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数控机床主轴改造项目

一、伺服技术

伺服系统是机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。伺服系统的发展经历了由液压到电气，电气伺服又经历了由模拟到模拟 数字混合再到全数字化伺服的演进过程。伺服系统根据所驱动的电机对象，又分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。到90年代初期，随着微处理技术、高性能半导体功率器件等制造工艺的发展及性价比的日益提高，交流伺服技术逐渐成为主导产品。

交流伺服系统按其驱动电动机的类型，主要有两大类：交流永磁同步（SM型）精度高电动机伺服系统和交流感应式异步（IM型）电动机伺服系统。感应式异步电动机伺服系统由于感应描绘装置的磨擦力主要影响记实正确度式异步电动机结构坚固、制造容易、价格低廉，具有良好的发展前景，是未来伺服技术的发展方向之一。

随着市场竞争的日趋激烈，用户对所需产品提出了更高的技术和更合理的性能价格比的要求。交流伺服系统以其出色的性能完成了对产品的加工过程、加工工艺和综合性能的改造，在工业领域中得到了日益广泛的应用。

二、技术进步造就效率和节省

自2003年，时光科技有限公司推出了全数字交流异步伺服控制器系列产品，并成功应用到机床、油田机械、电梯、塑料机械行业，为客户赢取了显著经济效益。

在产品的推广过程中，我们深切体会到，企业效益升级的本源来自于其自身产品技术含量的提升。时光公司产品具有交流化、数字化、集成化和智能化的技术内涵，为用户产品提高了技术含量，并充分提高了客户产品的生产效率、系统传动效率和原材料使用效率，带来了对产品安装、调试、维护的节省，以及最终用户能耗成本支出的节省。

三、数控机床主轴改造案例

（一）改造要点

CYNC-500P机床（采用西门子802C数控单元）是两坐标（纵向Z、横向X）连续控制卧式数控机床，能自动完成内外圆表面、圆锥面、圆弧面、端面、多种螺纹（公英制螺纹、锥螺纹、端面螺纹）、钻、铰、镗孔等车削加工。

改造要点：主轴驱动采用本公司11KW伺服控制器驱动11KW电机，取消变速箱，保留一级皮带传动。原设计是机械变速3档6级 / 变频调速3档无级，改造后的主轴为伺服主轴，实现无级变速（不必每次机床上电时，必须在MDA方式下用S代码输入确定主轴档位，手动方式下的转速才能以参数设定的数值转动），实现恒线速切削，可以长时间高、低速运行，主轴可以定位。

（二）系统选型及配置

1. 伺服控制器

2. 主轴电机

3. 码盘： LF-102.4-BM-C05D

4. 皮带轮：110mm/245mm 减速比：2.2273

5. 皮带：1600*4*2

6. 制动电阻： RXHG-1100W 50Ω

（三）改造方案

机床数控单元为西门子802C，主轴驱动为连续直流电压（0～10V和－10V～＋10V可变），精度相当于12位D/A输出。伺服控制按脉冲列和模拟量两种输入方式实施：

方案一：脉冲列方式<垫圈/p>

·原理：将NC侧的模拟量输出信号（－10V～＋10V）通过F/V转换单元（输出频率0～250KHZ）转换为脉冲列信号后经过控制器内部运算，转化为频率进行速度控制。

·接线方式：按照控制器单脉冲列方式接线。

·试验结果：运行状况比较理想，考虑到此方法需要外接电路，而用模拟量直接连接更加简洁，如果可以达到精度要求，选择模拟量控制为佳。

方案二：模拟量方式

·原理：将+10V和-10V信号分开，接口板经过改造后，模拟量接口为0～－10V和0～＋10V分别对应相应地址，精度由原来的准十位提高到十一位。

·接线方式：只需引入模拟量信号和相应I/O信号即可。

·试验结果：实现正向6～2500rpm、反向4～2500rpm平稳调速，可达到定位、恒线速度加工的要求。

分析比较

方案一、二经试验证明均为可行方案：方案二连接简单、控制方便；但由定量秤于本控制器A/D精度为11位，如果不能达到客户要求、可选用方案油压阀一（需要外加转换模弹性模量块）

（四）结论

1. 伺服主轴与机械变速主轴、变频变速主轴相比在调速范围、速度精度、定位功能、机械结构的简化方面具有较明显的优势。

2. 机械结构简化，节省了金属材料。

3. 操作简化，降低了机械故障率及维修成本。

4. 控制范围增大，控制精度提高，控制电机效率新项目投产将为公司新增产能32万吨提高。

5. 提高了机床的加工精度和生产效率。

时光科技有限公司致力于与机床制造商紧密配合，为提高行业技术水平做出贡献。

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