1、數(shù)控機(jī)床的主要功能部件數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置 (伺服單元 略) 數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控裝置與機(jī)床聯(lián)系的紐帶，它接受數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換和功率放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn),使機(jī)床工作臺(tái)或主軸頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的成本、加工精度及可靠性。對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的要求主要有：a、定位精度高，指令位移與實(shí)際位移之差要??；b、調(diào)速范圍寬，為了加工不同尺寸和材料的零件的需要；c、電機(jī)負(fù)載特性要硬，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電機(jī)輸出的速度基本不變；d、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。一、步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)控裝置輸入的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)化成角位移的特殊電機(jī)，它每接受一個(gè)進(jìn)給脈沖步進(jìn)電機(jī)就走一步，轉(zhuǎn)

2、過(guò)一定的角度。這個(gè)角度稱為步距角，用表示。 只要控制輸入脈沖的數(shù)量，便可控制步進(jìn)電機(jī)位移量大小。而控制輸入脈沖的頻率，便可控制步進(jìn)電機(jī)的速度。 下面以反應(yīng)式功率步進(jìn)電機(jī)為例講解其動(dòng)作原理 所謂反應(yīng)式就是電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，步進(jìn)運(yùn)行靠定子繞組通入激磁 電流產(chǎn)生反應(yīng)力矩而實(shí)現(xiàn)的。 在電機(jī)的定子上有三相繞組，故稱三相步進(jìn)電機(jī)。 當(dāng)定子A相繞組通以直流電時(shí)，A相產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引在A相附近的1、3齒，轉(zhuǎn)子1、3齒與A相對(duì)齊，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30后停止。然后A相斷電，B相通電。則定子A相磁場(chǎng)消失，而B相產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)，在B相磁場(chǎng)的作用下又吸引了最靠近B相的2、4齒。2、4齒與定子B相對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針?lè)较蛐?/p>

3、轉(zhuǎn)30后停止。 按ABCAB 的順序連續(xù)通電，則步進(jìn)電機(jī)一步一步地沿逆時(shí)針?lè)较虿煌５匦D(zhuǎn)。這種通電方式稱為三拍控制。即三相三拍反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。若步進(jìn)電機(jī)按ACBACBA的順序通電， 則電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。 此種通電方式在A相斷電B相尚未接通時(shí)，轉(zhuǎn)子齒不受磁場(chǎng)控制，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)。如果把通電方式改為A相通電后，再AB兩相同時(shí)通電.則定子附近轉(zhuǎn)子上的1-4齒, 同時(shí)受到AB兩相磁極的吸引，1-4齒將位于AB兩相磁極之間。當(dāng)以AABBBCCCAA的順序通電，步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)15，這種通電方式稱為六拍控制方式。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子齒數(shù)不變, 控制方式改變時(shí),步距角可以減小一半。 這種通電方式

4、的特點(diǎn)是它在整個(gè)通電過(guò)程中, 始終有一相處于通電狀態(tài), 轉(zhuǎn)子齒始終有磁場(chǎng)吸引。脈沖當(dāng)量:步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)進(jìn)給脈沖,工作臺(tái)移動(dòng)的距離. 一般工作臺(tái)縱向移動(dòng)的脈沖當(dāng)量在(0.005-0.01)通常選0.01便于計(jì)算； 一般工作臺(tái)橫向移動(dòng)的脈沖當(dāng)量在(0.002-0.01)通常選0.005。舉例 1):列出運(yùn)動(dòng)方程式 設(shè) =0.9 t=6mm 代入數(shù)據(jù) 若A=80mm (中心距) m=2 A=m(Z1+Z2)/2 Z1+Z2=80 Z1/Z2=4/6 聯(lián)立求解得 Z1=32 Z2=48 Z1/Z2=32/48已知： 步進(jìn)電機(jī)步距角 =0.90Zk蝸桿頭數(shù) Zk=1Zw蝸輪齒數(shù) Zw=60Z1傳動(dòng)齒

5、輪1 Z2傳動(dòng)齒輪2 轉(zhuǎn)臺(tái)脈沖當(dāng)量，取0.010一般為（或0.00200.0050）求Z1=?，Z2=?步進(jìn)電機(jī)Z 1 Z 2ZwZk 圖b 步進(jìn)電機(jī)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)舉例2：數(shù)控機(jī)床的主軸部件及主傳動(dòng)系統(tǒng)一、主軸部件 (典型車床及銑床主軸部件結(jié)構(gòu),略) 1 、主軸部件常用滾動(dòng)軸承的類型 雙列推力向心球軸承,接觸角為60,球徑小,數(shù)目多,能承受雙向軸向載荷，調(diào)整中間隔套能予緊軸承調(diào)整間隙，允許轉(zhuǎn)速高。 在數(shù)控機(jī)床中，軸承一般都要同時(shí)承受軸向載荷和徑向載荷的聯(lián)合載荷的作用。對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸而言，主軸通徑，精度，剛度及加速度，溫升等參數(shù)是更為重要的要求。 所以大接觸角的角接觸球軸承不論在主傳動(dòng)還是進(jìn)給傳動(dòng)中均

