简述交流主轴驱动系统的特点
数控机床主轴箱设计
数控机床主轴箱设计毕业设计（论文）任务书摘要主轴箱为数控机床的主要传动系统，它包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通车床的主轴箱比较，相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统，它主要是用以扩大电动机无级调速的范围，以满足一定恒功率、和转速的问题。
本设计采用北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是4500r/min。
通过给定的技术参数来初步设定部分轴、齿轮等单元的结构尺寸，对传动系统进行理论力学分析，精确计算选定尺寸及材料，由电机转速传动至进给系统的参数反馈，校核所选定主轴和转动轴尺寸的合理性完成整体结构设计，最后对齿轮进行了验算以及V型带的、离合器的选择与计算。
通过本次设计，使数控机床结构更加紧凑，性能更加优越，生产加工更加精密，有利于改善数控机床的性能，使得产品的加工更加高效。
关键词：数控机床；主轴箱；交流调速电动机；BESK-8AbstractFor the spindle box of NC machine tool main transmission system which comprises a motor, the transmission system and the spindle, it with ordinary lathe spindle box is relatively simple, only two or three stage gear transmission system, it is mainly used to expand the range of stepless speed regulation of motor, to meet a certain constant power, and speed problems.This design uses the Beijing CNC equipment factory of type BESK-8 AC spindle motor, maximum speed is 4500r / min. Through the given technical parameter to set an initial portion of the shaft, gear unit size, the transmission system of theoretical mechanics analysis, accurate calculation of the selected size and material, the motor speed drive to the feed system parameters feedback, check the selected spindle and rotary shaft size is reasonable to complete the overall structure design, assembly drawing and parts graph.Through the design of the NC machine tool, compact structure, superior performance, production and processing of more sophisticated, is helpful for improving the performance of CNC machine tools, making the product processing more efficient.Key words: NC machine tool; spindle box; AC motor; BESK-8东北大学继续教育学院毕业设计（论文）用纸目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1.绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)2.主轴驱动源的选择 (2)2.1直流主轴驱动系统的特点 (2)2.2 交流主轴驱动系统的特点 (3)2.3主轴驱动电机的确定 (4)3.