㈠ 斗山机床面板每个安健的意思
在进行传动方案设计时，被加工挺杆孔的位置、尺寸精度和动力箱上的驱动轴位置、能够提供的转速两方面内容需要考虑在内。针对本阀体钻扩饺组合机床，多根主轴同时对不同高度且角度相距90°的端面孔进行加工，从而多可以确定主轴箱上的主轴位置。转塔动力头的型号选择1LYZ402，转速为v=1250r/min，伸出长度L=45mm。据此，初步拟定轴箱传动方案。
图4.1为加工阀体零件的传动方案，由一根油泵轴将动力传递给多根主轴。该种方案的优点是传动效率较高，但占用的多轴箱空间较大，造成难以满足各轴之间的最佳传动比（1~1.5）。
图4.1 传动方案
4.2主轴、齿轮的确定及动力计算
4.2.1主轴型式、直径和齿轮模数的确定
主轴型式和直径由被加工零件的工艺方法、刀具与主轴的联接形式、刀具的进给力以及切削转矩所决定。如钻孔时一般选择滚珠轴承主轴；但在扩、镗、饺孔时通常选择滚锥轴承主轴；另外当主轴距离较小时会选择滚针轴承主轴。
主轴直径通过加工示意图得到的主轴类型和外伸尺寸来确定。传动轴的直径可根据主轴直径大小来确定，在齿轮传动系统设计完成之后进行关键轴颈的验算。
主轴的直径为：（查表得B=7.3）
与16.15mm相近的标准主轴为20mm。现选取d=20mm。
按刚度条件计算主轴直径为:
故主轴刚度足够，查表可选取32/20的短主轴。
齿轮模数m（单位：mm）通过类比法选择，本组合机床齿轮模数选择为2mm。
4.2.2多轴箱所需动力的计算
计算进给力和多轴箱所需要的动力P多轴箱两部分内容。由公式:
根据经验，每根轴上的功率损失取为传递功率的1%。
钻孔时：
多轴箱的传动设计及校核
4.3.1驱动轴、主轴坐标
由上文计算可得，钻孔、扩孔加工时的转速要保持基本一致，同时为了有利于通用部件的选择，在设计的时候应使得两工序取值基本一致，对驱动轴、主轴的坐标进行计算，所得结果如图4.2所示。
图4.2 驱动轴、主轴坐标图
4.3.2传动系统校核计算
（1）传动件强度校核
BCAD计算机辅助设计可以对多轴箱系统进行传动系统进行校核计算，当获得的轴、齿轮的强度与轴承的寿命等某一项指标不符合规定要求时，该系统将会根据可能，优化有关传动件参数。例如当计算某传动轴上承受转矩超过规定允许值时，则系统将会根据多轴箱的空间信息，对该轴的直径进行自动加大，然后反复校核是否满足要求；若多轴箱预留空间较小，无法加大轴径，就会系统就会报出错误信息，指出该轴不符合强度要求，需要重新设计方案，直至其符合要求。
本组合机床的多轴箱经过多次计算校核后显示该设计满足其强度要求。
（2）几何干涉校核
为了检查多轴箱系统中各个传动件和支承件之间是否会发生碰撞现象，需要对该部分进行几何干涉校核，以保证系统能够正常运行。虽然多轴箱传动部件模块较多，但每选用一个设计部件模块时，都需要进行一次几何干涉校核。若发现部件之间存在几何干涉，系统就会报出错误信息，需要对其进行修改，直至符合要求。
该组合机床需要检查的部分有：齿轮与非啮合齿轮是否碰撞；齿轮与轴、套是否碰撞；齿轮与箱体壁是否碰撞；齿轮与螺纹上凸台是否碰撞；轴承与轴承是否干涉；液压泵体及其接头与传动轴端是否碰撞等多种。
完成上述工作之后，BCAD系统可以自动绘制出阀体多轴箱的总装图、装配表、箱体和箱盖等补充加工图，以及变位齿轮、专用件零件图、零件明细表等。多轴箱的总装图可见附录。
工件的定位，即限制工件装夹使其在夹具中维持确定的合适位置，需按照六点定位原理并避免整体欠定位和过定位现象的出现[13]。夹具支承系统，需要支持夹具的夹紧力、工作时的切削力还有工件的部分反冲力。定位支承系统平台是产品的设计基础，合理地对其设计与选择是保证机床稳定和定位精度关键部分。
图5.1 阀体定位机构
分析阀体外形可知，其左右端面具有平整的支撑面，可以用作定位面，在与端面呈90°的方向上加工两个孔，分别用于一个圆柱定位销和一个菱形定位销的配合安装，满足“一面两销”定位的需求。该定位方式限制阀体零件的6个自由度，实现完全固定。定位销选择插拔销机构，如图5.1所示。当阀体零件完成加工后，撤回所用的菱形销和圆柱销，完成一个工作循环。
5.2 夹紧机构
夹紧动力部件、中间传动部件以及夹紧元件三个部分共同组成被加工件的夹紧机构。这三个部分的作用分别是：夹紧动力部件用于提供力源，然后把作用力传送给中间传动机构；中间传动机构可以改变作用力的方向与大小，同时能启动自锁功能，使得在加工过程中出现力源消失意外情况时，工件在切削力或者振动的作用下仍能被夹紧；夹紧元件是用于承受由中间传动机构所传送的夹紧力，同时与工件直接接触进行夹紧动作。
组合机床夹具的夹紧机构种类较多，按夹紧特性分类，有直接夹紧机构与自锁夹紧机构两种；按夹紧力来源分类，有手动夹紧与自动夹紧机构两种，且自动夹紧机构又包括气动、液压、自动扳手和弹簧夹紧机构等多种。
设计夹紧机构之前应将如下几项确定：夹紧力作用点、方向与大小；夹紧动力的种类；合理的夹紧机构示意图与传动方式等。其中夹紧力的作用点和方向在制定机床方案时进行确定，在被加工零件工序图中被标明。
图5.2 阀体夹紧机构
图5.2为阀体夹紧机构，该工件的夹紧机构选用液压缸驱动，液压缸活塞杆上安装有螺钉，螺钉与楔铁连接，液压油带动活塞杆和楔铁运动实现夹紧与放松。楔铁上有两个作用斜面，其中一个斜面坡度较小，在压块与工件接触后缓慢夹紧时起作用，以提高夹紧和防松工件时的平稳性；另外一个斜面坡度较大，在压块进行快进和快退操作时起作用，减少辅助加工时间，提高生产效率。
