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干貨|雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在機(jī)床主傳動(dòng)中的應(yīng)用前景
在技術(shù)門檻大幅提升的重要時(shí)期,如何做好技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)化車床性能、降低生產(chǎn)成本已經(jīng)成為數(shù)控車床產(chǎn)業(yè)鏈需要解決的關(guān)鍵問題。目前機(jī)床主傳動(dòng)一般都是主電機(jī)通過普通三角帶傳遞到分級(jí)變速箱上的三角帶輪進(jìn)行傳動(dòng)或靠一種主電機(jī)和串聯(lián)分級(jí)變速箱,這種傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)只能滿足一般的變速要求,但是如果需要更大的變速范圍,原有的這種傳動(dòng)裝置是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足的。因此,為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
有人說,雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是未來十年的主流動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù),不僅可以提高數(shù)控車床的系統(tǒng)工作效率,還可以提高數(shù)控設(shè)備的加工性能與操作性能。
那么,數(shù)控車床雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)具體有怎樣的優(yōu)勢?目前的應(yīng)用情況又如何呢?
根據(jù)用戶的使用要求,在機(jī)床主傳動(dòng)中,要求主軸轉(zhuǎn)速范圍為:0.1~800rpm,即Rn=8000,要滿足這種變速范圍??恳环N主電機(jī)和串聯(lián)分級(jí)變速箱是不能滿足這種要求,因此設(shè)計(jì)出一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,使輸出軸的轉(zhuǎn)速范圍變寬,能夠滿足機(jī)床加工時(shí)轉(zhuǎn)速范圍較大的需求。
1.前言
目前機(jī)床主傳動(dòng)一般都是主電機(jī)通過普通三角帶傳遞到分級(jí)變速箱上的三角帶輪進(jìn)行傳動(dòng)或靠一種主電機(jī)和串聯(lián)分級(jí)變速箱,這種傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)只能滿足一般的變速要求,但是如果需要更大的變速范圍,原有的這種傳動(dòng)裝置是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足的。因此,為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足,擴(kuò)大機(jī)床主傳動(dòng)變速范圍,雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)運(yùn)而生!提供了一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以提高數(shù)控加工的工作效率,從而提高數(shù)控設(shè)備利用率。
2.雙電機(jī)傳動(dòng)裝置簡介
根據(jù)用戶的使用要求,在機(jī)床加工過程中,按用戶需求有大切削量重載切削和小切削量精密切削,但由于電機(jī)的性能因素,只能滿足一種加工方式,因此設(shè)計(jì)出一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,使輸出軸的轉(zhuǎn)速范圍變寬,能夠滿足機(jī)床加工時(shí)轉(zhuǎn)速范圍較大的需求。
雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)難題與面臨的挑戰(zhàn)
雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身的操作過程要比單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜的多,雙電機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩輸出與電機(jī)位置控制等存在一系列的問題。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)還實(shí)現(xiàn)多電機(jī)與變速箱、減速箱的匹配難題,還有雙耦合技術(shù)等難題。
雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)需要協(xié)調(diào)兩個(gè)電機(jī)的平衡控制,對(duì)技術(shù)要求更高。另外,有些雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的成本高于單電機(jī)驅(qū)動(dòng)。”
3.雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
