第6章主軸驅(qū)動(dòng)及控制6.1概述6.2主軸的分段無(wú)級(jí)調(diào)速及控制6.3主軸準(zhǔn)?？刂菩〗Y(jié)習(xí)題本章導(dǎo)讀

本章主要介紹主軸驅(qū)動(dòng)裝置的特性與連接方法、主軸分段無(wú)級(jí)調(diào)速控制、主軸準(zhǔn)?？刂频葍?nèi)容。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸的要求，熟悉主軸驅(qū)動(dòng)裝置的一般連接方法，掌握主軸調(diào)速、準(zhǔn)?？刂品椒ā?.1概述

數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有很大的差別。主軸的運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以調(diào)速和功率驅(qū)動(dòng)為主。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)和控制提出了更高的要求。6.1.1數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸控制的要求一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸系統(tǒng)有以下要求。（1）調(diào)速范圍寬。要求有較寬的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)選用合理的切削用量，獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量；并希望能夠無(wú)級(jí)調(diào)速，以簡(jiǎn)化主軸箱設(shè)計(jì)。調(diào)速范圍一般要求達(dá)到1：100以上。（2）恒功率調(diào)速范圍寬，并能提高足夠的切削功率。由于在金屬切削加工工藝中，一般在精加工時(shí)小吃刀量，高轉(zhuǎn)速；粗加工時(shí)大吃刀量，低轉(zhuǎn)速；具有恒功率的特性。這就要求主軸系統(tǒng)具有較寬的恒功率調(diào)速范圍，才能滿足負(fù)載特性的需要。但由于受主軸電機(jī)與驅(qū)動(dòng)的限制，其低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出，為此可采用分段無(wú)級(jí)變速的方法，以展寬恒功率范圍。（3）穩(wěn)定、快速。要求主軸在正、反、停等過(guò)程中可進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，并且加減速時(shí)間短，反應(yīng)快速。（4）準(zhǔn)?？刂?。為滿足加工中心自動(dòng)換刀以及某些加工工藝的需要，要求主軸具有準(zhǔn)?？刂乒δ?。（5）旋轉(zhuǎn)軸功能。在車削中心上，要求主軸具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給(C軸)控制功能。6.1.2主軸系統(tǒng)的分類與特性

1.主軸系統(tǒng)的分類根據(jù)變速方式的不同，主軸系統(tǒng)可分為有級(jí)變速、無(wú)級(jí)變速和分段無(wú)級(jí)變速三種形式。其中，有級(jí)變速僅用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用無(wú)級(jí)變速或分段無(wú)級(jí)變速。

為滿足變速的要求，早期的數(shù)控機(jī)床常采用直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于直流電動(dòng)機(jī)存在體積大、恒功率調(diào)速范圍窄、電刷易磨損、維護(hù)比較麻煩等缺點(diǎn)，而逐漸被交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所取代。目前，絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)配置矢量變頻調(diào)速器，構(gòu)成主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。2.主軸驅(qū)動(dòng)的特性與直流電動(dòng)機(jī)相比，鼠籠式交流異步電動(dòng)機(jī)具有恒功率范圍寬，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。但是在采用一般變頻器調(diào)速時(shí)，其調(diào)速特性無(wú)法與直流電動(dòng)機(jī)相比，因此必須采用矢量變頻控制技術(shù)。

