数控机床伺服主轴与变频主轴的四大区别

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  ①概念上的区別。目前,FANUC系统的主轴电动机主要的控制有两种接口:模拟(DC0~10v)接口和数字(串行传送)接口。模拟接口靠变频器和三相异步电动机来控制驱动;数字接口靠全数字伺服电动机来控制驱动。通常说用变频器驱动的主轴就是模拟主轴,用伺服电动机来驱动的主轴就是伺服主轴。两者都能满足数控机床主轴的控制要求。

  ②控制硬件上的区別。随着自动控制领域的技术发展,特別是微电子和电力技术的不断更新,伺服控制系统从早期的模拟控制逐步发展到全数字控制系统,并随着伺服系统硬件的软件化,使其控制性能有了更大的提高。驱动元件从早期的晶闸管SCR、大功率晶体管GTR等,发展到现在的智能型功率器件IPM。

  在模拟交流伺服系统中,位置控制部分是由大规模集成电路LSI完成的。在全数字的伺服系统中,速度环和电流环都是由单片机控制,KANUC的系统设计将该部分电路设计在系统内部,作为系统控制的一部分(通常称为轴卡,Axes Card),该部分实现了位置、速度和电流的控制。

  ③原理上的区别。

  a、变频主轴电动机在变频器的驱动下,具有低频时输出转矩大、高速时输出平稳、转矩动态响应快、稳速精度高、减速停机速度快且平稳、抗干扰能力强等性能。

  b、变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,能实现对交流异步电动机的软启动、变频调速,提高运转精度,改变功率因数,以及实现过电流、过电压、过载保护等功能。变频器的主电路大体上可分为两类:一是电压型,是将电压源的直流变换为交流的变频器,其直流回路的滤波元件是电容器;二是电流型,是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路的滤波元件是电感器。

  c、使用变频器最大的问题是变频低速时转矩下降。因为机床对主轴运行的要求是恒功率曲线,速度越低,转矩要求越大,所以变频主轴在铣床上的主要应用是中高速铣,而对于铰孔、镗孔无能为力,对于车床要采取换档的方式增加低速转矩。

  d、何服主轴是靠伺服驱动器驱动的。伺服系统中控制机械元件运转的发动机是一种辅助马达间接变速装置。伺服电动机可使控制速度、位置精度非常准确,将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

  ④市场应用上的区别。变频主轴经济,变速功能好,容易实现高速和大功率,能满足大多数加工要求,用于大多数数控车床和数控铣床上,何其速度有波动,受变频器U/f影响,定位差。另外,变频主轴也可进行对主轴的定位控制,刚性攻螺纹等也可实现,但要看所选主袖电动机及变频器,当然效肯定没有伺服主轴好。这主要是取决于数控系统实现刚性攻螺纹的方法。国内数控系统刚性攻螺纹主要是依照每转进给的方式,这样只要主轴在攻螺纹时速度波动不大就能完成。真正的刚性攻螺纹要求两轴的插补,对主轴的要求和伺服轴一样,要求有很高的响应速度和加减速特性;还要求调速比,主轴必须能在1r/min甚至更低的转速下工作。国内的加工中心大多使用带反馈编码器的主轴电动机、高性能变频器、PG反馈脉冲卡来实现精确定位控制和刚性攻螺纹。

  何服主轴精度高,但价格昂贵,由于速度、定位精度相当高,多用于多功能加工中心、专门攻螺纹的数控钻铣床以及精车螺纹的车床上。

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