一种交流电主轴单元及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于数控机床的主轴单元，具体涉及一种应用于五轴刀具磨床的交流电主轴单元及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]高速数控机床(CNC)是装备制造业的技术基础和发展方向之一，高速数控机床的工作性能，首先取决于交流电主轴单元的性能，数控机床交流电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。
[0003]目前国内现有技术的电主轴一般采用同步电机或异步电机作为主轴的驱动动力源。同步电机在使用过程当中存在失速和失磁的风险，导致出现异步运行的故障，同时使用成本较高。异步电机则采用提高转速的方式克服其低扭矩和低吃刀量不足，但是加工时间过长，效率低下。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种交流电主轴单元及其驱动方法，实现大扭矩，低转速的电机驱动方式，满足数控机床高吃刀量的要求。
[0005]为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种交流电主轴单元包括壳体(1)，以及设置于壳体(I)之内的主轴(2)，主轴(2)的两端套接有前轴承座(8)和后轴承座(9)，主轴(2)的中间套接有转子(4)，壳体(I)内还设置有与转子(4)相对应的带有绕组的定子
(3)，还包括编码器(5)、驱动模块和上位机(7)，所述编码器(5)与主轴(2)连接，用以检测主轴(2)转速，所述电主轴单元的输入端与驱动单元(6)连接，所述驱动单元(6)通过调整输入电主轴单元的电流大小改变主轴(2)的转速，所述上位机(7)与驱动单元(6)连接，所述上位机(7)根据电主轴单元的电流和主轴(2)的转速计算出电主轴单元的扭矩，当扭矩出现衰减时，上位机(7)向驱动单元(6)发出指令加大输入电主轴单元的电流。
[0006]进一步的，所述驱动单元(6)还包括电流检测器(61)和变频器(62)，所述电流检测器(61)检测电主轴单元的电流大小，所述变频器(62)用以改变为电主轴单元供电的交流电频率。
[0007]进一步的，所述主轴(2)前端具有一夹具连接口(11)，所述夹具连接口(11)为倒圆锥形开口，所述前轴承座(8)套接于夹具连接口(11)之上。
[0008]进一步的，还包括前轴承端座(10)和前轴承上盖(12)，所述前轴承端座(10)与前轴承座(8)连接，所述前轴承上盖(12)与前轴承座(8)连接，所述前轴承端座(10)和前轴承上盖(12)上还分别设置有多个环形凹陷部和环形凸起部，所述环形凹陷部和环形凸起部构成迷宫式防护空腔(13)，所述前轴承座(8)上盖上设置有环状导流孔(14)，所述导流孔(14)与迷宫式防护空腔(13)连通。
[0009]进一步的，所述迷宫式防护空腔(13)和前轴承上盖(12)之间还设置有数个密封圈，所述密封圈套接于环形凹陷部之上。
[0010]进一步的，所述壳体(I)周侧上还设置有数个环形水槽(15)。
[0011]另一方面，本发明还提供了一种交流电主轴单元的驱动方法，包括以下步骤:
[0012]P1，启动电主轴单元；
[0013]P2，编码器(5)检测主轴(2)实时的转速，驱动单元(6)检测输入电主轴单元的电流大小；
[0014]P3，上位机(7)根据主轴(2)的转速和输入电主轴单元的电流大小计算出当前电主轴单元的扭矩，当扭矩出现衰减时，上位机(7)向驱动单元(6)发出指令；
[0015]P4，驱动单元(6)接收指令，增加输入电主轴单元的电流大小。
[0016]进一步的，所述步骤P3还包括:
[0017]P31，向上位机(7)输入扭矩的系统预设值；
[0018]P32，上位机(7)将电主轴单元的当前扭矩与系统预设值进行比较，当前扭矩小于当前系统值时，判断电主轴单元的扭矩出现衰减，上位机(7)向驱动单元(6)发出指令；
[0019]进一步的，还包括步骤P5，上位机(7)向驱动单元(6)发出指令后，继续将电主轴单元的当前扭矩与系统预设值进行比较，当前扭矩大于等于当前系统值时，停止对驱动单元(6)发出指令。
[0020]进一步的，所述驱动单元(6)还包括电流检测器(61)和变频器(62)，所述电流检测器(61)检测电主轴单元的电流大小，所述变频器(62)用以改变为电主轴单元供电的交流电频率。
[0021]本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果:
[0022]1、本发明实时检测电主轴⑵的电流和转速，计算出电主轴⑵扭矩的衰减，并通过调节输入电主轴(2)的电流改变电主轴(2)的转速，对电主轴(2)扭矩的衰减做出补偿，满足了五轴联动数控机床对电主轴(2)大扭矩，低转速的要求，在指定转速下允许过载，克服了工件对刀具的阻力，适于吃刀量较深的重切削、研磨等工作。
[0023]2、本发明结构紧凑，夹具连接口(11)为倒圆锥形开口保证夹具的稳定性，防止夹具在工作过程中脱落，前轴承端座(10)和前轴承上盖(12)采用迷宫型防护，主轴(2)壳体
(I)上设置有环形水槽(15)，保证了主轴(2)在工作过程当中的防水性，不会受到冷却油雾的侵入，增加了电主轴单元的可靠性。
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本发明实施例的系统结构图。
[0026]主要元件符号说明:
[0027]壳体(I)主轴(2)定子(3)转子(4)编码器(5)驱动单元(6)电流检测器
(61)变频器￠2)上位机(7)前轴承座(8)后轴承座(9)前轴承端座(10)夹具连接口
(II)前轴承上盖(12)迷宫式防护空腔(13)导流孔(14)环形水槽(15)
【具体实施方式】
[0028]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]如图1所示的本实施例的一种交流电主轴单元，包括大扭矩低转速的异步交流电机和主轴(2)。所述电机包括组装于壳体(I)之上的带有绕组的定子(3)、转子(4)、编码器(5)、驱动单元(6)等组件。转子(4)采用转子(4)中空结构，其中空结构内侧贴满永磁体，转子(4)套接固定于主轴(2)之上与主轴(2) —起转动。编码器(5)安装于主轴(2)的尾部，用以检测主轴⑵转速。电机的输入端与驱动单元(6)连接，驱动单元(6)通过调整输入电主轴单元的电流大小改变主轴(2)的转速。驱动单元(6)连接有上位机(7)，上位机(7)根据电主轴单元的电流和主轴(2)的转速计算出电主轴单元的扭矩，当扭矩出现衰减时，上位机(7)向驱动单元(6)发出指令加大输入电主轴单元的电流。
[0030]优选的，驱动单元(6)包括电流检测器(61)和变频器(62)，电流检测器(61)测量电机输入电流的大小。变频器￠2)作为主轴(2)转速的调速装置，交流电接入变频器
(62)，变频器(62)根据上位机(7)的控制指令，经过整流、滤波、逆变之后进行变频，改变主轴⑵的转速。
[0031]主轴(2)设置于壳体(I)之内，主轴(2)的两端套接有前轴承座