由于采用矢量變頻控制技術(shù)后，交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型極為相似，因而以直流主軸電動(dòng)機(jī)為例來(lái)分析其調(diào)速特性，其模型結(jié)構(gòu)如圖6.1所示。根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可得圖6.1主軸電電動(dòng)機(jī)機(jī)電路路模型型從而導(dǎo)導(dǎo)出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距速速度特特性方方程（1）在基基速n0以下，，采用用調(diào)壓壓調(diào)速速，即即在勵(lì)勵(lì)磁電電流If不變，，Φ為常數(shù)數(shù)的情情況下下，用用改變變電樞樞電壓壓Ua的方法法調(diào)速速。這這時(shí)時(shí)輸出出的最最大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Mmax取決于于電樞樞電流流最大大值Imax，即即Mmax=CMΦImax而對(duì)一一臺(tái)主主軸電電動(dòng)機(jī)機(jī)來(lái)說(shuō)說(shuō)，最最大電電流為為恒定定，因因此所所能輸輸出最最大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是是恒定定的，，而輸輸出功功率隨隨轉(zhuǎn)速速升高高而增增加，，因此此基速速n0以下稱稱為恒恒轉(zhuǎn)矩矩調(diào)速速。（2）基速速n0以上采用用弱磁方方法調(diào)速速，即在在保持電電樞電壓壓Ua不變的情情況下，，用改變變勵(lì)磁電電流If的方法來(lái)來(lái)調(diào)速。。這時(shí)時(shí)If減小K倍，Φ也減小K倍，相應(yīng)應(yīng)的轉(zhuǎn)速速n增加K倍，最最大轉(zhuǎn)矩矩則因?yàn)闉榇磐ě兜臏p小而而減小K倍，因此此所能輸輸出的最最大功率率Pmax=Mmaxn不變,這稱為恒恒功率調(diào)調(diào)速。主主軸電機(jī)機(jī)的工作作特性曲曲線如圖圖6.2所示。圖6.2主軸電機(jī)機(jī)的工作作特性曲曲線6.1.3CNC與主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置置的連接接下面以日日本安川川（YASKAWA）VA-626MT型主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置置為例講講解CNC與主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置置的連接接，圖6.3所示為其其內(nèi)部原原理框圖圖，CNC裝置與該該主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置置的連接接如圖6.4所示。1．轉(zhuǎn)速給給定信號(hào)號(hào)的連接接YASKAWAVA-626MT型主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置置有4種轉(zhuǎn)速給給定連接接方式，，使用時(shí)時(shí)根據(jù)所所配CNC裝置的輸輸出信號(hào)號(hào)類型通通過(guò)設(shè)定定面板的的設(shè)定任任選其中中的一種種方式。。這4種速度給給定方式式為。（1）模擬電電壓給定定。CNC裝置通過(guò)過(guò)其主軸軸模擬電電壓輸出出接口，，輸出0～±10V模擬電壓壓，接至至NCOM和0V端。電壓壓正負(fù)控控制電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)向，，電壓大大小控制制電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速。。如果數(shù)數(shù)控裝置置輸出的的電壓為為單極性性0～+10V，則可通通過(guò)FORWARDRUN(正轉(zhuǎn))與REVERSRUN(反轉(zhuǎn))開(kāi)關(guān)量指指定正反反轉(zhuǎn)。（2）12位二進(jìn)制制數(shù)給定定。數(shù)控裝置置通過(guò)輸輸出12位二進(jìn)制制代碼（（12根線）至至主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)的2CN連接器，，控制主主軸轉(zhuǎn)速速。（3）2位BCD碼給定。。數(shù)控裝置置輸出00～99的二位BCD碼(共8根信號(hào))至主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)的2CN連接器，，控制主主軸轉(zhuǎn)速速。（4）3位BCD碼給定。數(shù)控裝置通過(guò)過(guò)輸出000～999的三位BCD碼(共12根信號(hào))至主軸驅(qū)動(dòng)的的2CN連接器，控制制主軸轉(zhuǎn)速。。2.開(kāi)關(guān)量信號(hào)（1）RDY準(zhǔn)備好信號(hào):欲使主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)工作，可閉閉合RDY觸點(diǎn)，主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)進(jìn)入正常常工作狀態(tài)。。