5.3 刀具导向机构
图5.3为加工阀体所用刀具的导向机构，使用滑移式钻模板作为主要支承元件。根据阀体端面的定位基准尺寸，为了能够让钻孔导向套尽量接近被加工件的表面，在夹具设计过程时，需要将钻模板设计为可滑移式。为了当松开紧固螺钉时滑移钻模板可到达规定位置，在夹具体两端加工一个定位槽，在钻模板底部安装相应的定位键，从而并确保模板调整后的位置精度较高。
图5.3 阀体刀具导向机构
5.4 机床行程控制
图5.4为机床的工作行程，阀体端面尺寸较小，端面孔分布范围小，主轴箱主轴强度能够满足技术要求。因此，可以对端面的孔系进行同时加工，中间滑台可以设置在夹具下面，通过滑座上滑台的移动来达到在两工位之间移动的目的（移动式工作台)，本多工位移动式工作台通过液压驱动（滑台油缸：缸径为130，行程为200），为避免加工中工件振动，保证较高的加工精度，移动工作台通过使其顶在死挡铁上进行夹紧，移动工作台利用电气挡铁控制其各项动作，主要控制其压力和行程两方面内容，然后发出工作台进行移位动作后的定位信号。压力控制是通过压力继电器，能够保证移动工作台无缝隙顶紧在死挡铁上，保证其高定位精度。行程控制则是通过电气限位开关，工作台能够稳定到位，避免在只有压力控制情况下，因意外故障导致压力升高，发出错误的动作信号。另外，本组合机床为了避免移动工作台进行定位时产生过大的冲击，选择使用行程节流阀，使移动工作台能够实现先快进，再慢进，让动撞块接近定位挡铁（定撞块)时速度放缓，实现平稳停靠的目的。
图5.4 机床工作行程
㈡ 数控机床如何选用数控系统
数控系统包括数控装置，进给驱动（进给速度控制单元和伺服电机）、主轴驱动（主轴速度控制单元和主轴电机）和检测元件。选用数控系统时应包括以上内容。
1、数控装置的选择
（1）类型的选择
根据数控机床类型选择相应的数控装置，一般来说，数控装置有适用于车、钻、镗、铣、磨、冲压、电火花切割等加工类型，应有针对性的进行选择。
（2）性能的选择
不同的数控装置，其性能高低差别很大，入控制轴数有单轴，2轴，3轴，4轴，5轴，甚至10多轴，20多轴；联动轴数有2轴或3轴以上，最高进给速度有10m/min,15m/min,24m/min,240m/min；分辨率有0.01mm,0.001mm,0.0001mm。这些指标不同，价格亦不同，应根据机床实际需要，如一般车削加工选用2轴或4轴（双刀架）控制，平面零件加工选用3轴以上联动。不要追求最新最高水平，应合理选择。
（3）功能的选择
一个数控系统有很多功能，包括基本功能----数控装置必备功能；选择功能---供用户选择的功能。选择功能有的是为了解决不同的加工对象，有的为了提高加工质量，有的为了方便编程，有的为了改善操作和维修性能。有的选择功能是相关的，选择这项还必须选另一项。因此要根据机床的设计要求来选择，不要不加分析，选择功能过多步骤，而把相关功能漏订，使数控机床功能降低，造成不必要的损失。
选择功能中的可编程序控制器有内装和独立型两种。最好选用内装型，它有不同型号，首先要根据数控装置与机床之间的输入输出信号点数来选择。选用的点数要笔实用点数稍多一些，一杯可能追加和变更控制性能的需要。其次要估计顺序程序规模选择存储容量。程序规模随着机床复杂程度的增加，存储容量也随着增大，要根据具体情况合理选择。还有处理时间、指令功能、定时器、计数器、内部继电器等技术规格，数量也应满足设计要求。
（4）价格的徐泽
不同国家、不同的数控装置制造厂家，生产的不同规格产品，价格上有很大差异，应在满足控制类型、性能、功能选择的基础上，综合分析性能价格比，选择性能价格比高的数控装置，以便降低成本。
（5）技术服务的选择
在选择符合技术要求的数控装置时，还要考虑到生产厂家的信誉，产品使用说明等文件资料是否齐全，能不能给用户培训编程、操作和维修人员。有无专门的技术服务部门，长期提供零备件和及时的维修服务，以利发挥技术经济效益。
2、进给驱动的选择
（1）优先选用交流伺服电机，因为它与直流电机比较，转子惯量小，动态响应好，输出功率大，转速高，结构简单，成本较低，应用环境不受限制。
（2）通过正确计算加在电机轴上的负载条件来选择合适规格的伺服电机。
（3）进给驱动制造厂家对生产的进给速度控制单元和伺服电机提供系列的成套产品，所以当选好伺服电机之后，由产品说明书选用相应的速度控制单元。
3、主轴驱动的选择
（1）优先选用主流主轴电机，因为它没有像直流主轴电机那样的换向、高转速和大容量的限制，恒功率调速范围大，噪声低，价格便宜。目前国际上已有85%数控机床采用交流主轴驱动。
（2）按下列原则选择主轴电机：
①根据不同的机床计算出切削功率，所选电机应满足这个要求；②根据要求的主轴加减速时间，计算出电机功率不应超过电机的最大输出功率；③在要求主轴频繁起、制动的场合、必须计算出平均功率，其值不能超过电机连续额定输出功率；④在要求恒表面受到控制的场合，则恒表面速度控制所需的切削功率和加速所需功率两者之和，应在电机能够提供的功率范围之内。
（3）主轴驱动制造厂家对生产的主轴速度控制单元和主轴电机提供系列的成套产品，所以当选好主轴电机之后，由产品说明书选用相应的主轴速度控制单元。