3.1雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)
雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床主傳動(dòng)裝置主要由下列件組成:1.三角皮帶,2.三角帶輪,3.15kW變頻電機(jī),4.直齒內(nèi)齒輪,5.受柄桿,6.凸輪,7.杠桿,8.直齒外齒輪、9.斜齒輪減速機(jī),10.3kW變頻電機(jī),11.車座,12.行程開關(guān)。
如圖1所示普通臥式車床雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,包括第一變頻電機(jī)3設(shè)置在車座11上,其特點(diǎn)在于:第一變頻電機(jī)3的動(dòng)力輸出軸在其兩端伸出,第一變頻電機(jī)3動(dòng)力輸出軸的一端設(shè)有帶輪2,第一變頻電機(jī)3動(dòng)力輸出軸的另一端通過離合器與減速裝置9的動(dòng)力輸出軸相連接,設(shè)置在車座11上的第二變頻電機(jī)10與減速裝置9相連接,車座11上設(shè)有與離合器對(duì)應(yīng)的凸輪6,凸輪6上設(shè)有手柄桿5和杠桿7。
第一變頻電機(jī)3動(dòng)力輸出軸的一端設(shè)有帶輪2,第一變頻電機(jī)3動(dòng)力輸出軸的另一端通過離合器與減速裝置9的動(dòng)力輸出軸相連接,設(shè)置在車座11上的第二變頻電機(jī)10與減速裝置9相連接,車座11上設(shè)有與離合器對(duì)應(yīng)的凸輪6,凸輪6上設(shè)有手柄桿5和杠桿7。
離合器包括設(shè)在減速裝置9的動(dòng)力輸出軸上直齒外齒輪8和設(shè)置在第一變頻電機(jī)3動(dòng)力輸出軸上的直齒內(nèi)齒輪4,直齒內(nèi)齒輪4與直齒外齒輪8相對(duì)設(shè)置,直齒外齒輪8上設(shè)有與杠桿7相對(duì)應(yīng)的槽。
第一變頻電機(jī)3的功率大于第二變頻電機(jī)10的功率,車座11上還設(shè)有與凸輪6對(duì)應(yīng)的行程開關(guān)12。
3.2雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算
由于第一變頻電機(jī)3和第二變頻電機(jī)10的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為四級(jí),輸出轉(zhuǎn)速范圍均為150~1500r/min,所以第一變頻電機(jī)3輸出扭矩為:
其中,T-扭矩(N.m),P-功率(kW),n-轉(zhuǎn)速(r/min)
當(dāng)使用第二變頻電機(jī)10時(shí),可以連接減速機(jī)9,當(dāng)減速電機(jī)的減速比為1:10時(shí),可得輸出軸扭矩為:
因此,電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速在15~1500r/min,擴(kuò)大了變頻電機(jī)的使用范圍。再通過機(jī)床主軸箱的降速,能實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸輸出轉(zhuǎn)速為0.1~800rpm,大大提高了機(jī)床的性能。
3.3雙電機(jī)傳動(dòng)裝置的使用方法
如圖1所示,在機(jī)械加工過程中,需要重載切削時(shí),第一變頻電機(jī)3的動(dòng)力輸出軸在其兩端伸出,第一變頻電機(jī)3動(dòng)力輸出軸的一端設(shè)有帶輪2,此時(shí),通過手柄桿5轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪6從而觸動(dòng)行程開關(guān)12來實(shí)現(xiàn)第一變頻電機(jī)3的單獨(dú)運(yùn)動(dòng),由帶輪2通過皮帶直接將動(dòng)力傳遞到主軸上,實(shí)現(xiàn)機(jī)床重載切削,需要小切削量精密切削時(shí),第一變頻電機(jī)3動(dòng)力輸出軸的另一端通過離合器與減速裝置9的動(dòng)力輸出軸相連接,設(shè)置在車座11上的第二變頻電機(jī)10與減速裝置9相連接,此時(shí),通過手柄桿5轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪6從而觸動(dòng)行程開關(guān)12,同時(shí)杠桿7的另一端插入直齒外齒輪8上設(shè)有的槽內(nèi),實(shí)現(xiàn)第一變頻電機(jī)3與第二變頻電機(jī)10的聯(lián)動(dòng),控制離合器嚙合和分離,實(shí)現(xiàn)小切削量精密切削。
4.結(jié)語
這種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,采用了串聯(lián)雙電機(jī)的方式,來實(shí)現(xiàn)變速要求,將主軸變速范圍分為低速和高速兩個(gè)檔位,轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)了低速檔為:0.1~8rpm,高速檔為:5~800rpm的要求,其操作簡單,使用方便。
供稿:《伺服與運(yùn)動(dòng)控制》第4期
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