主传动设计 (5)3.1转速图的拟定 (5)3.2主轴转速的确定 (6)3.3传动级数的确定 (7)3.3.1主传动系数的参数 (7)3.3.2主传动级数的确定 (8)3.3.3分级变速箱的设计计算 (11)4.传动系统零件的设计 (17)4.1齿轮的验算 (17)4.2 V型带的选择 (19)4.3离合器的选择与计算 (21)总结 (24)参考文献 (25)1.绪论1.1研究的目的和意义数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，剩去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。
伺服驱动系统
参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/6dc3505e89715b411038c2a 8.html数控机床中的伺服驱动系统取代了传统机床的机械传动，是数控机床的重要特征之一，因此在一定意义上，伺服驱动系统的性能和可靠性决定了整台数控机床的性能和可靠性。
位置伺服驱动系统是由驱动系统与ＣＮＣ系统中的位置控制部分构成的。
数控机床的驱动系统主要有两种：主轴驱动系统和进给驱动系统。
从作用看，前者控制机床主轴旋转运动，后者控制机床各坐标的进给运动。
不论是主轴驱动系统还是进给驱动系统，从电气控制原理来分都可分为直流驱动和交流驱动系统。
直流驱动系统在２０世纪７０年代初至８０年代中期占据主导地位，这是由于直流电动机具有良好的调速性能，输出力矩大，过载能力强，精度高，控制原理简单，易于调整等。
随着微电子技术的迅速发展，加之交流伺服电动机材料、结构及控制理论有了突破性的进展，又推出了交流驱动系统，标志着新一代驱动系统的开始。
由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机维护简单，便于制造，不受恶劣环境影响，所以目前直流驱动系统已逐步被交流驱动系统所取代。
一、主轴驱动系统数控机床要求主轴在很宽的范围内转速连续可调，恒功率范围宽。
当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，就要对主轴提出相应的速度控制和位置控制要求。
１．直流主轴驱动系统由于直流调速性能的优越性，直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中得到广泛应用，主轴电动机驱动多采用晶闸管调速的方式。
（１）工作原理数控机床直流主轴电动机由于功率较大，且要求正、反转及停止迅速，故驱动装置通常采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统，这样在制动时，除了缩短制动时间外，还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网。
１）主电路图６－９为三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统的主电路，逻辑无环流可逆系统是利用逻辑电路，使一组晶闸管在工作时，另一组晶闸管的触发脉冲被封锁，从而切断正、反两组晶闸管之间流通的电流。
(答案)数控机床故障诊断与维修试题
一、填空题（每空1分，共20分）1、滚珠丝杠螺母副，按滚珠返回的方式不同可以分为（内循环式）和（外循环式）两种。
2、导轨副的维护一般包括（导轨副的润滑）、（滚动导轨副的预紧）和（导轨副的防护）。
3、数控机床自动换刀装置的形式有（回转刀架换刀）、（更换主轴头换刀）和（带刀库的自动换刀）。
4、数控机床上常用的刀库形式有（直线式刀库）、（盘式刀库）、（链式刀库）和（密集形格子式刀库）。
5、刀具常用交换方式有（顺序选刀）和（任意选刀）两类。
6、滚珠丝杠螺母副的润滑油为（一般机油或90～180#透平油、140#或N15主轴油），而润滑油一般采用（锂基润滑脂）。
7、数控机床按控制运动轨迹可分为点位控制、（直线控制）和（轮廓控制）等几种。
8、数控机床的自动换刀装置中，实现（刀库）和机床（主轴）之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
一、选择题 1、数控车床床身中，排屑性能最差的是（ A ）。