6、有廣泛的使用?，F(xiàn)在開發(fā)的專用數(shù)控主軸軸承及滾珠絲杠專用軸承均是角接觸軸承。雙列推力向心球軸承,通常與雙列圓柱滾子軸承配套一起用作主軸的前支承。 帶凸肩雙列園柱滾子軸承也常作主軸的前支承。其滾子是空心的；有吸振，緩沖，起有效冷卻的作用。 軸承精度級(jí) B級(jí)(超精級(jí)) C級(jí)(特精級(jí)) D級(jí)(精密級(jí)) E級(jí)(高級(jí))普通精度機(jī)床前軸承常用C、D級(jí), 后軸承常用D、E級(jí)2、主軸滾動(dòng)軸承的配置 合理配置軸承對(duì)提高主軸部件的剛度,精度,降低支承溫升有很大的作用. 圖a后端定位,推力軸承在后支承的兩側(cè),主軸熱變形向前伸.細(xì)長(zhǎng)主軸受軸向力容易彎曲變形,但前支座簡(jiǎn)單。 圖b兩端定位,推力軸承分別布置到兩支承的外側(cè)。

7、優(yōu)點(diǎn)是軸承軸向間隙可以在后端方便地進(jìn)調(diào)整,對(duì)主軸熱變形敏感,適合于短主軸。 圖c,d 都是前支承固定.前支承剛度較高,主軸熱伸長(zhǎng)后另一端為自由端,不影響主軸精度.圖c推力軸承在前支承兩側(cè),使主軸的懸伸長(zhǎng)度增加.影響主軸剛度,圖d 兩個(gè)推力軸承安排在前支承的內(nèi)側(cè),克服了圖c 的缺點(diǎn), 一般高速精密機(jī)床的主軸多采用該方案。帶鎖緊的園螺母,右端的園螺母限制了軸承內(nèi)圈的移動(dòng)；b、修后座圈或隔套。 交流主軸伺服電機(jī)與普通三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有很多地方都很相似。交流主軸伺服電機(jī)的定子雖然也是三相繞組，但是它的磁路設(shè)計(jì)與普通異步電動(dòng)機(jī)有很大的不一樣。因?yàn)榻涣髦鬏S伺服電機(jī)要求在不同轉(zhuǎn)速下工作,各轉(zhuǎn)速的磁損都要

8、盡可能小。另外為了方便定子在空氣中散熱，定子的外面一般都沒有機(jī)殼，另外，為了加強(qiáng)冷卻效果,定子在軸向也設(shè)計(jì)了通風(fēng)口。定子的外形一般都設(shè)計(jì)成四方形或六方形。便于電機(jī)在機(jī)床中的安裝。在電機(jī)的尾端裝有檢測(cè)用的與轉(zhuǎn)子軸同軸的脈沖編碼器。交流主軸伺服電機(jī)有三種線，一種是電源線，一種是指令線，一種是碼盤線，電源線向電機(jī)供應(yīng)交流電，指令線控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位移量，碼盤線將電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)反饋到數(shù)控裝置。2、交流主軸電機(jī)的的控制方法（脈寬調(diào)制控制法） 三相交流電通過(guò)整流器后,獲得一個(gè)恒壓的直流電輸入逆變器,通過(guò)脈寬調(diào)制輸出不同頻率，電壓的交流電通到電動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。3、交流主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，功率特

9、性 電機(jī)性能 交流主軸電機(jī)的(轉(zhuǎn)速，力矩)，(轉(zhuǎn)速，功率)特性曲線反映它的性能，其特性曲線如圖所示； 切削機(jī)床要求電機(jī)在計(jì)算轉(zhuǎn)速以下的恒扭矩工作區(qū)具有粗加工的能力。4、主傳動(dòng)參數(shù)的確定a)主傳動(dòng)的功率 主傳動(dòng)的功率根據(jù)切削功率N切和主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈的機(jī)械效率按下式確定: 其中 : PZ切削力的切向分力（N ,牛頓） V切切削速度 （m/min 米/分） M切切削扭矩 （Ncm 牛頓厘米） n主主軸轉(zhuǎn)速 （r/min 轉(zhuǎn)/分） N機(jī)械機(jī)械效率 一般取0.70.85 主傳動(dòng)中的零件尺寸是根據(jù)N主（功率）確定的，如果主傳動(dòng)功 率定得過(guò)大，則主傳動(dòng)的零件，尺寸粗大造成強(qiáng)度富裕和浪費(fèi)，而定得過(guò)小，則達(dá)不到規(guī)

10、定的生產(chǎn)效率，甚至造成零件的損壞。由于影響切削加工的因素非常多。目前僅依靠理論計(jì)算確定功率還很困難。所以常用的方法是類比法、實(shí)驗(yàn)（測(cè)）法和理論計(jì)算法幾種方法相結(jié)合的方法來(lái)確定。b）主傳動(dòng)調(diào)速范圍 對(duì)于主傳動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的車床為例，主軸轉(zhuǎn)速n (r/min) ，由切削速度V (m/min) ，工件加工直徑d(mm) 來(lái)確定。而 調(diào)速范圍一般情況下調(diào)速范圍也沿用類比法和計(jì)算法相結(jié)合的方法確定。C）交流主軸電機(jī)(作主傳動(dòng)電機(jī))主傳動(dòng)方案分析舉例：已知條件 n主max=1600 r/min n主min=11.5 r/min M主max=705.6 N.m (主軸輸出最大轉(zhuǎn)矩) Nmax =5 KW (主軸輸出最大功率）主軸在11.5 r/min102 r/min之間是恒扭矩輸出 電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速段為1500r/min2400r/min 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速小于1500r/min以下時(shí)，為恒扭矩段。主軸102 r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min電動(dòng)機(jī)傳遞恒扭矩時(shí)的最低轉(zhuǎn)速為： 電機(jī)恒功率段 2400/1500=1.6電機(jī)恒扭矩段 1500/