西玛电机文章：对现有的交流电机主轴驱动系统进行了概述。分别就各种形式主轴电机的结构、效率、控制策略等进行了阐述和对比分析,指出了各种主轴驱动系统的优、缺点和适用领域,并对发展我国交流电机主轴驱动系统提出了几点建议。
数控机床主轴驱动系统作为机床最核心的关键部件之一,其输出性能对数控机床的整体水平是至关重要的。在加工过程中,主轴驱动为了维持恒定、最优的切削速度,必须相应于切削半径的变化连续地调速,以确保加工的稳定性和较高的生产率。当加工部件的切削内、外半径相差很大时,主轴速度的变化将达到几倍,甚至十几倍。
不难看出,主轴驱动远不同于一般工业驱动,它不但要求较高的速度精度、动态刚度,而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围[1]。因此,80年代以来,各主要机床生产厂家和研究单位纷纷把目光投向交流主轴驱动系统。随着功率电子、计算机技术、控制理论、新材料和电机设计的进一步发展和完善,矢量控制交流电机主轴驱动系统的性能已达到甚至超过了直流主轴驱动系统。可以预见,随着加工效率和主轴转速要求的不断提高,未来的主轴电机必然由交流电机取代直流电机。
考虑到国际上数控机床主轴驱动系统的发展趋势,结合我国的现状与实际需要,在采用我国生产的矢量控制感应电机主轴驱动系统(6300r/min,30kW以下)的同时,建议我国有关部门在主轴驱动系统发展方面应首先考虑以下几个问题:
为跟踪国际先进水平,应该大力开发内装式交流感应电机矢量控制主轴驱动系统,使我国的数控机床主轴驱动水平在不远的将来能提高到一个新阶段。功率范围在715~75kW,速度范围30~20000r/min,近期特别是要发展功率在30kW以下,速度在12000r/min以下的产品。
大力开发经济性好的普及型交流主轴驱动系统。最好是能利用现有的变频交流电机和矢量控制型驱动器,构成低成本、适用于一般普通数控机床的主轴驱动,功率在715~20kW范围,速度在3000~5000r/min,价格控制在3万元之内。在整个数控机床的成本构成中,主轴驱动系统占有越来越大的份额。所以,开发普及型低成本主轴驱动系统是很有现实意义的。在某些应用场合,采用无速度传感器的感应机矢量控制系统作为主轴驱动,也将是被选择的方案之一。
尽快开展超高速主轴驱动系统的研究工作。提高主轴转速是提高切削速度(提高生产率)最直接、最有效的方法。当转速达到20000r/min以上时,我们可以认为进入了超高速加工范围。超高速加工是数控机床的重要发展方向,可能将是下一世纪最主要的加工形式。因此,研究在超高速运行状态下的内装式主轴驱动系统是非常必要的。
