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力矩电机在双摆头中的应用
张磊,刘春时,李娘,尹刚,马子良
(沈阳机床集团设计研究院,沈阳110142)
摘要;采用力矩电机驱动的双摆头为近年来重要的发展趋势,其应用提高了双摆头的动态性能、定位精度及刚性。文
中针对力矩电机驱动的双摆头结构中的冷却、并联驱动、制动等关键技术提出了解决方法,并在实际应用中获得了良好
的效果。
关键词:力矩电机;双摆头;并联驱动
中图分类号:TG542
文献标识码:A
文章编号:1002-2333(2011)01-0112-02
Application of Torque Motor to the Milling Head with Double Rotary-swivel Axes
ZHANG Lei, LIU Chun-shi, LI Yan, YIN Gang, MA Zi-liang
(Shenyang Machine Tool Group Design and Research Institute, Shenyang 110142, China)
Abstract: The milling head with double rotary -swivel axes driven directly by torque motor is an ideal solution to
realize high dynamic characteristic, positioning accuracy and stiffness. The resolution scheme for cooling, parallel
operation and braking system of torque motor application is put forward in this paper, the validity of which is also
proven in real practice.
Key words: torque motor; milling head with double rotary-swivel axes; parallel operation of several motor
1引言
双摆头为五轴联动加工中心的核心功能部件,其驱
动方式主要有普通电机机械传动链驱动和力矩电机直接
驱动两种形式。力矩电机直接驱动方式相对于传统的机
械传动无反向间隙,精度高;结构紧凑,刚性好;弹性环节
少,能够达到更高的重复定位精度;旋转部件整体重量
轻,动态响应特性好。然而电机的发热量大,低、高速情况
下制动难等因素制约了力矩电机在双摆头结构中的应
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用。本文采用双回路冷却系统,通过温度反馈,调整冷却
机流量,进而提高冷却能力,制动方面采用机械和电气共
同控制的方法,制动可靠、安全。
2双摆头工作原理
双摆头采用力矩电机作为动力源,传动环节少,传动
图1双摆头结构图
效率高,结构紧凑;采用进口角度编码器,定位精度和重复
1.电主轴2.箱体3.主轴箱4.编码器5,9.夹紧机构
定位精度高;合理匹配从动件与电机转子惯量比,动态响
6,18轴承7端齿盘8.快换接头10.外套11,14,20.力矩
应时间短,能够获得较高的加速度。结构简图如图1所示。电机12心轴13端盖15.组合轴承16拉丁17底座
双摆头主要由两部分组成:上部分为C轴,其主要由
19.支撑轴
基金项目:国家“高档数杌床与基础制造装备"科技重大专项力矩电机、心轴、外套、底座、端盖、端齿盘、组合轴承、夹
基全项目(2009ZX04002-012)
紧机构、快换接头、拉钉等零部件组成,C轴的扭矩输出
根据GB2348-1993《液压气动系统及元件缸内径及
参考文献]
活塞杆外径》中规定的标准尺寸得出:D-50m,dと28mm。「1]CBT2348-1993液乐气动系统及元件缸内径及活塞杆外径s
5使用效果
[2]吴宗泽机械设计师手册(下册)M北京:机械工业出版社,2002
该工装用于生产后,大大地提高了生产效率,减轻了
(编辑明涛
工人的劳动强度,保证了产品质量。而且该工装还具有结作者简介:苏博(1980-),男,助理工程师,主要研究方向为机床设计
构简单、操作方便、装卸容易等特点,广泛适用于各种机
与制造。
床床头箱的推研。
收稿日期:2010-10-08
1121机械工程师2011年第1期
决盲亲
工/工ノ関网/迫『//蟹超/9 OLUTION
通过两个并联的力矩电机的转子分別通过心轴与C轴底置是可以在士0.5°范围内进行调节的角度,如图3所示,端
座连接,C轴底座与组合轴承连接通过底座下部连接的盖上的螺钉孔为可旋转调整的长条孔,可以使力矩电机的
端齿盘传递扭矩实现旋转驱动,C轴底座下端装有电气转子在2°范围内调整,保证主从电机相位置的一致。
液快换接头和拉钉,可实现双摆头的自动交换;下部分为5力矩电机的制动
A轴,主要由力矩电机、电主轴、主轴箱、箱体、支撑轴、轴
在双摆头工作中如
承编码器、夹紧装置等零部件组成,其扭矩输出通过力果突然切断电源或因故:m
矩电机的转子与主轴箱直接连接,力矩电机转子的旋转障电网突然停电时,由于m
带动A轴箱体及电主轴绕水平轴摆动。主轴箱右端有角电机无励磁电流时电「m
度編码器和夹紧机构,实现A拙的精确定位及制动。
机的转矩近似为零,若负
3力矩电机的冷却
载转动惯量很大,则电动
转速
力矩电机在运转机将在无制动的情况下
图4短路制动扭矩图
过程中,功率损耗转惯性运动,容易失控造成事故,笔者开发的双摆头采用的
和「化为热量,导致力矩是短路制动与机械制动相结合的方式,短路制动原理为
电机温度升高,如不转子切割自相转接的定子绕组产生感应电流,并与旋转
主冷却
能及时将产生的热磁场柑互作用,产生制动力矩,迫使转子停止,其不需要
图2力矩电机冷却原理图
量带走,力矩电机的外界提供能源,转速越高制动力矩越大;如图4所示。
输出扭矩将大幅下
但是短路制动
降,并且通过热传导传递给机械部件,产生热变形,导致在低速时制动效果
弹性体油腔禊形圆盘摩擦环
双摆头的精度降低。力矩电机的发热主要是由定子绕组差,不能完全让转子
损耗功率产生的热引起的;在力矩电动机中采用双回路停止,这样就需要结
冷却系统,其由主.冷却系统和精密冷却系统构成;如图2合机械制动来实现
中所示,主冷却系统带走约90%的热量,其余的热量主要完全制动。机械制动
山精密冷却系统吸收排出,这样运行时力矩电机能够保的结构如图5,其由
图5液压制动结构图
持恒定的低温,防止热量向外传导而影响双摆头的精度,弾性体、油腔、摩擦环、楔形圆盘构成。由油腔中液压油的
另外电机内设有KTY84温度传感器,实时监测电机的温压力来控制卡紧松开。当液压油卸压时,弹性体复原,推
度,根据电机温度反馈来控冷却机的流量,使力矩电机动上下两个襖形圆盘向中间移动,两个楔形面挤压摩擦
始终保持恒定的温度
环,摩擦环向内抱紧旋转体。当油腔内充入液压油时,油
4并联驱动
腔膨胀,推动楔形闵盘向两侧分离,摩擦环恢复形变,放
单个力矩电机输出扭矩偏小,往往不能满足重切削的松旋转体,结构常态为常闭结构,即正常状态为