（2）EMG急停信號(hào):當(dāng)EMG常閉觸點(diǎn)打開(kāi)開(kāi)時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)立即制動(dòng)至至停轉(zhuǎn)。（3）FOR、REV信號(hào):用于指定主軸軸正反轉(zhuǎn)，其其與模擬量的的極性組合見(jiàn)見(jiàn)表6.1。表6.1FOR、REV與模擬量的極極性組合（4）TLH、TLL轉(zhuǎn)矩極限限制制。用于臨時(shí)時(shí)限制主軸電電動(dòng)機(jī)輸出的的最大轉(zhuǎn)矩，，以避免機(jī)械械損壞。例如如主軸機(jī)械準(zhǔn)準(zhǔn)停時(shí)，可使使用該功能。。最大輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩可設(shè)定為為額定轉(zhuǎn)矩的的5％～100％。（5）SSC軟啟動(dòng)信號(hào)：：使用該信號(hào)號(hào)可使主軸切切換工作處于于通常的主軸軸驅(qū)動(dòng)狀態(tài)或或進(jìn)入伺服狀狀態(tài)，進(jìn)入入伺服狀態(tài)可可實(shí)現(xiàn)位置閉閉環(huán)控制。（6）PPI速度調(diào)節(jié)器信信號(hào)：用于選選擇使用PI比例積分調(diào)節(jié)節(jié)器或P比例調(diào)節(jié)器。。（7）DAS速度設(shè)定方式式信號(hào)：用于于選擇模擬量量速度控制或或數(shù)字量控制制(12位二進(jìn)制或2位BCD碼或3位BCD碼)。（8）ZSPD零速輸出信號(hào)號(hào)：若主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定定的值(如30r／min)，則ZSPD輸出，表明明電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。（9）AGR速度到達(dá)信號(hào)號(hào)：當(dāng)主軸電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)實(shí)際到達(dá)所設(shè)設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)時(shí)，AGR信號(hào)輸出。（10）NDET速度檢測(cè)信號(hào)號(hào)：當(dāng)主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速低于某設(shè)設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，，NDET輸出。（11）TLE轉(zhuǎn)矩極限輸出出信號(hào)：當(dāng)外外部轉(zhuǎn)矩極限限TLL和TLH輸入信號(hào)有效效時(shí)即進(jìn)入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩極限臨時(shí)時(shí)限制狀態(tài)，，TLE信號(hào)輸出。（12）ALM報(bào)警信號(hào)：當(dāng)當(dāng)主軸驅(qū)動(dòng)報(bào)報(bào)警時(shí)，報(bào)警警信號(hào)ALM輸出，同時(shí)報(bào)報(bào)警代碼(ALMCODE)通過(guò)AC0、ACl、AC2、AC3編碼輸出，指指示報(bào)警內(nèi)內(nèi)容。（13）TDET轉(zhuǎn)矩檢測(cè)輸出出信號(hào)：當(dāng)主主軸輸出轉(zhuǎn)矩矩低于某一定定值時(shí)，TDET輸出，該信號(hào)號(hào)用于檢測(cè)主主軸負(fù)載情況況。（14）模擬量輸出出信號(hào)：兩路路模擬量輸出出用于外接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與負(fù)載表表，其輸出出直流電壓與與實(shí)際轉(zhuǎn)速及及負(fù)載成正比比。圖6.3安川YASKAWAVS-626MT型主軸驅(qū)動(dòng)裝裝置原理框圖圖圖6.4安川YASKAWAVS-626MT型主軸驅(qū)動(dòng)裝裝置外部連線線圖6.2主軸的分段無(wú)無(wú)級(jí)調(diào)速及控控制以主軸功率3.7KW，最高轉(zhuǎn)速6000r/min的數(shù)控機(jī)床為為例，可有以以下4種驅(qū)動(dòng)調(diào)速方方案。（1）全段無(wú)級(jí)調(diào)調(diào)速。如果僅僅考慮主軸功功率和最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的要求，，可選用額定定功率3.7KW、額定轉(zhuǎn)速1500r/min的主軸電動(dòng)機(jī)機(jī)，直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)主軸，工作作特性曲線如如圖6.5（a）所示。