（4）需要主轴作定向控制时，根据机床实际情况，选用位置编码器或磁性传感器来实现主轴定向控制。
4、检测元件的选择
（1）根据数控系统位置控制方案，对机床直线位移采用直接或间接测量，而选用直线型或旋转型检测元件。目前数控机床广泛采用半闭环控制，选用旋转型角度测量元件（旋转变压器、脉冲编码器）。
（2）根据数控机床要求检测精度还是速度，选用位置或转速检测元件（测试发电机、脉冲编码器）。一般来说，大型机床以满足速度要求为主，高精度、中小型机床以满足精度为主。选择检测元件其分辨率一般要比加工精度高一个数量级。
（3）目前数控机床最常用的检测元件是光电脉冲编码器，它根据数控机床的滚珠丝杠螺距、数控系统的最小移动但闻、指令倍率和检测倍率等来选用相应规格的脉冲编码器。
（4）选择检测元件时，要考虑到数控装置有相应的接口电路。
㈢ 关于变频器的问题
变频器工作原理
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？
*1: r/min
电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.
例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min]
4极电机 50Hz 1500 [r/min]
结论：电机的旋转速度同频率成比例
本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和 频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值 来调整电机的速度。
另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。
因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 电源频率
p: 电机极对数
结论：改变频率和电压是最优的电机控制方法
如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。
例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V
2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？
*1: 工频电源
由电网提供的动力电源（商用电源）
*2: 起动电流
当电机开始运转时，变频器的输出电流
变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动
电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。
通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。
通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。
3. 当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低
通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te P=Pe)
变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。
当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。
举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。
因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速. (P=Ue*Ie)
4. 变频器50Hz以上的应用情况
大家知道 对一个特定的电机来说 其额定电压和额定电流是不变的。
如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A 电机可以工作在50Hz以上。
当转速为50Hz时 变频器的输出电压为380V 电流为30A. 这时如果增大输出频率到60Hz 变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A. 很显然输出功率不变. 所以我们称之为恒功率调速.
这时的转矩情况怎样呢?
因为P=wT (w:角速度 T:转矩). 因为P不变 w增加了 所以转矩会相应减小。
我们还可以再换一个角度来看:
电机的定子电压 U = E + I*R (I为电流 R为电子电阻 E为感应电势)
可以看出 UI不变时 E也不变.
而E = k*f*X (k:常数 f: 频率 X:磁通) 所以当f由50--60Hz时 X会相应减小
对于电机来说 T=K*I*X (K:常数 I:电流 X:磁通) 因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.
同时 小于50Hz时 由于I*R很小 所以U/f=E/f不变时 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比. 这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载(转矩)能力. 并称为恒转矩调速(额定电流不变--最大转矩不变)
