须具有较宽的调速范围。
    2)直流主轴电动机通常采用全封闭的结构形式,可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。
    3)主轴电动机通常采用特殊的热管冷却系统,能将转子产生的热量迅速向外界发散。此外,为了使电动机发热最小,定子往往采用独特附加磁极,以减小损耗,提高效率。
    4)直流主轴驱动器主回路一般采用晶闸管三相全波整流,以实现四象限的运行。
    5)主轴控制性能好。为了便于与数控系统的配合,主轴伺服器一般都带有D/A转换器、“使能”信号输入、“准备好”输出、速度/转矩显示输出等信号接口。
    6)纯电气主轴定向准停控制功能。由于换刀、精密模孔、螺纹加工等需要,数控机床的主轴应具有定向准停控制功能,而且应由电气控制系统自动实现,以进一步缩短定位时间,提高机床效率。
    数控机床常用的直流主轴驱动系统的原理框图如图7-1肝示。
    由图可见,主轴驱动系统类似于直流进给伺服系统,它也是由速度环和电流环构成的双环速度控制系统,通过控制直流主轴电动机的电枢电压实现变速。控制系统的主回路一般采用晶闸管反并联可逆整流电路。系统的工作原理可参阅直流进给伺服系统部分,在此不再赘述。
    图7-1的上半部分为励磁控制回路,由于主轴电动机功率通常较大,且要求恒功率调速范围尽可能大,因此,一般采用他励电动机,励磁绕组与电枢绕组相互独立,并由单独的可调直流电源供电。
    图中,磁控制回路的电流给定、电枢电压反馈、励磁电流反馈三组信号经比较之后输入至比例一积分调节器,调节器的输出经过电压/相位转换器,控制晶闸管触发脉冲的相位,调节励磁绕组的电流大小,实现电动机的恒功率弱磁调速。
    主轴定向准停控制的作用是将主轴准确停在某一固定的角度上,以进行换刀等动作。数控机床主轴定向准停的位置检测,可以利用装在主轴上的位置编码器或磁性传感器进行,通过位置闭环,使主轴准确定位在规定的位置上。
    图7-2为主轴定向准停控制示意图,当采用位置编码器作为位置检测器件时,为了控制主轴位置,主轴与编码器之间必须是I:I传动或将编码器直接安装在主轴轴端。数控机床当采用磁性传感器作为位置检测器件时,磁性器件应直接安装在主轴上,而磁性传感头则应固定在主轴箱体上。
  采用编码器的方式与使用磁性传感器的方式相比,具有定位点在。一360。范围内灵活可调,定位精度高,定位速度快等优点,而且还可以作为主轴同步进给的位置检测器件,因蚍其使用较广。

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