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数控机床电主轴

发布时间:2015-04-02 作者: 来源:

申报企业:

北京索德电气工业有限公司

技术创新点:

1.高效节能

1) DDR永磁直驱电主轴为IPM(内嵌式永磁同步电动机),IPM电机由于采用永磁体产生磁通,减少了电机的无功损耗,有效降低了铁损和一次铜损;在工艺上采取先进的嵌入式构造,使得磁阻转矩也可以被利用;电机的功率因数得到进一步提升,电机本身效率可达90%以上。DDR直驱电主轴电机本身比异步电机高,其能效等级达到IE4。加之取消了诸多传动链,故系统综合效率可以较现有的主轴系统提高20%左右(IE4电机较IE2电机高5%,原传动系统效率85%)。

2) DDR永磁直驱电主轴设计时提高了电机的额定功率及最大可用功率,优化了粗加工过程,相对于传统的机械主轴,可提高材料切除率,提高生产加工能力。比如:6150车床原配电机为额定7.5KW,加之25%传动损耗,实际输出功率仅为5.5kW,而DDR永磁直驱电主轴主轴额定功率为15KW,功率因数接近1.0,无传动损耗,故相比传统的机械主轴,永磁电主轴单位时间的切削效率提高了近2.7倍。

2.节约成本、环保

DDR永磁直驱主轴采用永磁同步电机,适用范围大,取消了皮带传动和齿轮传动,机床主传动链的长度缩短为零,且省去了维护时的齿轮润滑油,比起机械主轴,可显著降低成本,解决噪声和油污染等一系列环保问题。由于减少了齿轮箱、皮带轮等传动部件,电主轴的成本比起传统主轴可下降30%,噪声值降至62dB(A);同时免去了降温作用的冷却泵,减少了排污负荷,具有良好的经济效益和社会效益。

3.具有C轴功能

利用电机矢量控制技术,以转子磁场定向,用矢量变换的方法来实现驱动和控制,可实现C轴功能,相对于传统的控制,具有更好的动态性能。C轴,即绕车削主轴旋转的伺服轴,可以实现零件在旋转过程中的对接,避免两次装夹造成的错位或误差,使工件在一次装夹中完成零件的双端面加工,适用于对某些相关特征之间具有比较高的形状和位置误差要求的高精度零件加工。

4.高精度:

4.1 主轴动平衡精度高:设计初始阶段采用先进合理的轴系分析软件,预先消除共振;同时在制造过程中使用高精度动平衡设备对电主轴高速转动部件进行精确的动平衡处理。避免了机械主轴由于传动及减速的振动造成尺寸精度无法达标或误差。合理的轴系优化及高精度的动平衡工艺使主轴的动平衡精度达到G1,提高了主轴动态性能指标,保证工件表面加工质量。

4.2 主轴静态刚度高:运用ANSYS对电主轴进行二维有限元建模,对主轴的静刚度进行分析计算,从而确定主轴轴向最佳预紧力,提高了主轴静态刚度。消除了由于轴承的轴向游隙不合适而引起的轴承疲劳、温升、噪声、振动等。提升主轴静态刚度可提高主轴系统抵抗变形的能力,增加系统耐磨性,长期保持主轴输出精度。通过ANSYS优化后,主轴的刚度提高至219N/mm,比传统数控车床提高了9.5%。

4.3 主轴系统热态特性优化:DDR永磁直驱主轴电机采用稀土材料,转子没有发热源,从根本上避免了旋转轴的热变形,减少了由于热变形引起的制造误差。通过ANSOFT有限元分析对电机的主要性能参数进行优化,模拟仿真温度场分布及磁场密度,从根本上降低电机的发热源,使电机温升控制在30(K)以下,提高了机床系统稳定性和加工精度。

5.优良的再制造特性:由于DDR永磁直驱电机在开发时保留了原数控车床主轴的安装尺寸,并对外观、内部结构重新设计验证。解决了传统机床主轴电机体积大、散热慢、维修频繁等一系列问题。独特而新颖的外观设计结合良好的热特性,不仅提高了整体结构刚性,对降低定子发热、改善电机温升起到了显著作用,故在全寿命内均可保证其使用特性;且外形及安装尺寸与现有数控车床主轴完全相同,控制方式完全相同,故替代现有主轴非常方便。这对于该产品推广及改造老车床具有非常重要的意义。

适用领域:

适用于0.75KW-375KW(功率范围)高压或低压的电机系统节能改造。可应于主轴通孔直径Φ82或Φ62、转速4000rpm及以下的数控车床设备。

综合节电率:

采用该技术,对机床行业数控车床设备进行节能改造,综合节电率达20%。

应用案例(补充):

1. 大连机床机床电机系统节能改造,2012年10月至2013年10月,共改造8台机床电机系统,总功率104kW,共节省15840Wh/年,节约19000元/年。

2. 沈阳机床机床电机系统节能改造,2013年11月至2014年至今,共改造6台机床电机系统,生产能力提高2.7倍,共节省14000Wh/年,节约16800元/年。

3.大连机床老机床改造项目,2012年10月至2013年10月,共改造8台机床电机系统,成本降低1.5万元/台。