PM150B精磨抛光机设计改造.pdf

2015年8月
机床与液压
Aug.2015
第43卷第16期
MACHINE TOOL & HYDRAULICS
Vol 43 No 16
D0I:10.3969/j.1isn.1001-3881.2015.16.056
PM150B精磨抛光机设计改造
范昱,黄震
中国空空导弹研究院,河南洛阳471099)
摘要:釆用交流减速电机和变频器对一台德国LOH公司生产PM150B型双轴精磨抛光机主轴系统进行整体改造,对主
轴传动链进行了全新设计。不仅使长期瘫痪的进口设备重新投产,而且简化了结构、提升了性能、延长了寿命,为同类光
学零件加工设备的技术升级改造与维修工作提供参考。
关键词:精磨抛光机;主轴;无级调速;变频器;交流减速电机
中图分类号:THI7文献标志码:B文章编号:1001-3881(2015)16-178-4
生产现场一台从德国「OH公司引进PM150B双无级变速器,该无级变速器可通过摇动手轮进行无级
轴精磨抛光机主要用于光学零件的抛光加工,具有主调速;后端又连接一个齿轮变速器,再连接皮带减速
轴精度高、转速连续可调、运动平稳、摆臂运动平稳机构后连至主轴组件。由于机床主轴要求无级调速范
性较高等特点。经过多年使用,机床主轴调速机构严围较宽(65~340r/min),但机械摩擦式锥形轮无级
重损坏无法恢复。由于原厂备件已停产,导致设备长变速器的变速范用一般只能达到3:1左右,无法满
期瘫痪。这种情况下唯有重新设计机床主轴系统,实足机床主轴变速范围,所以原主轴电机选用了双速交
施改造。
流电机,通过电气控制切换高低两挡电机转速来满足
1精磨抛光机的工作原理
主轴调速要求
PM150B精磨抛光
主轴
机属于双轴弧摆精麾磨
抛光机,它主要由床
身、左右主轴、变速
摆轴
妇皮带变速器
箱、摆动轴、压力头
主轴
手轮
连杄机构、气动装置
x×?
齿轮变速器
冷却装置、电气系统][O
等部件组成,抛光机
电机传动机构
能形轮无级
变速器
的一个工作单元示意
图见图1,机床采用准图1光学精磨抛光机结构
示意图(单轴
交流电机
球心法弧线摆动精
抛光原理加工各种尺寸的球面。在加工前,将工件粘
图2原主轴传动链示意图
接在镜盘上,在加工过程中主轴作旋转运动,压力头
这种主轴调速系统结构是20世纪国内外光学加
和磨盘用球头浮动连接。摆轴和其上的摆臂、压力头工机床主轴调速系统的典型设计,不仅可以获得最有
(铁笔)绕工件球心作往复摆动,加在工件上的压力利的切削速度,而且能在运转中变速,并且运动稳定
始终指向球心,因此施加在工件表面上的压力是均匀性好。但也存在很多缺点,比如传动链结构复杂,机
的。精磨抛光液自动连续输送且设有恒温装置,加工械效率降低,维修保养难度大,无法满足全转速范围
时有定时控制装置,机床生产率高、操作简便。
的无级调速等。
原机床主轴系统结构原理
改造总体设计方案
原主轴为机械摩擦式传动无级变速机构,整个传
光学加工机床实现无级变速主要有以下3种途
动链由交流电机、锥形轮无级变速器、齿轮变速器、径:(1)机械无级变速;(2)直流电机或交流电机
皮带变速器、手轮、连杄等机构组成,传动链示意图变频无级变速;(3)液压缸或液压马达无级变速
见图2。交流电机轴首先连接一个机械摩擦式锥形轮
随着电力电子技术的发展,目前国内外绝大多数
收稿日期:2014-07-09
作者简介:范昱(1975-),男,学上,高级工程师,研究方向为数控机床,光学、半导体加工设备的维修与技术改造。E
mail:13937906310@126.com
第16期
范昱等:PM150B精磨抛光机设计改造
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光学加工机床主轴无级调速设计均采用交流电机变频主轴工作性能的不利影响。主轴变速机构与主轴组件
调速技术。变频调速起动性能好,频率和电压逐渐升的这种分离布局型式,对精麾抛光机来说十分重要
高,直到达到给定值,可以方便地调节起动时间或加因为光学加工机床的加工精度很高,要求机床主轴运
减速时间。针对不同负载,都有相应的解决方案,实转平稳,以保证加工质量
现了高性能调速。变频器保护功能齐全,很容易通过
设定保护电流和反时限过载曲线参数实现过流及过载
主轴
保护,还提供绝缘监测功能,检测包括逆变回路、电
机及电缆绝缘情况,可及时发出报警及跳闸信号。另
外,变频器维护筒单,故障率较少;一旦发生故障,
般都有故障信息,这使得故障的排查工作变得非常
皮带变速器
方便
设计变频调速装置时必须要认清变频调速与机械
变速存在本质上的区别,绝对不能不加思索地将某电
机使用机械变速政为相同功率的变频器变速。因为功
交流减速电机
率是转矩与转速的乘积,当采用机械变速时(例如
齿轮、皮带变速),若变比为,在电机功率不变时
图5主轴传动链示意图
(忽略变速器效率),如转速下降倍,会造成转矩可4改造设计计算
升高倍。抛光机主轴负载特性属干恒功率负载,其4.1主轴电机选型设计计算
转矩一转速特性曲线见图3,变频器的转矩一转速特性4.1.1确定电机减速比
曲线见图4。由图4可知:变频器在低于额定频率
经过查询有关资料并进行市场调研,得知目前常
时,为恒转矩运行,电机不能提高输出转矩:而高于见的三相交流减速电机的极数均为4极,额定转速为
额定频率时,转速升高转矩下降。拖动恒功率负载,1400rmin左右。而机床原主轴电机为双速交流电
低速时力矩增加:;而变频器和电机低于额定频率时电机,电机型号及铭牌参数如下:
流被限制,力矩不能增加,所以变频器调低电机转速
TYP80U-8/4
有可能会造成电机带不动负载,选用时要根据减速造
380V△/YY50IHz
成力矩增加的比例,选用比原电机功率大的电机和变
1.7/1.5A
频器,并使变频器工作在5~60Hz频率段
0.37/0.55kW
个转矩M
680/1380r/min
机床原主轴调速范围为65~340r/min,由此可
计算出机床原整个传动系统总减速比(取最大值)
为:i=680/65=10
由图4所示的变频器转矩一转速特性曲线可知,
在低于额定频率时为恒转矩运行,而高于额定频率
转速n
频率/Hz
时,转速升高转矩下降。所以设计时应尽量使调速段
图3恒功率负载特性曲线
图4变频器特性曲线工作在低于额定频率时,所以减速电机额定转速应接
从以上分析可知,要获得机床主轴所需的输出扭近机床工作时最高转速。即减速比=1400340~4,
矩,设计变频调速系统时,电动机的功率、扭矩都需从减速电机减速比选型表中选取最接近的数值,可确
要加大。为了克服这种矛盾,在电机输出轴端仍需连定电机减速比i5。
接机械式减速装置用以提升扭矩输出。考虑到该机床4.1.2原主轴输出扭矩计算
结构非常紧凑,安装空间狭小,决定选用交流减速电4.1.2.1原主轴电机最大扭矩计算
机。这种电机与齿轮减速器合为一个整体,外形小巧
便于安装;而且可根据使用要求选择不同的减速比,