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第五章数控机床的驱动系统与检测技术

5.3交流主轴驱动与变频调速系统

本1数控机床对主轴控制的要求

节

2感应电动机V/f控制变频调速

目

录感应电动机矢量控制调速

3

主轴驱动系统简介

数控机床主轴驱动系统是主运动的动力装置

部分。主轴驱动系统提供的动力通过传动机构转

变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削

速度，再配合进给运动，就可以加工出理想的零

件。它是零件加工的成型运动装置之一，它的精

度对零件的加工精度有较大的影响。因此，在数

控机床中，主轴驱动系统是很重要的一部分。

3

数控机床对主轴控制的要求

1、主轴伺服提供加工各类工件所需的切削功率，因此，要

求其输出功率大。

2、需完成主轴调速，以适应不同材料的刀具对不同材料工

件的切削要求，要求有较宽的调速范围，调速范围一般要求达

到1：100以上，以保证加工时选用合理的切削用量，获得最佳

的生产率、加工精度和表面质量；并希望能够无级调速，以简

化主轴箱设计

4

数控机床对主轴控制的要求

3、当要求机床有螺纹加工、准停和恒线速加工等功能时，

对主轴也提出了相应的位置控制要求。但对位置的控制精度相

对进给伺服驱动要求较低。

4、由于在金属切削加工工艺中，一般在精加工时小吃刀量，

高转速；粗加工时大吃刀量，低转速；具有恒功率的特性。这

就要求主轴系统具有较宽的恒功率调速范围，才能满足负载特

性的需要。

5

数控机床对主轴控制的要求

5、要求主轴在正、反、停等过程中可进行自动加减

速控制，并且加减速时间短，反应快速。

6、在车削中心上，要求主轴具有旋转进给(C轴)控制

功能。

6

交流主轴驱动感应电动机

•主轴伺服经历了从普通三相异步电动机传动到直流

主轴传动。随着微处理器技术和大功率晶体管技术的发

展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代。

•交流异步伺服通过在三相异步电动机的定子绕组中

产生幅值、频率可变的正弦电流，该正弦电流产生的旋

转磁场与电动机转子所产生的感应电流相互作用，产生

电磁转矩，从而实现电动机的旋转。

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感应电动机的调速

感应电动机有两种常用的调速方法：V/f控制变频调

速和矢量控制调速。这两种调速方法，V/f控制变频

调速控制简单，通用性强，经济性好，控制精度不

高，响应较慢，用于速度精度要求不十分严格或负

载变动较小的场合。矢量控制调速的控制精度高，

响应快，能保证电机输出恒转矩特性。

感应电动机V/f控制变频调速—调速原理

1、额定频率以下的调速

据交流异步电动机磁场转速表达式n=60，调频可调速。

据交流异步电动机电动势电压平衡方程==4.44∅,

11

当在额定频率以下调速时，频率下降，若不变，则∅增大；

1

而在电机设计制造时，磁路磁通设计已接近饱和，∅增大必

然使磁路饱和，励磁电流剧增，使电机无法正常工作。为此

在调节中应使∅保持不变，保持1ൗ=常数。因此额定频率