圖中，在1500r/min～6000r/min調(diào)速范圍內(nèi)，，最大輸出功功率Pmax=3.7KW；在1500r/min以下，輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距Mmax=15N?m，Pmax隨著轉(zhuǎn)速的降降低而下降。。在750r/min時(shí)，Pmax只能達(dá)到1.85KW。這顯然是無(wú)無(wú)法滿足機(jī)床床低速大轉(zhuǎn)距距要求的。為此，可選用用額定功率7.4KW、額定轉(zhuǎn)速1500r/min的主軸電動(dòng)機(jī)機(jī)，在1/2額定電壓下無(wú)無(wú)級(jí)變速驅(qū)動(dòng)動(dòng)主軸，工作作特性曲線如如圖6.6所示。在750r/min～6000r/min整個(gè)范圍內(nèi)，，Pmax=3.7KW，在750r/min以下，Mmax=30N?m，完全能夠滿滿足機(jī)床低速速大轉(zhuǎn)距要求求的。圖6.53.7kW電動(dòng)機(jī)工作作特性曲線線(a)全段無(wú)級(jí)調(diào)調(diào)速；(b)分段無(wú)級(jí)調(diào)調(diào)速圖6.67.4kW電動(dòng)機(jī)工作作特性曲線線（2）同功率電電機(jī)，分段段無(wú)級(jí)調(diào)速速。選用與主軸軸要求同功功率的3.7KW、額定轉(zhuǎn)速速1500r/min的主軸電動(dòng)動(dòng)機(jī)。如果果采用1:2齒輪減速驅(qū)驅(qū)動(dòng)主軸，，工作特性性曲線如圖圖6.5（b）所示。雖雖然低速時(shí)時(shí)輸出轉(zhuǎn)距距增大，Mmax=30N??m，滿足了低低速大轉(zhuǎn)距距要求，但但降低了最最高主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。為此此，可采用用分兩段無(wú)無(wú)級(jí)變速驅(qū)驅(qū)動(dòng)主軸，，在低速段段：750r/min～3000r/min范圍內(nèi)用1:2齒輪減速，，在高速段段：1500r/min～6000r/min范圍內(nèi)直接接驅(qū)動(dòng)，并并由CNC系統(tǒng)控制齒齒輪機(jī)構(gòu)自自動(dòng)換檔，，則可同時(shí)時(shí)滿足低速速轉(zhuǎn)矩和最最高主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的要求求。比較上述兩兩種方案，，可以看出出：采用全全段無(wú)級(jí)調(diào)調(diào)速，主軸軸箱可以大大大簡(jiǎn)化，，但必需選選用大功率率的主軸電電動(dòng)機(jī)，從從而使主軸軸電動(dòng)機(jī)與與驅(qū)動(dòng)裝置置的體積、、重量及成成本大大增增加。采用用分段無(wú)級(jí)級(jí)調(diào)速，既既不增大電電機(jī)的功率率，又能展展寬恒功率率范圍，比比較經(jīng)濟(jì)，，但需要自自動(dòng)換檔機(jī)機(jī)構(gòu)。應(yīng)用用中可根據(jù)據(jù)實(shí)際情況況而定。2.分段無(wú)級(jí)調(diào)調(diào)速的控制制多數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)均能夠夠提供四擋擋變速功能能，而數(shù)控控機(jī)床通常常使用兩擋擋即可滿足足要求。圖圖6.7所示為主軸軸分段無(wú)級(jí)級(jí)調(diào)速的控控制結(jié)構(gòu)。。圖6.7主軸分段無(wú)無(wú)級(jí)變速結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖圖數(shù)控系統(tǒng)具具有使用M41～M44代碼進(jìn)行齒齒輪自動(dòng)變變速的功能能。首先需需要在數(shù)控控系統(tǒng)參數(shù)數(shù)區(qū)設(shè)置M41～M44四檔對(duì)應(yīng)的的最高主軸軸轉(zhuǎn)速，這這樣數(shù)控系系統(tǒng)會(huì)根據(jù)據(jù)當(dāng)前S指令值，判判斷應(yīng)處的的檔，并自自動(dòng)輸出相相應(yīng)的M41～M44指令給可編編程控制器器(PLC)控制更換相相應(yīng)的齒輪輪檔，數(shù)控控裝置輸出出相應(yīng)的模模擬電壓。。例如M41對(duì)應(yīng)應(yīng)的的主主軸軸最最高高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速為為1000r／min，M42對(duì)應(yīng)應(yīng)的的主主軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速為為3500r／min，主主軸軸電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)最最高高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速為為3500r／min。