主軸定向控制控制過(guò)程

在精鏜孔退刀時(shí)，為了避免刀尖劃傷已加工表面，使刀尖停在一個(gè)固定的位置上(X軸或Y軸)，以便主軸偏移一定尺寸后，使刀尖離開(kāi)工件表面進(jìn)行退刀；在通過(guò)前壁小孔鏜內(nèi)壁大孔，或進(jìn)行反倒角等加工時(shí)，使刀尖停在一個(gè)固定的位置上(X軸或Y軸)，以便主軸偏移一定尺寸后，使刀尖能通過(guò)前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對(duì)大孔進(jìn)行鏜削。

主軸定向控制機(jī)械定向控制

V形槽定位盤(pán)準(zhǔn)停裝置是機(jī)械定向控制。在主軸上固定一個(gè)V形槽定位盤(pán)，使V形槽與主軸上的端面鍵保持一定的相對(duì)位置。

定向過(guò)程是：準(zhǔn)停指令發(fā)出后，主軸減速，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，使主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)并斷開(kāi)主傳動(dòng)鏈，主軸及與之相連的傳動(dòng)件由于慣性繼續(xù)空轉(zhuǎn)。同時(shí)，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)信號(hào)使定位活塞伸出，活塞上的滾輪開(kāi)始接觸定位盤(pán)。當(dāng)定位盤(pán)上的V形槽與滾輪對(duì)正時(shí)，滾輪插入v形槽使主軸準(zhǔn)停，同時(shí)，定位行程開(kāi)關(guān)發(fā)出定位應(yīng)答信號(hào)。

無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的感應(yīng)塊能在圓周上進(jìn)行調(diào)整，以此來(lái)保證定位活塞伸出、滾輪接觸定位盤(pán)后，在主軸停轉(zhuǎn)之前，恰好落人定位盤(pán)上的V形槽內(nèi)。

主軸定向控制電氣定向控制

電氣定向控制實(shí)際上是在主軸轉(zhuǎn)速控制的基礎(chǔ)上增加一個(gè)位置控制環(huán)，有磁性傳感器定向和編碼器定向兩種方式。

電氣方式主軸定向控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)不需要機(jī)械部件，只需要簡(jiǎn)單的連接編碼器或磁性傳感器，即可實(shí)現(xiàn)主軸定向控制。

(2)主軸在高速時(shí)直接定向，不必采用齒輪減速，定向時(shí)間大為縮短。

(3)由于定向控制采用電子部件，沒(méi)有機(jī)械易損件，不受外部沖擊的影響，因此，主軸定向控制的可靠性高。

(4)定向控制的精度和剛性高，完全能滿足自動(dòng)換刀的要求。 2100433B

在數(shù)控機(jī)床中，電主軸通常采用變頻調(diào)速方法。主要有普通變頻驅(qū)動(dòng)和控制、矢量控制驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)和控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制三種控制方式。

普通變頻為標(biāo)量驅(qū)動(dòng)和控制，其驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，輸出功率和轉(zhuǎn)速成正比。普通變頻控制的動(dòng)態(tài)性能不夠理想，在低速時(shí)控制性能不佳，輸出功率不夠穩(wěn)定，也不具備C軸功能。但價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般用于磨床和普通的高速銑床等。

矢量控制技術(shù)模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，用矢量變換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。矢量控制驅(qū)動(dòng)器在剛啟動(dòng)時(shí)具有很大的轉(zhuǎn)矩值，加之電主軸本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣性很小，故啟動(dòng)加速度大，可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)后瞬時(shí)達(dá)到允許極限速度。這種驅(qū)動(dòng)器又有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種，后者可以實(shí)現(xiàn)位置和速度的反饋，不僅具有更好的動(dòng)態(tài)性能，還可以實(shí)現(xiàn)C軸功能；而前者動(dòng)態(tài)性能稍差，也不具備C軸功能，但價(jià)格較為便宜。

直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一種新型的高性能交流調(diào)速技術(shù)，其控制思想新穎，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，更適合于高速電主軸的驅(qū)動(dòng)，更能滿足高速電主軸高轉(zhuǎn)速、寬調(diào)速范圍、高速瞬間準(zhǔn)停的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求，已成為交流傳動(dòng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。

主軸驅(qū)動(dòng)控制器是數(shù)控機(jī)床的大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的S碼（速度指令）及M碼（輔助功能指令），驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行切削加工。它接受來(lái)自CNC的驅(qū)動(dòng)指令，經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩(功率)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反饋實(shí)施速度閉環(huán)控制。它還通過(guò)PLC將主軸的各種現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)通告CNC用以完成對(duì)主軸的各項(xiàng)功能控制。為滿足數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)的要求，主軸電動(dòng)機(jī)必須具備下述功能：

1）輸出功率大。

2）在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)速度穩(wěn)定，且恒功率范圍寬。

3）在斷續(xù)負(fù)載下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，過(guò)載能力強(qiáng)。

4）加速時(shí)間短。

5）電動(dòng)機(jī)溫升低。

6）振動(dòng)、噪聲小。

7）電動(dòng)機(jī)可靠性高，壽命長(zhǎng)，易維護(hù)。

8）體積小、質(zhì)量輕。

電主軸是近年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會(huì)把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤(rùn)滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置。

電主軸所融合的技術(shù)：

高速軸承技術(shù)：電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍；有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無(wú)限；

高速電機(jī)技術(shù)：電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動(dòng)平衡；

潤(rùn)滑：電主軸的潤(rùn)滑一般采用定時(shí)定量油氣潤(rùn)滑；也可以采用脂潤(rùn)滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。所謂定時(shí)，就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油。所謂定量，就是通過(guò)一個(gè)叫定量閥的器件，精確地控制每次潤(rùn)滑油的油量。而油氣潤(rùn)滑，指的是潤(rùn)滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤(rùn)滑作用；太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因油的阻力而發(fā)熱。

冷卻裝置：為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對(duì)電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。

內(nèi)置脈沖編碼器：為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。

自動(dòng)換刀裝置：為了應(yīng)用于加工中心，電主軸配備了自動(dòng)換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的裝卡方式：廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實(shí)踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。

高頻變頻裝置：要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)電主軸的內(nèi)置高速電動(dòng)機(jī)，變頻器的輸出頻率必須達(dá)到上千或幾千赫茲。