结论: 当变频器输出频率从50Hz以上增加时 电机的输出转矩会减小.
5. 其他和输出转矩有关的因素
发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。
载波频率: 一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率 最高环境温度下能保证持续输出的数值. 降低载波频率 电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减小。
环境温度：就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.
海拔高度: 海拔高度增加 对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考虑. 以上每1000米降容5%就可以了.
6. 矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？
*1: 转矩提升
此功能增加变频器的输出电压（主要是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电机的输出转矩。
$ 改善电机低速输出转矩不足的技术
使用"矢量控制"，可以使电机在低速如(无速度传感器时)1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。
对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做"转矩提升"（*1）。
转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。
"矢量控制"把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。
"矢量控制"可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。
1、什么是变频器？
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
2、PWM和PAM的不同点是什么？
PWM是英文Pulse Width Molation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。
PAM是英文Pulse Amplitude Molation (脉冲幅度调制) 缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。
3、电压型与电流型有什么不同？
变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。
4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变？
异 步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁 电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于 风机、泵类节能型变频器。
5、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？
频率下降（低速）时如果输出相同的功率则电流增加但在转矩一定的条件下电流几乎不变。
6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？
采 用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%~200%)。用工频电源直接起动 时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转 矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。
7、V/f模式是什么意思？
频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择
8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？
频 率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f要使输出电压提高 一些以便获得一定地起动转矩这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法
9、在说明书上写着变速范围60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就没有输出功率吗？
在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率（起动频率）根据机种为0.5~3Hz.
