数控技术及应用数案及讲稿 上部分：数控技术及编程 【一建鹰 图4-5编码器主轴准停控制 图4-6编码器型准停的时序图 准停位置 ⑧KDAC 上轴驱动装置 实际位置 PC 图4-7数控系统控制主轴准停 4.主轴旋转与坐标轴进给的同步控制 在车削中心上，为了使之具有螺纹车削功能，要求主轴旋转与坐标进给驱动实行同 步控制，即主轴具有旋转进给轴(C轴)的控制功能。在螺纹加工循环中，主轴转速与 坐标轴的进给量必须保持一定的关系，即主轴每转一圈，沿工件的轴向坐标必须按节矩 进给相应的脉冲量。通常是将光电脉冲编码器装在主轴上，作为主轴的脉冲发生器，主 轴旋转时发出脉冲，作为坐标轴进给的脉冲源。经CPU对节矩计算后，控制坐标轴位 置伺服系统，使进给量与主轴转速保持同步。常用的主轴脉冲发生器。每转的脉冲数为 1024,与坐标轴进给位置编码器一样.输出相位差为90°的两相信号。这两相信号经4 倍频后，每转变成4096个脉冲送给CNC装置。编码器还设有标志脉冲孔道，每转产 牛1个可作为参考零位的标志信号。 4.恒线速切削控制 利用车床和磨床进行工件端面加工时，为了保证端面加工时粗糙度的一致性，要求 刀具切削的线速度为恒定值。为此，随着刀具的径向进给，切削直径的逐渐减小，应不 兰州交通大学机电工程学院 6
数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 6 图 4-5 编码器主轴准停控制 图 4-6 编码器型准停的时序图 图 4-7 数控系统控制主轴准停 4．主轴旋转与坐标轴进给的同步控制 在车削中心上，为了使之具有螺纹车削功能，要求主轴旋转与坐标进给驱动实行同 步控制，即主轴具有旋转进给轴（C 轴）的控制功能。在螺纹加工循环中，主轴转速与 坐标轴的进给量必须保持一定的关系，即主轴每转一圈，沿工件的轴向坐标必须按节矩 进给相应的脉冲量。通常是将光电脉冲编码器装在主轴上，作为主轴的脉冲发生器，主 轴旋转时发出脉冲，作为坐标轴进给的脉冲源。经 CPU 对节矩计算后，控制坐标轴位 置伺服系统，使进给量与主轴转速保持同步。常用的主轴脉冲发生器．每转的脉冲数为 1024，与坐标轴进给位置编码器一样．输出相位差为 900 的两相信号。这两相信号经 4 倍频后，每转变成 4096 个脉冲送给 CNC 装置。编码器还设有标志脉冲孔道，每转产 牛 1 个可作为参考零位的标志信号。 4．恒线速切削控制 利用车床和磨床进行工件端面加工时，为了保证端面加工时粗糙度的一致性，要求 刀具切削的线速度为恒定值。为此，随着刀具的径向进给，切削直径的逐渐减小，应不
数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 断提高主轴转速，并维持线速度V=2πD为常数，式中V是切削线速度，n为主轴转 速，D为加工时切削直径。在控制系统中，D可由坐标轴的进给量算出，然后计算出对 应的主轴转速n,以保证切削的线速度保持不变。 5.加减速功能 现代数控机床，基本都要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，即 要求具有4象限驱动能力，并且加、减速时间要短。 二、主轴驱动装置及其工作特性 (一)主轴驱动电动机及其工作特性 数控机床对主轴驱动工作特性总的要求是：在低速时适应恒转矩负载调速，速度较 高时适应恒功率负载调速。因此为了满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴驱动电动机 应具备下述功能：()输出功率大：（②）在整个调速范围内速度稳定，且恒功率范围宽： (③)断续负载下电动机转速波动要小，过载能力强：(4)加速、减速时间短：（⑤）电机温 升低：(6)振动小，噪音小：()可靠性高、寿命长、易于维护：（⑧）体积小、重量轻 主轴驱动电动机工作特性要求如图4-8所示。 P.M 1 2 图4-8主轴驱动的工作特性曲线 (二)直流主轴驱动单元 直流主轴电动机的结构与永磁式直流伺服电动机不同，主轴电动机要能输出较大 的功率，所以一般采取他激式，这样输出功率大。直流主轴电动机的过载能力一般约为 1.5倍。恒转矩调速范与恒功率调速范围之比约为1：2。为缩小体积，改善冷却效果，以 免电动机过热，常采用轴向强迫风冷或热管冷却技术。直流驱动装置有可控硅和脉宽调 制PWM调速两种形式。脉宽调制PWM调速具有很好的调速性能，对精度、速度要求 较高的数控机床常用作进给驱动装置。而三相全控可控硅调速装置则适于大功率应用场 合，因而常用于直流主轴驱动装置。 (三)交流主轴驱动单元 兰州交通大学机电工程学院
数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 7 断提高主轴转速，并维持线速度 V nD = 2 为常数，式中Ｖ是切削线速度，ｎ为主轴转 速，Ｄ为加工时切削直径。在控制系统中，Ｄ可由坐标轴的进给量算出，然后计算出对 应的主轴转速ｎ，以保证切削的线速度保持不变。 5．加减速功能 现代数控机床，基本都要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，即 要求具有 4 象限驱动能力，并且加、减速时间要短。 二、主轴驱动装置及其工作特性 (一)主轴驱动电动机及其工作特性 数控机床对主轴驱动工作特性总的要求是：在低速时适应恒转矩负载调速，速度较 高时适应恒功率负载调速。因此为了满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴驱动电动机 应具备下述功能：(1) 输出功率大；(2) 在整个调速范围内速度稳定，且恒功率范围宽； (3) 断续负载下电动机转速波动要小，过载能力强；(4) 加速、减速时间短；(5) 电机温 升低；(6) 振动小，噪音小；(7) 可靠性高、寿命长、易于维护；(8) 体积小、重量轻。 主轴驱动电动机工作特性要求如图 4-8 所示。 图 4-8 主轴驱动的工作特性曲线 (二)直流主轴驱动单元 直流主轴电动机的结构与永磁式直流伺服电动机不同，主轴电动机要能输出较大 的功率，所以一般采取他激式，这样输出功率大。直流主轴电动机的过载能力一般约为 1.5 倍。恒转矩调速范与恒功率调速范围之比约为 1:2。为缩小体积，改善冷却效果，以 免电动机过热，常采用轴向强迫风冷或热管冷却技术。直流驱动装置有可控硅和脉宽调 制 PWM 调速两种形式。脉宽调制 PWM 调速具有很好的调速性能，对精度、速度要求 较高的数控机床常用作进给驱动装置。而三相全控可控硅调速装置则适于大功率应用场 合，因而常用于直流主轴驱动装置。 (三)交流主轴驱动单元