DDMotor转台设计

1、DD Motor 转台设计技术综述xx 机床所精密机电有限公司 xxxx雅式产业专网 DD Motor（ Direct Drive Motor ，直接驱动电机）是伺服电机 技术发展的产物，由其驱动的转台是直接驱动技术在加工中心上的又一次革命 性应用。其结构特点是，电机转子直接与旋转工作台连接，电机定子则与安装 基座固定在一起，直接驱动转台实现旋转运动。它省却了齿轮、蜗轮蜗杆等复 杂的传动件，具有如下多项优点：结构简单、输出扭矩大、噪声低、速度和精确度高、控制轻易、维护方 便，可靠性高等。由于电机结构的特殊设计，可实现低速大扭矩输出，满足加工中心机床用 转台切削进给的需要；电机具有很好的伺服刚性

2、和动态特性，可使转台加速度 增大，回转速度大幅度进步。由于 DD Motor 电机直接与转动负载相连，因此在 电机和负载之间实现了 “零”传动。基于此， DD Motor 转台应用于加工中心将是 一种较好的选择。目前，国外已有很多厂家生产和销售此类电机和转台，如德国SIEMENS、Cytec;日本 FANUC、津田驹等，中国也有部分单位购买了配置有类似转台的机床，主要用于 齿轮加工等。DD Motor 转台常见的基本结构图 1所示为 DD Motor 转台所常见的结构型 式示意图，它主要由以下几部分组成：（1）电机定子及转子;（ 2）轴承;（ 3）编码器;（4）转台及旋转部分;（ 5）基座、外

3、套及固定部分；（6）DD Motor 转台所需要的密封和防尘结构；（7）循环冷却结构。图1 DD Motor转台所常见的结构型式关键部件的配置及选用1. 直接驱动电机目前像SIEMENS FANUC等公司均有可用于转台的直接驱动电机，其在功 率、扭矩及转速方面各有特色，安装尺寸也各有不同，可根据需要进行选择。 为满足转台的使用要求，在电机的选择上应重点考虑以下三项内容：1 ）最大扭矩最大扭矩需满足负载和转动部分加速度的目标要求。即：最大扭矩三移动部分的惯量 目标加速度+负载扭矩。2）连续扭矩连续扭矩为转台在不过热的情况下连续旋转的扭矩，计算连续扭矩时应考 虑摩擦扭矩和切削扭矩。同时，假如转台倾

4、斜或者垂直使用而且没有制动或夹 紧结构时，需要考虑重力产生的扭矩影响。由于电机的性能与机械结构的热态 性能及冷却状况有很大关系，选择时须留有足够余量。3）惯量为了充分发挥电机的性能，转台的转动惯量应尽可能小，需严格计算转台 转动部分的惯量（包括负载的惯量），满足电机答应的转动惯量要求。转台的惯量和刚性是一对矛盾，只能依据用户要求进行取舍。在实际选用 中，应和电机厂家进行交流，基于严密计算以确保得出最好的选择。2.轴承DD Motor 转台的支承通常采用交叉滚子轴承、推力 / 向心滚子轴承或推力角 接触球轴承。图 2 分别为三种轴承的示意图，实际设计选用时可根据安装尺 寸、载荷、寿命等来综合权衡

5、。图 2 转台支承轴承示意图（由左至右分别是 a、b、 c）图 2a 为推力 / 向心滚子轴承。它能双向承受轴向载荷和附加径向载荷以及 安装力矩，特别适于承受大倾覆力矩，具有较高旋转精度。图 2b 为交叉滚子轴承。该轴承的圆柱滚子在呈 90°的 V 型沟槽转动面上通 过间隔保持器实现了相互垂直方向的排列，一个轴承便能承受径向负荷、轴向 负荷及力矩负荷等所有方向的负荷。图 2c 则为推力角接触轴承。它能双向承受轴向载荷和附加径向载荷以及倾 覆力矩，特别适于精密回转工作台和高速回转工作台。其承载能力及刚性相比 上两种轴承来讲较弱，但其高速性能良好。3.编码器DD Motor 转台的电机不

6、含编码器，因此实际使用中须选用相匹配的编码 器，以确保电机的位置和速度反馈。在选择上应留意以下三方面题目。首先，需留意目标精度及旋转编码器的分辨率，其最佳设置范围为目标精 度的 1020 倍。第二，需留意稳定性。由于编码器的温度会在使用过程中随机 械本身温度的升高而升高，导致精度的下降，必须选择具有稳定热态功能的编 码器。最后，需留意与电机和数控系统的匹配。转台结构设计中应留意的题目1.xx 防尘结构直接驱动电机转子具有永磁性，假如工作台加工区的金属灰尘进进转台内 部，会被吸附到转子上，影响电机的性能甚至会导致其失效，所以通常在设计中，需要采取迷宫结构和气密封相结合的方式，持续吹进干净干燥的气

7、体，以 保证电机安全可靠的运转。在密封方面必须充分考虑，假如电机遭遇冷却液进侵，将引起其尽缘性的 降低或退化。另外，转台上所采用的轴承和编码器皆为精密运动件和检测元 件，使用中必须保证其密封结构的可靠性。图 3 DD Motor 转台实例由左至右分别是 a 舍弗勒公司产品、 b 北京机床研究所研制的 DD 转台（结构图）、c北京机床所研制的DDM630转台用于TH63产品实例2. 循环冷却转台内部的电机运转时会产生热量，处理得不好，会影响转台和机床的精 度稳定性。为此，需要在转台电机定子套上开槽用于循环冷却，工作时通进循 环冷却水或油带走热量。电机扭矩的获得与电机的冷却相关联，只有电机得到 有

8、效冷却才能达到其标定扭矩。但是过度冷却又会产生冷凝现象，从而降低电 机的尽缘性，因此推荐采用室温跟踪式冷却系统。相对而言，水冷却的效果比油冷却的效果要好，油冷却情况下电机的连续 扭矩最大将会损失 20%。但是水冷却的情况下，须考虑防锈题目，因此需要根 据不同的要求和侧重点来作出选择。3.制动转台作为机床的工作台，需要有分度及正确定位的功能。DD Motor转台安装的直接驱动电机与通常伺服电机相同，当接到停止指令时由其动态制动电路 来制动电机。但由于 DD Motor 转台电机与转台之间没有减速和传动机构，转速很高的电 机，急停时会发生很小角度的过转，因而在 DD Motor转台中需要有另外的机械 或者液压锁紧机构以保证正确定位。在重切削情况下，也需要锁紧转台轴