10、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是否可以？
通常情况下时不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在 高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。
11、所谓开环是什么意思？
给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环 ”，不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈.
12、实际转速对于给定速度有偏差时如何办？
开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内（1%~5%）变动。对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在近于给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器（选用件）。
13、如果用带有PG的电机，进行反馈后速度精度能提高吗？
具有PG反馈功能的变频器，精度有提高。但速度精度的植取决于PG本身的精度和变频器输出频率的分辨率。
14、失速防止功能是什么意思？
如 果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速（电角频率）的变化，变频器将因流过过电流而跳闸，运转停止，这就叫作失速。为了防止失速使电机 继续运转，就要检出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速速率。减速时也是如此。两者结合起来就是失速功能。
15、有加速时间与减速时间可以分别给定的机种，和加减速时间共同给定的机种，这有什么意义？
加减速可以分别给定的机种，对于短时间加速、缓慢减速场合，或者对于小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的，但对于风机传动等场合，加减速时间都较长，加速时间和减速时间可以共同给定。
16、什么是再生制动？
电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为异步发电机状态运行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。
17、是否能得到更大的制动力？
从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中，由于电容器的容量和耐压的关系，通用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%~20%。如采用选用件制动单元，可以达到50%~100%。
18、请说明变频器的保护功能?
保护功能可分为以下两类：
（1） 检知异常状态后自动地进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。
（2） 检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车。如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。
19、为什么用离合器连续负载时，变频器的保护功能就动作？
用离合器连接负载时，在连接的瞬间，电机从空载状态向转差率大的区域急剧变化，流过的大电流导致变频器过电流跳闸，不能运转。
20、在同一工厂内大型电机一起动，运转中变频器就停止，这是为什么？
电机起动时将流过和容量相对应的起动电流，电机定子侧的变压器产生电压降，电机容量大时此压降影响也大，连接在同一变压器上的变频器将做出欠压或瞬停的判断，因而有时保护功能（IPE）动作，造成停止运转。
21、什么是变频分辨率？有什么意义？