A、平床身 B、斜床身 C、立床身2、一般数控铣床是指规格（ B ）的升降台数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下。
A、较大 B、较小 C、齐全 D、系列化3、采用数控机床加工的零件应该是（ B ）。
A、单一零件B、中小批量、形状复杂、型号多变的零件 C、大批量零件4、数控机床四轴三联动的含义是（ B ）。
A、四轴中只有三个轴可以运动 B、有四个控制轴，其中任意三个轴可以联动C、数控系统能控制机床四轴运动，其中三个轴能联动5、数控机床主轴锥孔的锥度通常为7：24，之所以采用这种锥度是为了（ C ）A、靠摩擦力传递扭矩 B、自锁 C、定位和便于装卸刀柄 D、以上几种情况都是6、目前，在我国数控机床的自动换刀装置中，机械手夹持刀具的方法多采用（ A ）A、轴向夹持 B、径向夹持 C、法兰盘式夹持7、数控机床导轨按接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨和（ B ）导轨三种。
Ａ贴塑Ｂ静压Ｃ动摩擦Ｄ静摩擦８、数控机床自动选择刀具中任选刀具的方法是采用（ A ）来选刀换刀。
数控车床主轴速度控制
C．有较完善的刀具自动交换和管理系统
D．有工件自动交换、工件夹紧与放松机构
E．床身机架具有很高的动刚度和静刚度
F．采用全封闭罩壳
2.2 数控机床的基本工作过程
首先根据零件图样，结合加工工艺进行程序编制，然后通过键盘或者其它输入设备送入数控系统后再经过调试、修改，最后把它存储起来。加工时就按所编程序进行有关数字信息处理。一方面通过插补运算器进行加工轨迹运算处理，从而控制伺服系统驱动机床各坐标轴，使刀具与工件的相对位置按照被加工零件的形状轨迹进行运动，并通过位置检测回馈以确保其位移精度。另一方面按照加工要求，通过PLC控制主轴及其它辅助装置协调工作，如主轴变速、主轴齿轮换挡、适时进行ATC刀具自动交换、工件夹紧与放松、润滑系统的开停、切削液的开关，必要时超载或限位保护起作用，控制机床运动迅速停止。
3.2 数控车床主轴速度控制方式
3.2.1 主轴速度CNC控制方式
主轴速度CNC控制方式指，主轴的速度是由系统CNC加工程序的S码指定的速度值决定，可以通过机床面板上的主轴倍率开关进行修调（通常为50%~120%），这是数控机床通常的控制方式。
3.2.2 主轴速度的特殊S码控制方式
这种控制方式主要用于普通型数控车床的主轴速度控制，该类主轴传动控制方式为手动换挡（低、中和高速选择），以及电磁离合器配合双速电动机自动变速控制，在加工程序中通过S码（一般在每挡有四种S码速度选择）实施电磁离合器和双速电动机的控制。
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%，其它只占2%。为了满足现代数控机床对主轴驱动的更高要求，主轴电动机必须具备如下功能：
主轴分类和特点
主轴根据驱动方式、结构形式和应用领域，可分为以下几类：
1.电机直驱主轴：将电机的转矩直接传递给主轴，无需通过其他传动装置，如齿轮、皮带等。
具有结构简单、传动效率高、响应速度快、精度高等特点，广泛应用于高速数控机床、加工中心等领域。
2.电机间接驱动主轴：需要通过一定的传动装置将电机的转矩传递给主轴。
这类主轴的传动效率相对较低，但结构较为稳定，适用于重载、低速加工等应用场景。
3.液压驱动主轴：利用液压油作为介质，将液压泵产生的压力转化为主轴的旋转动力。
具有较高的输出力矩、低速性能好等特点，适用于重载、高扭矩加工场合。
4.磁悬浮主轴：采用磁力将主轴悬浮于磁轴承中，实现非接触传动。
具有高速、低摩擦、长寿命等特点，但制造难度较大，成本较高。
磁悬浮主轴在高精度、高速加工领域具有广泛的应用前景。
此外，根据结构形式和应用领域，主轴还可以分为以下几种：
1.箱式主轴：适用于高速加工和重负荷切削。
2.双向主轴：可实现同时上下加工。
3.滚珠丝杠主轴：以滚珠丝杠的方式工作，具有较高的准确性和刚性。
4.电主轴：电主轴的转速可实现高速、中速、低速和变速。
5.叉架类零件主轴：具有较高的刚性和稳定性，适用于高强度加工。
主轴采用锥度，能够使主轴和进给系统的间隙达到最小，适用于具有较小直径或较深孔的加工，且在加工精度方面表现优秀。
由于主轴的刚度高，因此不易受到振动的影响，同时，主轴的精度和稳定性也能保证机床的耐久性。
广泛应用于汽车制造、航天制造和模具制造等领域。
