数控机床是一种灵活、高效能的自动化机床,它较好地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题。合理地进行数控机床主轴的控制,对提高机床的加工精度和生产效率都十分重要。
数控机床的主轴驱动系统也叫主传动系统,是完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度,配合进给运动,加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一,它的精度对零件的加工精度有较大的影响。机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别,机床主轴的工作运动通常是旋转运动,不像进给驱动需要丝杆或者其他直线运动装置作往复运动,数控机床通过主轴的回转与进给实现刀具与工件的相对切削运动。
根据机床主轴传动的工作特点,早期的机床多数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,机床机构有了很大改进,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%,其他占2%,为了满足量大面广的前两类数控机床的需要,对主轴传动提出了如下要求:主传动电机应有2.2KW~250KW的功率范围;要有大的无级调速范围,如能在1:100~1000范围内进行恒转矩调速和1:10的恒功率调速;要求主传动有四象限的驱动能力;为了满足螺纹车削,要求主轴能与进给实行同步控制。
在目前数控车床中,主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。为满足数控车床对主轴驱动的要求,变频器必须有以下性能:(1)宽调速范围,且稳速精度高;(2)低速运行时,有较大力矩输出;(3)加减速时间短;(4)过载能力强;(5)快速响应主轴电机快速正反转以及加减速。
下图是变频器在数控机床主轴上的应用: