数控车床主轴电机如何选择？

数控车床主轴电机的选择：

一、数控机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。根据数控机床主传动的工作特点，早期的数控机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展，机床结构有了很大的改进，从而对主轴系统提出了新的要求，而且因用途而异。在数控机床中，数控车床占42％，数控钻镗铣床占33％，数控磨床、冲床占23％，其他只占2％。

数控机床使用的主轴驱动系统，可分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大类。下面根据这两大类主轴驱动系统的特点来选择主轴驱动系统：

1、直流主轴驱动系统得特点

在数控机床高速,高效,高精度的控制要求,使得FANUC直流主轴驱动与通常的速度自动调节系统相比有以下特点:

（1）    调速范围宽, 采用FANUC主轴驱动的数控机床,在机械结构方面，小型机床通常采用电机与主轴直接或皮带变速的结构形式、中、大型机床通常只设置高,低速两级简单的机械变速机构，因此，主轴电动机的调速必须全部依赖主轴驱动器进行控制。为保证数控机床的加工范围,使加工工艺相对集中，并达到理想的切削效果，主轴驱动器必须实现无级变速，且具有教宽的调速范围。

（2）    在结构上，FANUC直流主轴电动机为全封闭的结构形式，可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。

（3）    在冷却系统上，为了缩小体积，提高效率，FANUC主轴电动机采用了特殊法人热管冷却系统，可以将转子产生的热量迅速的向外界发散。

（4）    在磁路设计上，为了使电机发热最小，FANUC煮粥电动机定子采用了独特的附加磁极，以减小损耗，提高了效率。

2、交流主轴驱动系统

（1）    由于驱动系统采用了微处理器和现代控制理论进行控制，系统运行平稳，振动和噪音小，并且可以获得较大的调速范围和较高的低速转矩，可以较方便地与数控机床相配套。

（2）     较大功率驱动系统采用了难度较大的“回馈制动”技术，在制动时，既可将电动机能量反馈回电网，起到节能的效果，又可以加快起、制动速度。

（3）    驱动器具有D／A转换器、实际转速／转矩信号输出、电气主轴“定向准停”等功能，可以方便地与各类CNC配套。

（4）    电机采用无外壳结构，定子硅钢片直接进行空气冷却，可以在浮尘、切削液飞溅的场合安全、可靠地工作。

（5）    与直流电机相比，由于交流主轴电机在结构上无换向器，主轴电机通常不需要进行维修。

（6）    主轴低年级转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴低年级更高。

（7）    主轴电机的冷却空气由前端向后流动，可以有效减少电机发热对机床精度的影响。

二、选择电机：

通过上面两种主轴驱动系统的比较，交流主轴电动机在工作环境，冷却系统和调速范围上都优于直流主轴驱动系统，故根据在这些方面的优势本设计的主轴驱动系统采用交流主轴驱动系统．

其选用的交流主轴电机的参数如下：

55kW数控车床，电动机参数：

    额定功率：55kW，     额定频率：50Hz, 

    额定电压：380V，      额定电流：11A，

    额定转速：1440r/min   机械传动比：1：15

    加工材料：45#钢

实际测试性能指标：（进刀性能及速度）

    1、主轴转速：200r/min（变频器运行频率9～10Hz）

    2、主轴转速：450r/min（变频器运行频率22Hz左右） 

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，该控制系统能够通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来，较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题。数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明：

一、加工程序载体

数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等。

二、数控装置

数控装置是数控机床的核心，一般使用多个微处理器以程序化的软件形式实现数控功能。它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。

1)输入装置:将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置。主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入和连接上级计算机的DNC(直接数控)输入，现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。

2)信息处理:输入装置将加工信息编译成计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。系统的输入数据包括:零件的轮廓信息、加工速度及其他辅助加工信息，数据处理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包括刀具半径补偿、速度计算及辅助功能的处理等。

3)输出装置:输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲，并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大，驱动伺服系统，从而控制机床按规定要求运动。

三、伺服与测量反馈系统

伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。

四、机床主体

机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比，数控机床主体具有如下结构特点:

1)采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗震性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施，可减少热变形对机床主机的影响。

2)广泛采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动链缩短，简化了机床机械传动系统的结构。

3)采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。

五、数控机床润滑冷却系统

机床润滑冷却系统包括储油池、油泵、磁性分离机、管路喷嘴、过滤装置等几部分组成。机床工作时使用油泵将油池中的切削油经分离机和过滤装置通过管路喷嘴注入到加工部位。切削油起到清洗、冷却、润滑的作用，减少刀具与工件的直接摩擦，冷却刀具，并将碎屑一并带入到储油池进行循环使用。

六、数控机床辅助装置

辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括:气动、液压装置，排屑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。

以上就是数控机床设备各组成部分的基本工作原理，在日常使用中按照各装置的使用规范进行操作并制定完善的设备维护流程，能有效避免设备在使用过程中出现故障，还可以大幅度的延长设备使用寿命。

1、机床主体是机床的主要组成部分，也是机床的硬件，是机床的重要机械附件部分，也是最容易通过肉眼直观看到的部分，包括床身及底座铸件、主轴及变速箱、导轨及滑台、润滑、排屑及冷却等部分。

2、传动系统是数控机床的重要“脉络”，主导机床各部分的有序进行及完成机床的工作使命，他包括刀具、传动机械和辅助动力系统。（1）就刀具部分而言，包括保护装置、刀库和换刀装置；（2）作为传动系统的第二大组成——传动机械包括滚珠丝杆、直线导轨和蜗杆副三个部分；（3）辅助动力系统则包含液压系统和启动系统两个部分，这两个部分是数控机床的动力所在。

3、数控系统，可以说是数控机床的灵魂所在，也是整个机床最具感性左右的部分，是机床完成各项功能和作业精髓所在。数控系统基本分为两类：（1）驱动装置，它包括高速主轴、力矩电机、直线电机、普通电机和步进电机；（2）控制及检测装置，包括CNC系统、可编程序控制器、进给伺服控制模块、位置检测模块等。