以上是主轴的分类和特点的详细描述，不同的主轴具有不同的特性和应用场景，选择合适的主轴可以提高加工效率和精度。
交流伺服电机
交流伺服电机交流伺服电机是一种广泛应用于工业自动化领域的电机类型，在现代生产中发挥着重要作用。
交流伺服电机通过内置的编码器反馈系统，可以实现精确的位置控制和速度控制，从而提高了生产效率和产品质量。
本文将介绍交流伺服电机的工作原理、应用领域以及优势特点。
工作原理交流伺服电机通过电子控制系统控制电流的大小和方向，从而控制电机转子的位置和速度。
其工作原理包括位置控制回路、速度控制回路和电流控制回路。
位置控制回路接收编码器反馈信号，比较目标位置和当前位置之间的差异，通过控制电流大小和方向来驱动电机转子转动至目标位置。
速度控制回路根据编码器反馈信号和设定速度值之间的差异，控制电机的转速。
电流控制回路则根据速度控制回路的输出，控制电机的电流大小和方向，以实现精确的速度控制。
应用领域交流伺服电机广泛应用于各种自动化设备和机械领域，如工业机器人、数控机床、包装设备、印刷设备等。
在这些领域，交流伺服电机可以提供精确的位置控制和速度控制，满足高效生产的需求。
同时，在医疗设备、航空航天等领域也有着重要应用，用于控制精密的运动系统。
优势特点交流伺服电机相比其他类型的电机具有以下优势特点：•高精度：交流伺服电机具有较高的控制精度，可以实现微米级的定位精度，适用于需要高精度控制的应用。
•高效率：交流伺服电机运行稳定，能够提供较高的效率，降低能源消耗，节省生产成本。
•响应速度快：交流伺服电机响应速度快，可以在短时间内实现从静止到目标速度的转变，提高生产效率。
•可编程控制：交流伺服电机可以通过程序控制实现各种运动模式和轨迹规划，满足不同应用的需求。
总体而言，交流伺服电机在工业自动化领域具有重要地位，通过其高精度、高效率和快速的特点，为生产提供了稳定可靠的动力支持。
本文简要介绍了交流伺服电机的工作原理、应用领域以及优势特点，希望能够帮助读者更好地了解交流伺服电机的基本知识。
随动磨床工作原理
随动磨床工作原理随动磨床工作原理如下：一、主轴电机驱动随动磨床的主轴电机驱动系统是整个机床的核心部分，它负责提供砂轮所需的旋转动力。
主轴电机通常采用交流伺服电机，具有高精度、高响应和高稳定性的特点。
通过主轴电机的驱动，砂轮能够以精确的速度和旋转精度进行工作，从而实现高精度的磨削加工。
二、砂轮修整为了保持砂轮的锋利度和磨削精度，随动磨床配备了砂轮修整装置。
砂轮修整装置通常采用金刚石笔或金刚石滚轮，可以对砂轮进行精确的修整，确保砂轮的表面平整度和形状精度。
通过定期对砂轮进行修整，可以延长砂轮的使用寿命，并提高磨削加工的质量和效率。
三、自动送料随动磨床配备了自动送料装置，可以自动将待加工的工件送入磨削区域，并在磨削完成后将工件送出机床。
自动送料装置通常采用精密的传动系统和控制系统，确保工件能够以精确的位置和姿态进入磨削区域，从而实现高精度的磨削加工。
四、液力循环随动磨床配备了液力循环系统，可以将切削液和磨削产生的废屑进行循环处理。
液力循环系统通过将切削液和废屑进行分离、过滤和循环使用，可以保持机床内部和磨削区域的清洁，防止工件表面产生划痕和杂质，同时还可以延长机床的使用寿命。
五、自动检测与控制随动磨床采用了先进的自动检测与控制系统，可以对工件的位置、姿态和磨削参数进行实时监测和控制。
通过自动检测与控制系统，可以实现高精度的磨削加工和工件尺寸控制，提高加工质量和效率。
六、电气控制随动磨床的电气控制系统是整个机床的控制中心，负责控制机床各个部分的动作和功能。
电气控制系统采用了先进的可编程控制器（PLC）技术，可以对机床的各个部分进行精确的控制和协调，实现高精度的磨削加工和自动化生产。
七、安全保护随动磨床配备了完善的安全保护装置，确保操作人员的安全和机床的稳定运行。
安全保护装置包括过载保护、断路保护、漏电保护等，可以在出现异常情况时及时切断电源或采取其他保护措施，防止事故的发生。
八、环保处理随动磨床的环保处理系统主要包括废气处理、噪声控制和切削液循环使用等方面。
世界大学城(精)
• 工作在速度模式下，提供位 置模式切换接口。
3.驱动装置及电动机运行状态控制
5.4主轴驱动装置的接口和选型
主轴驱动装置的接口与进给驱动装置接口区别
