主轴电机的选择

主轴电机的选择选择主轴电动机功率的原则•应按以下几条原则，综合考虑来选择主轴电动机的功率：•①所选择的电动机应能满足机床设计的切削功率的要求。•②根据要求的主轴加减速时间计算出的电动机功率不应超过电动机的最大输出功率。•③在要求主轴频繁启动、制动的场合，必须计算出平均功率，其值不能超过电动机连续额定输出功率。•④在要求有恒表面速度控制的场合，恒表面速度控制所需要的切削功率和加速所需功率之和应在电动机能够提供的功率范围内。切削功率的计算•（1）车削•车削的切削速度为–D：工件直径（mm）；n：主轴转速（r/min）。•进给速度为–Fr：每转进给量（mm/r）。•切削能力为–d：切削深度（mm）。•要求主轴输出功率为–Mrt：每千瓦功率的切削能力，通常选为20。•因此要求主轴电动机的输出功率为：–:主轴传动效率。(/min)cVDnmm(/min)mrFFnmm3/1000(/min)rcQdFVcm/()rtPsQMkW/MsPP3(/min)cmKW•（2）铣削•铣削速度为–D：铣刀直径（mm）；n：主轴转速（r/min）。•进给速度为–Ft：铣刀每个刀齿进给量（mm/r）；N：铣刀齿数。•切削能力为–W：铣削宽度（mm）；d：铣削深度（mm）。•要求主轴输出功率为–Mrm：每千瓦功率的切削能力，通常选为20。•因此要求主轴电动机的输出功率为：–：主轴传动效率。(/min)cVDnmm(/min)mtFFNnmm3/1000(/min)tQWdFNncm/()rmPsQMkW/MsPP3(/min)cmKW•（3）钻削•钻削速度为–D：钻头直径（mm）；n：主轴转速（r/min）。•进给速度为–Fr：每转进给量（mm/r）。•切削能力为•要求主轴输出功率为–Mrd：每千瓦功率的切削能力，通常选为20。•因此要求主轴电动机的输出功率为：–：主轴传动效率。(/min)cVDnmm(/min)mrFFnmm23/1000(/min)4rQDFncm/()rdPsQMkW3(/min)cmKW/MsPP加减速时间的计算主轴电机J1J1HJ1LJ2LJ2HJWJS主轴工件主轴电动机和主轴之间往往是通过齿轮等相联接，如图所示。此时折算到电动机轴上的负载惯量按下述方法折算。•如果通过离合器实现齿轮变速时，计算如下：•JL：低档时折算到电动机轴上的负载惯量（Kgm2）•J1：与电动机轴直接相连的轴的惯量（Kgm2）•J1L：低速档电动机侧齿轮的惯量（Kgm2）•J1H：高速档电动机侧齿轮的惯量（Kgm2）•J2L：低速档主轴侧齿轮的惯量（Kgm2）•J2H：高速档主轴侧齿轮的惯量（Kgm2）•JS：主轴的惯量（Kgm2）•JW：工件的惯量（Kgm2）•Ra：高速档主轴最高转速与低速档主轴最高转速之比•GL：低速档时主轴最高速度与电动机最高速度之比•GH：高速档时主轴最高速度与电动机最高速度之比22111221LLHLLHswaJJJJGJJJJR2211122HHLHLHswJJJRaJGJJJJ•如果由齿轮换档实现变速时，计算如下：211122LLHLLHswJJJJGJJJJ211122HHLHLHswJJJJGJJJJ（1）（2）（3）转速PTnbnfnm0计算出不同速度时的电动机输出转矩可根据提供的主轴电动机最大输出功率曲线，如图所示，分别计算出额定转速nb，最高转速nm以及输出功率开始下降时的输出转矩。41000310()2/60PPTNmnn式中，P：各特定点的输出功率（KW）；n：各特定点的转速（r/min）。•计算加速时间•可分三段分别计算加速时间。•第一段（恒扭矩区：从0~基本速度nb）：–式中，JL：折算到电动机轴上的负载惯量（Kgm2）；Jm：电动机转子惯量（Kgm2）；Pf：加减速时输出功率（KW），约为30分钟额定输出的1.2倍。210.10754()1000LmbfJJntsP•第二段（恒功率区：从nb~nf）：•第三段（输出衰减区：从nf~nm）：2220.10754()21000LmfbfJJnntsP30.10754/()1000LmmffmmfmfmfmfmfJJnnPnPntnnLnPPsPPPPPm：最高转速时的输出功率（KW），约为连续额定输出的1.2倍。•现以FANUC主轴电动机为例，计算其加速时间。假定折算到电动机轴上的负载惯量JL=0.0056（Kgm2）。该电动机技术参数如下：•Jm=0.0028（Kgm2）•Pf：•Pm：•nb：1500（rpm）•nf：6000（rpm）•nm：8000（rpm）8/8000i111.213.2()KW7.51.29()KW•当电动机从0~8000rpm所需要的加速时间为:•减速时间可近似认为与加速时间算法一样。210.00560.002815000.107540.154()13.21000ts2220.00560.0028600015000.107541.155()213.21000ts30.00560.0028800060000.10754913.2100013.2800096000800060009/13.21.164()913.2tLns1232.47()tttts频繁启动、制动功率的计算t1t2t3t4DtP1P3P2P4t5P1电机输出电机速度当主轴电动机工作如图所示那样频繁启动、制动时，应计算出在一个周期内电动机输出功率平均值Pav，其值应小于电动机的连续额定输出功率。222211223344avtPtPtPtPtPD式中，P1、P4：加减速时电动机的输出功率（KW），一般可取30分钟额定输出的1.2倍（某些型号电动机，也可能是10分钟额定输出的1.2倍或15分钟额定输出的1.2倍）；P2：空载时的输出功率（KW）；P3：切削时的输出功率（KW）；Dt：最短的工作周期（s）。•如切削时电动机的实际转速n小于基速nb，则P3可按下式计算：3bnPPn式中，P：实际切削功率。如果P3由电动机负载电压表的读数计算，则使用如下公式：313/10()PPLKW式中，L3为切削时负载电压表指示的电压值，单位：V。由上述公式也可计算主轴允许的启动、制动频率，其最短的工作周期时间Dt为：22221122334421tavDPtPtPtPtP式中，Pav可取主轴电动机的连续额定输出功率值。•例：FANUC主轴电动机无负载情况下重复启动、制动操作，即P2=P3=0；其连续额定输出Pcont=Pav=7.5KW；加减速输出；加速时间t1=3s；减速时间t2=3s。其最短的工作周期时间Dt为：8/8000i222113.2313.2318.6()7.5tDs恒表面速度控制时的切削功率•在数控车床上一般要求有恒表面速度控制。其目的是为了获得高质量的精加工表面；减少车削时间；具有恒定的切削力；选择合适的表面速度，可延长刀具寿命。•在恒表面速度控制时，要求的切削功率可由下式计算：1()rcrtPdFVKWM式中，Mrt：每千瓦功率的切削能力，通常选为20；d：切削深度（mm）；Fr：每转进给量（mm/r）；Vc：切削速度（mm/min）。3(/min)cmKW