當(dāng)S指令令在在0～1000r／min范圍圍時(shí)時(shí),M41對(duì)應(yīng)應(yīng)的的齒齒輪輪應(yīng)應(yīng)嚙嚙合合,S指令令在在1001～3500r/min范圍圍時(shí)時(shí)，，M42對(duì)應(yīng)應(yīng)的的齒齒輪輪應(yīng)應(yīng)嚙嚙合合。。不不同同機(jī)機(jī)床床主主軸軸變變速速所所用用的的方方式式不不同同，，控控制制的的具具體體實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)可可由由可可編編程程控控制制器器來(lái)來(lái)完完成成。。目目前前常常采采用用液液壓壓撥撥叉叉或或電電磁磁離離合合器器來(lái)來(lái)帶帶動(dòng)動(dòng)不不同同齒齒輪輪的的嚙嚙合合。。顯顯然然，，該該例例中中M42對(duì)應(yīng)應(yīng)的的齒齒輪輪傳傳動(dòng)動(dòng)比比為為1：1，而而M41對(duì)應(yīng)應(yīng)的的傳傳動(dòng)動(dòng)比比為為1：3.5，此此時(shí)時(shí)主主軸軸輸輸出出的的最最大大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩為為主主軸軸電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)最最大大輸輸出出力力矩矩的的3.5倍。。對(duì)變變速速時(shí)時(shí)出出現(xiàn)現(xiàn)的的頂頂齒齒現(xiàn)現(xiàn)象象，，現(xiàn)現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)均均采采用用在在變變速速時(shí)時(shí)，，由由數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)控控制制主主軸軸電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)低低速速擺擺動(dòng)動(dòng)的的方方法法來(lái)來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)齒齒輪輪的的順順序序嚙嚙合合。。而而變變速速時(shí)時(shí)主主軸軸電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)低低速速擺擺動(dòng)動(dòng)的的速速度度可可在在數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)參參數(shù)數(shù)區(qū)區(qū)中中設(shè)設(shè)定定。。3.齒輪輪變變速速自自動(dòng)動(dòng)換換擋擋的的操操縱縱機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)1)液壓壓撥撥叉叉液壓壓撥撥叉叉是是一一種種用用一一只只或或幾幾只只液液壓壓缸缸帶帶動(dòng)動(dòng)齒齒輪輪移移動(dòng)動(dòng)的的變變速速操操縱縱機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)。。最最簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的的二二位位液液壓壓缸缸實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)雙雙聯(lián)聯(lián)齒齒輪輪變變速速，，對(duì)對(duì)于于三三聯(lián)聯(lián)或或三三聯(lián)聯(lián)以以上上的的齒齒輪輪變變速速則則需需使使用用差差動(dòng)動(dòng)液液壓壓缸缸。。圖圖6.8所示為三位液液壓撥叉的原原理圖，通通過(guò)電磁閥改改變不同的通通油方式可獲獲得三個(gè)位置置。圖6.8三位液壓撥叉叉的工作原理理（1）當(dāng)液壓缸1通人液壓油而而液壓缸5卸壓時(shí)，活塞塞桿2帶動(dòng)撥叉3向左移至極限限位置。（2）當(dāng)液壓缸5通入液壓油而而液壓缸1卸壓時(shí)，活塞塞桿2和套筒4一起移至右極極限位置（3）當(dāng)左右缸同同時(shí)通入壓力力油時(shí)，由于于活塞桿2兩端直徑不同同便其向左移移動(dòng)，而由于于套筒4和活塞桿2截面直徑不同同，而使套筒筒4向右的推力大大于活塞2兩端直徑不同同便其向左移移動(dòng)，而由于于套筒4和活塞桿2截面直徑不同同，而使套筒筒4向右的推力大大于活塞扦2向左的推力，，因此套筒4壓向液壓缸的的右端，而活活塞桿2緊靠套筒4的右面，撥叉叉處于中間位位置。要注意的是，，每個(gè)齒輪的的到位需要有有到位檢測(cè)元元件(如接近開(kāi)關(guān))檢測(cè)，該信號(hào)號(hào)有效說(shuō)明變變檔已經(jīng)結(jié)束束。