主轴的换挡及控制

4.6.3　主轴的换挡及控制

1．主轴换挡功能

主轴换挡是指通过改变主轴电动机至主轴的传动比来获得更宽的主轴转速范围以及更高的转矩输出的过程。

对于普通三相异步主轴电动机，通常其转速是固定的。必须通过主轴换挡才能获得不同的主轴转速以满足加工的需要。

对于采用变频器等主轴驱动装置的主轴电动机，可实现主轴的无级调速。采用无级调速主轴机构，主轴箱虽然得到大大简化，但其低速段输出转矩常无法满足机床强力切削的要求。如单纯追求无级调速，势必要增大主轴电动机的功率，从而使主轴电动机与驱动装置的体积、重量及成本增加。因此，数控机床常采用1～4挡齿轮变速与无级调速相结合的方式，即分段无级变速方式，同时满足低速转矩和最高主轴转速的要求，这是因为电机的扭矩、功率和转速有如下的关系：MKP=9545.5×W/n，例如在功率W不变时，若转速n降低1倍，则扭矩MKP增加1倍，数控机床通常使用2挡即可满足要求。

2．主轴定向功能

主轴定向功能又称为主轴准停功能，即当主轴停止时能控制其以一定的力矩准确地停止于固定位置。主轴定向是自动换刀所必需的功能。

加工中心的主轴定向方法有机械式和电气式两种。机械式采用机械凸轮等机构和无触点感应开关进行初定位，然后由定位销（液动或气动）插入主轴上的销孔或销槽完成精定位，换刀或精镗孔完成后定位销退出，主轴才可旋转。采用这种方法定向比较可靠、准确，但结构较复杂，定向较慢。电气式定向一般是采用具有定向功能或位置控制功能的主轴驱动装置来完成，定向其始位置由无触点感应开关或主轴编码器获得，有些也可以通过主轴电动机编码器和主轴驱动装置得到，视主轴传动结构和主轴驱动器的功能而定。

定向过程一般由PLC处理，有些则由数控装置完成。