对于数字控制的变频器，即使频率指令为模拟信号，输出频率也是有级给定。这个级差的最小单位就称为变频分辨率。
变 频分辨率通常取值为0.015~0.5Hz.例如，分辨率为0.5Hz，那么23Hz的上面可变为23.5、24.0 Hz，因此电机的动作也是有级的跟随。这样对于像连续卷取控制的用途就造成问题。在这种情况下，如果分辨率为0.015Hz左右，对于4级电机1个级差为 1r/min 以下，也可充分适应。另外，有的机种给定分辨率与输出分辨率不相同。
22、装设变频器时安装方向是否有限制。
变频器内部和背面的结构考虑了冷却效果的，上下的关系对通风也是重要的，因此，对于单元型在盘内、挂在墙上的都取纵向位，尽可能垂直安装。
23、不采用软起动，将电机直接投入到某固定频率的变频器时是否可以？
在很低的频率下是可以的，但如果给定频率高则同工频电源直接起动的条件相近。将流过大的起动电流（6~7倍额定电流），由于变频器切断过电流，电机不能起动。
24、电机超过60Hz运转时应注意什么问题？
超过60Hz运转时应注意以下事项
(1)机械和装置在该速下运转要充分可能（机械强度、噪声、振动等）。
（2） 电机进入恒功率输出范围，其输出转矩要能够维持工作（风机、泵等轴输出功率于速度的立方成比例增加，所以转速少许升高时也要注意）。
(3) 产生轴承的寿命问题，要充分加以考虑。
（4） 对于中容量以上的电机特别是2极电机，在60Hz以上运转时要与厂家仔细商讨。
25、变频器可以传动齿轮电机吗？
根据减速机的结构和润滑方式不同，需要注意若干问题。在齿轮的结构上通常可考虑70~80Hz为最大极限，采用油润滑时，在低速下连续运转关系到齿轮的损坏等。
26、变频器能用来驱动单相电机吗？可以使用单相电源吗？
机基本上不能用。对于调速器开关起动式的单相电机，在工作点以下的调速范围时将烧毁
辅助绕组；对于电容起动或电容运转方式的，将诱发电容器爆炸。变频器的电源通常为3相，但对于小容量的，也有用单相电源运转的机种。
27、变频器本身消耗的功率有多少？
它与变频器的机种、运行状态、使用频率等有关，但要回答很困难。不过在60Hz以下的变频器效率大约为94%~96%，据此可推算损耗，但内藏再生制动式（FR-K）变频器，如果把制动时的损耗也考虑进去，功率消耗将变大，对于操作盘设计等必须注意。
28、为什么不能在6~60Hz全区域连续运转使用？
一般电机利用装在轴上的外扇或转子端环上的叶片进行冷却，若速度降低则冷却效果下降，因而不能承受与高速运转相同的发热，必须降低在低速下的负载转矩，或采用容量大的变频器与电机组合，或采用专用电机。
29、使用带制动器的电机时应注意什么？
制动器励磁回路电源应取自变频器的输入侧。如果变频器正在输出功率时制动器动作，将造成过电流切断。所以要在变频器停止输出后再使制动器动作。
30、想用变频器传动带有改善功率因数用电容器的电机，电机却不动，清说明原因
变频器的电流流入改善功率因数用的电容器，由于其充电电流造成变频器过电流(OCT)所以不能起动，作为对策，请将电容器拆除后运转，甚至改善功率因数，在变频器的输入侧接入AC电抗器是有效的。
31、变频器的寿命有多久？
变频器虽为静止装置，但也有像滤波电容器、冷却风扇那样的消耗器件，如果对它们进行定期的维护，可望有10年以上的寿命。
32、变频器内藏有冷却风扇，风的方向如何？风扇若是坏了会怎样？
对于小容量也有无冷却风扇的机种。有风扇的机种，风的方向是从下向上，所以装设变频器的地方，上、下部不要放置妨碍吸、排气的机械器材。还有，变频器上方不要放置怕热的零件等。风扇发生故障时，由电扇停止检测或冷却风扇上的过热检测进行保护
33、滤波电容器为消耗品，那么怎样判断它的寿命？
作为滤波电容器使用的电容器，其静电容量随着时间的推移而缓缓减少，定期地测量静电容量，以达到产品额定容量的85%时为基准来判断寿命。
34、装设变频器时安装方向是否有限制。
应基本收藏在盘内，问题是采用全封闭结构的盘外形尺寸大，占用空间大，成本比较高。其措施有：
（1）盘的设计要针对实际装置所需要的散热；
（2）利用铝散热片、翼片冷却剂等增加冷却面积；
（3） 采用热导管。
此外，已开发出变频器背面可以外露的型式。