對(duì)主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)無(wú)級(jí)變速速的場(chǎng)合，可可采用數(shù)控系系統(tǒng)控制主軸軸電動(dòng)機(jī)慢速速擺動(dòng)來(lái)解決決液壓撥叉可可能產(chǎn)生的頂頂齒問(wèn)題。對(duì)于單純分檔檔有級(jí)變速的的恒速交流電電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)場(chǎng)合，通常在在傳動(dòng)鏈上安安置一個(gè)微型型電機(jī)或液壓壓馬達(dá)來(lái)解決決頂齒問(wèn)題。。正常工作時(shí)時(shí)，離合器脫脫開(kāi)；齒輪變變速時(shí)，主軸軸電機(jī)斷電，，離合器吸合合，微電機(jī)工工作，帶動(dòng)主主軸慢速轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，同時(shí)，油油缸移動(dòng)齒輪輪，從而順利利嚙合。液壓壓撥叉需要附附加一套液壓壓裝置，將電電信號(hào)轉(zhuǎn)換為為電磁閥動(dòng)作作，再將壓力力油分至相應(yīng)應(yīng)的液壓缸,因而增加了復(fù)復(fù)雜性。2）電磁離合合器變速電磁離合器是是應(yīng)用電磁效效應(yīng)接通或切切斷運(yùn)行的元元件。它便便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)化操作，但但缺點(diǎn)是體體積大，磁磁通易使機(jī)械械零件磁化。。在數(shù)控機(jī)床床主傳動(dòng)中，，使用電磁離離合器能夠簡(jiǎn)簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)構(gòu)，通過(guò)安裝裝在各傳動(dòng)軸軸上離合器的的吸合與分離離形成不同的的運(yùn)動(dòng)組合傳傳動(dòng)路線，實(shí)實(shí)現(xiàn)主軸變速速。在數(shù)控機(jī)床中中常使用無(wú)滑滑環(huán)摩擦片式式電磁離合器器和牙嵌式電電磁離合器。。由于摩擦片片式電磁離合合器采用摩擦擦片傳遞轉(zhuǎn)矩矩，所以允許許不停機(jī)變速速。但如果速速度過(guò)高,會(huì)由于滑差運(yùn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量量的摩擦熱。。牙嵌式電磁磁離臺(tái)器由于于在摩擦面上上加工成一定定的齒形，提提高了傳遞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，減小離離合器的徑向向軸向尺寸，，使主軸結(jié)構(gòu)構(gòu)更加緊湊，，摩擦熱減小小。但牙嵌式式電磁離合器器必須在低速速時(shí)變速。6.3主軸準(zhǔn)?？刂浦浦鬏S準(zhǔn)停又叫叫主軸定位，，即當(dāng)主軸停停止時(shí)，控制制其停于固定定位置。主軸軸準(zhǔn)停是加工工中心自動(dòng)換換刀所必需的的功能。在自自動(dòng)換刀的鏜鏜銑加工中心心上，切削的的轉(zhuǎn)矩通常是是通過(guò)刀桿的的端面鍵來(lái)傳傳遞的，這就就要求主軸具具有準(zhǔn)確定位位于圓周上特特定角度的功功能，如圖6.9所示。當(dāng)加工階梯孔孔或精鏜孔后后退刀時(shí)，為為防止刀具與與小階梯孔碰碰撞或拉毛已已加工好的內(nèi)內(nèi)孔表面，必必須先讓刀再再退刀，這種種情況下也必必須具有準(zhǔn)確確定位功能，，如圖6.10所示。在零件件程序中，執(zhí)執(zhí)行準(zhǔn)停功能能的指令為M19。按主軸準(zhǔn)?？乜刂频膶?shí)現(xiàn)方方式，可分為為機(jī)械準(zhǔn)停和和電氣準(zhǔn)停。。圖6.9主軸準(zhǔn)停換刀刀示意圖圖6.10主軸準(zhǔn)停鏜背背孔示意圖1.機(jī)械準(zhǔn)停控制制機(jī)械準(zhǔn)?？刂浦埔话悴捎茫郑中尾圯喍ㄎ晃槐P準(zhǔn)停結(jié)構(gòu)構(gòu)，如圖6.11所示。帶有ＶＶ形槽的定位位盤與主軸端端面保持一定定的關(guān)系，以以確定定位位位置。當(dāng)CNC執(zhí)行準(zhǔn)停控制制指令M19時(shí)，首先使主主軸減速至某某一預(yù)先設(shè)定定的低速轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，然后當(dāng)接接近開(kāi)關(guān)信號(hào)號(hào)有效后，立立即使主軸電電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)并并斷開(kāi)主軸傳傳動(dòng)鏈，此時(shí)時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)機(jī)與主軸傳動(dòng)動(dòng)件依慣性繼繼續(xù)空轉(zhuǎn)，同同時(shí)準(zhǔn)停油缸缸定位銷伸出出并壓向定位位盤。