进给驱动装置 • 对位置控制的精度的要求高； 动态特性、高速特性差 • 有绝对式编码器接口，甚至 第二编码器接口，通过驱动 器直接实现全闭环控制； 主轴驱动装置 • 对位置控制的精度的要求并 不高，对反馈装置要求不高， 动态特性、高速特性好。 • 一般不具备绝对式编码器接 口和第二编码器接口提供单 极性模拟电压信号；
5.3数控机床变频调速主轴和伺服主轴工作原理
三、系统工作原理 1.感应式主轴电动机 特点：由变频器实施控制，可实现开环和闭环控制； 2.永磁式伺服电动机 特点：由变频逆变器实现速度环的矢量控制，动态响 应特性好，但其恒功率调速范围较小。 为了更好的主轴特性，采用矢量控制技术的同时， 现有数控机床采用感应电动机。
5.3.3感应电动机的矢量控制
一、交、直流电动机的比较
直流电动机： 励磁磁场（定了）与电枢（转子）电流相对独立，电磁 转矩两都成正比。 主磁声与电枢磁场在空间上相互垂直。 调节主磁场（励磁电流）或电枢磁场（电枢电流）进行 调速 交流电动机： 励磁电流与转子电流相互联系。励磁电流磁场与转子磁 场互成一定夹角（功率因数角）。 不能通过调整励磁电流的方法实现调速
1.输入电源
5.4主轴驱动装置的接口和选型
主轴驱动装置的接口与进给驱动装置接口区别
进给驱动装置
主轴驱动装置
电动机主要用于位置 控制； 一般具备和采用脉冲 信号控制电动机的转 速和方向，不提供单 独的开关量接口控制 电动机方向
电动机主要用于速度控 制； 一般具备和采用模拟电 压控制电动机的转速， 开关量控制方向，不 供脉冲指令接口
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1、简述交流伺服主轴驱动系统？
交流伺服主轴驱动系统通常采用感应电动机作为驱动电机，由伺服驱动器实施控制，有速度开环或闭环控制方式。
也有采用永磁同步电动机作为驱动电机，由伺服驱动器实现速度环的矢量控制。
2、交流主轴驱动系统与直流主轴驱动系统相比有哪些特点？
1）由于驱动系统必须采用微处理器和现代控制理论进行控制，因此其运行平稳、振动和噪声小。
2）驱动系统一般都具有再生制动功能，在制动时，即可将能量反馈回电网，起到节能的效果，又可以加快起制动速度。
3）特别是对于全数字式主轴驱动系统，驱动器可直接使用CNC的数字量输出信号进行控制，不要经过A/D转换，转速控制精度得到了提高。
4）与数字式交流伺服驱动一样，在数字式主轴驱动系统中，还可采用参数设定方法对系统进行静态调整与动态优化，系统设定灵活、调整准确。
5）由于交流主轴无换向器，主轴通常不需要进行维修。
6）主轴转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴更高，可达到数万转。
3、主轴准停有哪三种实现方式？
①机械准停控制：由带V型槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。
②磁性传感器的电器准停控制发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装
在主轴箱上，其安装位置决定了主轴的准停点。
③编码器型的准停控制通过主轴内置安装或在机床主轴上直接安装一
个光电编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。
4、当主轴伺服系统发生故障时，通常有哪三种表现形式？
1. CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息
2. 是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱
动装置的故障；
3. 主轴工作不正常，但无任何报警信息。
5、什么是数控机床的开环控制、半闭环控制和闭环控制？
1) 开环数控控制：
其数控装置发出的指令信号是单向的，没有检测反馈装置对运动部件的实际位移量进行检测，不能进行运动误差的校正。
2) 半闭环数控机床
这类机床的检测元件装在驱动电机或传动丝杠的端部，可间接测量执行部件的实际位置或位移。
这种系统的闭环环路内不包括机械传动环节，控制系统的调试十分方便，因此可以获得稳定的控制特性。
3）全闭环数控机床
这类机床的位置检测装置安装在进给系统末段端的执行部件上，该位置检测装置可实测进给系统的位移量或位置。
数控装置将位移指令与工作台端测得的实际位置反馈信号进行比较，根据其差值不断控制运动，使运动部件严格按照实际需要的位移量运动。