35、想提高原有输送带的速度，以80Hz运转，变频器的容量该怎样选择？
设基准速度为50Hz50Hz以上为恒功率输出特性。像输送带这样的恒转矩特性负载增速时，容量 需要增大为80/50≈1.6倍。电机容量也像变频器一样增大
㈣ 数控铣床主传动及控制系统
数控铣床主传动系统的分析计算与设计摘要:简要介绍了数控铣床及加工中心的主传动系统的类型和特点,并重点对两段变速主传动变速系统的设计参数和特性参数进行推
导和计算,通过分析这些参数的相互关系及其对结构和性能的影响,得出一些有参考价值的结论。
关键词:传动系统;功率缺口;扭矩;减速比
主传动系统是铣床传动系统的核心环节。传统的铣床主传
动系统采用有级传动方式,其计算和设计方法早已有详细论
述。随着机床技术的发展,数控铣床和加工中心的主传动系统
已普遍采用无级传动方式。尽管一些大型的机床设计手册对无
级传动方式的分析计算和设计方法已有论述,也已形成一些设
计原则,但机械加工对主轴无级传动系统的要求多种多样,随
着机床技术的发展,随着机床产品设计越来越理性化,在进行
主传动系统设计时需要对各主要技术参数和特性参数如高、低
档减速比、主轴额定转速、功率损失等进行计算,对这些参数的
相互关系和相互影响以及对结构性能的影响进行分析。而以往
的技术文献对这方面的介绍、论述较为笼统和简单,有关结论
也显得简单,已不能满足分析和设计要求,因此有必要不断地
深入研究,完善主传动计算与设计方法。笔者多年来主管多项
数控铣床和加工中心产品的设计,对各种主传动系统设计进行
了较深入的分析,积累了较多的分析和设计经验,对主传动系
统各主要设计参数和特性参数进行了推导计算和相互关系分
析,得出了一些较为适用的结论,现介绍如下。
1主轴无级传动系统的特点
主轴无级传动系统主要由无级调速电机及驱动单元和机
械传动机构组成。
1.1无级调速电机及驱动主要机械特性
无级调速电机具有转速拐点,即额定转速。其特点为:小于
额定转速的为恒扭矩范围,大于额定转速的为恒功率范围,如
图1所示。额定转速一般有500r/min、750r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min等几种,按照成本原则,通常使用较多的为
1500r/min。如果直接使用额定转速为1500r/min以上的电机而
不经过机械减速,则输出的恒功率范围和低速扭矩较小,不能
满足很多场合下的正常使用要求。
1.2主轴无级传动系统中的机械传动机构种类及特点
(1)直接1:1传动
可采用电机与主轴组件直联方式或通过同步带传动方式,
结构简单,易获得高转速,但低速扭矩小,一般只适用于高速和
轻切削场合。
(2)直接减速或升速传动
常采用同步带传动方式,也可采用齿轮传动方式,结构简
单。对于减速传动,可扩大恒功率范围和提高主轴扭矩,但扩大
和提高程度有限,或最高转速受到限制。对于升速传动,可获得
高转速,但缩小了恒功率范围,降低了低速扭矩。
(3)高低档两段变速传动
一般采用齿轮两档变速机构,可配合较为经济的额定转速
较大的无级调速电机,既可获得较高转速,又可较大地拓宽恒
功率范围,提高低速扭矩,适合于要求达到较高转速且可进行
较大切削量加工的场合。
(4)高、中、低档三段变速传动
采用齿轮三档变速机构,配合较为经济的额定转速较大的
无级调速电机,既可获得较高转速,又可大大拓宽恒功率范围,
大大提高低速扭矩,适合于要求达到较高转速且可进行大切削
量加工的场合,其机械性能几乎与齿轮有级变速方式相同。但
结构复杂,且由于采用齿轮多级传动方式,最高转速受限更大。
目前这种传动方式很少采用。
从以上介绍可知,各种传动方式各有优缺点,关键是根据
不同的使用要求选择不同的传动方式。
1.3关于高低档两段变速传动方式
从以上分析可以看出,采用高低档两段变速传动方式,既
可获得较高转速,又可较大的拓宽恒功率范围,较大的提高低
速扭矩,且结构要比三段变速简单,因此是较为理想的传动方
式。特别是,出于对电控系统价格的考虑,我们经常采用额定转速为1500r/min主轴电机。当选用额定转速大于或等于