當(dāng)定位位盤Ｖ形槽與與定位銷正對(duì)對(duì)時(shí)，由于油油缸的壓力，，定位銷插入入Ｖ形槽中，，LS2準(zhǔn)停到信號(hào)有有效，表明準(zhǔn)準(zhǔn)停動(dòng)作完成成。這里L(fēng)S1為準(zhǔn)停釋放信信號(hào)，LS2為準(zhǔn)停釋放信信號(hào)。采用這種準(zhǔn)停停方式，必須須有—定的邏輯互鎖鎖，即當(dāng)LS2有效時(shí)，才能能進(jìn)行換刀等等動(dòng)作。而只只有當(dāng)LS1有效時(shí)，才能能啟動(dòng)主軸電電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)。上述控控制邏輯通常常由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)所配的可編編程控制器完完成圖6.11機(jī)械準(zhǔn)停原理理示意圖2.電氣準(zhǔn)?？刂浦贫鄶?shù)中高檔數(shù)數(shù)控系統(tǒng)均采采用電氣準(zhǔn)停?？刂疲姎鈿鉁?zhǔn)停通常有有以下3種方式：（1）磁傳感器準(zhǔn)準(zhǔn)停磁傳感器主軸軸準(zhǔn)?？刂朴捎芍鬏S驅(qū)動(dòng)自自身完成，控控制結(jié)構(gòu)如圖圖6.12所示。當(dāng)CNC系統(tǒng)執(zhí)行M19指令時(shí)，向主主軸驅(qū)動(dòng)發(fā)出出主軸準(zhǔn)停啟啟動(dòng)命令ORT。主軸驅(qū)動(dòng)響響應(yīng)ORT命令，立即使使主軸減速至至預(yù)先設(shè)定的的準(zhǔn)停速度。。圖6.12磁傳感器準(zhǔn)停?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)構(gòu)成當(dāng)磁發(fā)體與磁磁傳感器對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)時(shí)，主軸立立即減速至某某一爬行速度度。當(dāng)磁發(fā)體體與磁傳感器器再次對(duì)準(zhǔn)時(shí)時(shí)，主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)立即進(jìn)入磁磁傳感器作為為反饋元件的的位置閉環(huán)控控制，目標(biāo)位位置為準(zhǔn)停位位置。準(zhǔn)停完完成后，主軸軸驅(qū)動(dòng)裝置輸輸出準(zhǔn)停完成成ORE信號(hào)給CNC裝置，從而可可進(jìn)行自動(dòng)換換刀或其它動(dòng)動(dòng)作。時(shí)序如如圖6.13所示。圖6.13磁傳感器準(zhǔn)停停時(shí)序圖2）編碼器型型主軸準(zhǔn)停這種準(zhǔn)停功能能也是由主軸軸驅(qū)動(dòng)完成的的，控制結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖6.14所示。CNC只需發(fā)出ORT命令，主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)完成準(zhǔn)停停后回答準(zhǔn)停停完成信號(hào)ORE。其控制步驟驟與傳感器類類似，所不同同的是準(zhǔn)停角角度可由編碼碼(12位)設(shè)定，更加加靈活方便。。圖6.14編碼器型主軸軸準(zhǔn)停結(jié)構(gòu)3）數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)準(zhǔn)停這種準(zhǔn)?？刂浦品绞绞怯蓴?shù)數(shù)控系統(tǒng)完成成的，其原理理與進(jìn)給位置置控制的原理理非常相似，，如圖6.15所示。圖6.15數(shù)控系統(tǒng)控制制主軸準(zhǔn)停結(jié)結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)這種準(zhǔn)準(zhǔn)停控制，要要求：①數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)必須具有主主軸閉環(huán)控制制功能。②具有較高高的主軸傳動(dòng)動(dòng)精度。通常常用電動(dòng)機(jī)軸軸端編碼器信信號(hào)反饋給數(shù)數(shù)控裝置，構(gòu)構(gòu)成位置閉環(huán)環(huán)，這就要求求主軸傳動(dòng)鏈鏈要有較高的的精度。③主軸驅(qū)動(dòng)具有有伺服狀態(tài)。。通常為避免免沖擊，主軸軸驅(qū)動(dòng)都采用用軟啟動(dòng)方式式。但這對(duì)主主軸位置閉環(huán)環(huán)控制會(huì)產(chǎn)生生不良影響。。位置增益過(guò)過(guò)低，則準(zhǔn)停停精度和剛度度不能滿足要要求；過(guò)高則則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重重的定位振蕩蕩現(xiàn)象。因此此必須使主軸軸進(jìn)入伺服狀狀態(tài)，使其特特