集成驱动动力刀架瞬态性能研究*

□ 高守锋 □ 杨庆东

北京信息科技大学 机电工程学院 北京 100192

动力刀架作为先进切削中心的核心功能部件，对提高加工质量和加工速度发挥着重要作用，其性能的优劣直接关系到机床整体性能的优劣。对于双电机式动力刀架，国内厂家已经有成熟的产品；但对于结构更复杂、技术含量高的单电机式动力刀架，目前仅有少数几个刀架制造商可以提供，国内尚没有成熟产品。与双电机式动力刀架相比，单电机式动力刀架具有结构紧凑、响应迅速、精度高等优点。

由于省去动力刀具驱动模块，中心高相同的单电机式动力刀架相比双电机式动力刀架结构更紧凑 （图1）、成本更低、质量更轻，大大减轻了机床进给机构的负担，可以使刀具更迅速地到达加工位置。表1是国内几种双电机动力刀架的换刀时间。

本课题动力刀架 30°换刀时间低于 0.2 s，180°换刀时间为1s，对比发现，在换刀速度方面有很大优势。

1 换刀时间分析

1.1 转动惯量计算

▲图1 两种动力刀架的结构对比

表1 几种双电机动力刀架的换刀时间

为分析该刀架的换刀时间，首先需要计算完成换刀动作的传动链中各转动零部件的转动惯量，并将其折算到电机轴。而基于系统的总转动惯量、总阻尼系数、总刚度系数建立的系统微分方程及由此变形得到的传递函数是分析系统瞬态特性的重要依据。

传动链上各转动零部件的转动惯量计算见表2。

1.2 刀盘换刀启动扭矩分析

换刀系统的伺服电机需要克服以下3种不同的扭矩。……