1000r/min的主轴电机,且又要求具有较大的输出恒功率范围、
较大的主轴低速扭矩和较高的主轴转速,则必须采用高低档两
段变速传动方式。
同时可以看出,高低档两段变速传动方式的计算和设计要
比直接传动方式复杂得多。不同的参数选择可导致机械性能的
不同,并适应于不同的使用要求。因此,导出各设计参数的计算
公式,分析各参数选择对机械性能的影响,分析参数选择与结
构设计的关系,这对于主轴无级调速系统的设计,对于如何通
过计算和设计达到数控机床的预定的技术要求,实现较好的制
造工艺性和性能价格比,将具有重要的意义。
2高低档两段变速传动系统的计算和分析
高低档两段变速传动机构具有多种形式,但其分析计算是
一样的。在进行机床产品设计时,一般情况下,是根据产品定
位、用途、技术要求等因素,确定主电机功率及其额定转速、主
轴最高转速、主轴最大扭矩等主要参数,再根据这些主要参数
和结构要求特点,计算和确定主传动高档和低档减速比,及确
定其它参数和结构参数,进行结构设计。由于采用两档传动方
式,可能会产生在一定速度范围内功率损失的现象,这就是所
谓的功率缺口。尽可能降低功率缺口也是确定主传动高档和低
档减速比的主要依据之一。
2.1高低档减速比计算
2.5参数选择综合分析和确定
以上算式反映了各主要技术参数的关系,对设计参数选
择、技术特性分析、结构设计和分析具有重要作用。
(1)低档减速比对机械特性的影响和减速比选择
根据式(1),低档减速比由主轴最大扭矩和电机最大扭矩
决定。主轴最大扭矩越大,则低档减速比越大;反过来,低档减
速比越大,则主轴最大扭矩越大。同时,根据式(3),低档减速比
越大,则主轴额定转速越小,即恒功率范围就越扩大。但根据式
(5)、(6)、(7),低档减速比越大,则功率损失或功率缺口越大。
所以必须综合考虑和分析,选择较大的低档减速比,以保证得
到较大的主轴最大扭矩和恒功率范围,但低档减速比又不能太
大,否则功率损失太大,影响机床机械特性的程度大,达不到正
常使用要求。一般选择低档减速比为3.5~5较为合适,具体选
择要综合根据具体技术要求和使用要求而定。
(2)高档减速比对机械特性的影响和减速比选择
以往的技术文献对高档减速比的分析极少,只简单指出高
档减速比一般为1。
根据式(5)、(6)、(7),高档减速比越大,则功率损失越小;
同时根据式(3)和式(10),高档减速比越大,则功率缺口转速范
围越小。所以,高档减速比大对机械特性是好的。但也是根据式
(2),在主轴最高转速一定的情况下,高档减速比越大,则电机
使用最高转速也越大。我们知道,在进行设计选择时,不一定选
择到电机真正的最高转速,至于选择多大,要进行综合分析。从
以上分析可知,电机使用最高转速越大,则对机械特性越好,但
电机使用最高转速越大,对机械结构稳定性和机械加工精度要
求也越高,成本增加,经济性降低,在一定程度上成为矛盾。所
以,一般选择高档减速比为1~1.5,而不必限制为1。
(3)功率缺口的分析
根据式(5),在电机特性和主轴最高转速确定后,最低功率
与高、低档减速比有关。选择大的高档减速比和小的低档减速
比,则最低功率就越大,即功率损失就越小。但从以上的分析也
已知道,高档减速比大则对机械结构稳定性和机械加工精度要
求就高;低档减速比小,则会导致主轴最大扭矩小和恒功率范
围小,影响机械特性。这是一个矛盾。我们可以加大主电机额定
功率来弥补功率损失的影响,这样又会加大成本。所以,在一般
情况下,是允许功率缺口存在的,允许功率缺口的大小视具体
使用要求和技术要求而定,一般为不大于1.2~1.5,特殊情况下
可以大些。
3结束语
在进行数控铣床或加工中心的两段变速主传动系统设计
时,必须对主要设计参数、机械特性和使用要求进行综合考虑
和分析,既要实现好的机械特性和满足使用要求,又要满足制
造工艺性和适应经济性要求。根据笔者经验,一般取高档减速
比为1~1.5;低高档减速比为3.5~5;功率缺口一般为不大于
1.2～1.5。
参考文献:
[1]现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册[M].北京:
机械工业出版社,2006.