如何选择机床电动机？

机床电动机的选择包括电动机的种类、结构形式、额定转速和额定功率。机床电动机的种类和转速根据机床的调速要求选择，一般都应采用感应电动机，仅在启动、制动和调速不满足机床要求时才选用直流电动机；电动机的结构形式应适应机床结构和现场环境，可选用开启式、防护式、封闭式、防腐式甚至是防爆式电动机；电动机的额定功率根据机床的功率负载和转矩负载选择，使电动机容量得到充分利用。

1.机床用电动机容量的选择

根据机床的负载功率（例如切削功率）就可选择电动机的容量。然而机床的载荷是经常变化的，而每个负载的工作时间也不尽相同，这就产生了使电动机功率如何最经济地满足机床负载功率的问题。机床电力拖动系统一般分为主拖动及进给拖动。

（1）机床主拖动电动机容量选择 多数机床负载情况比较复杂，切削用量变化很大，尤其是通用机床负载种类更多，不易准确地确定其负载情况。一般情况下为了避免复杂的计算过程，机床电动机容量的选择往往采用统计类比或根据经验采用工程估算方法，但这通常具有较大的宽裕度。因此通常采用调查统计类比或采用分析与计算相结合的方法来确定电动机的功率。

1）调查统计类比法。确定电动机功率前，首先进行广泛调查研究，分析确定所需要的切削用量，然后用已确定的较常用的切削用量的最大值，在同类同规格的机床上进行切削实验并测出电动机的输出功率，以此测出的功率为依据，再考虑到机床最大负载情况，以及采用先进切削方法及新工艺等，然后类比国内外同类机床电动机的功率，最后确定所设计机床电动机功率来选择电动机。这种方法有实用价值，以切削实验为基础进行分析类比，符合实际情况。

目前我国机床设计制造部门，往往都采用这种方法来选择电动机容量。这种方法就是对机床主拖动电动机进行实测、分析，找出电动机容量与机床主要数据的关系，根据这种关系作为选择电动机容量的依据。

①卧式车床主电动机的功率：

P=36.5D^1.54 (6-1)

式巾 P——主拖动电动机功率(kW)：

D——工件最大直径(m)。

②立式车床主电动机的功率：

P=20.OD^0.88 (6-2)

式中 P——主拖动电动机功率(kW)；

D——工件最大直径(m)。

③摇臂钻床主电动机的功率：

P=0.0646D^1.19 (6-3)

式中 P——主拖动电动机功率(kW)；

D——工件最大钻孔直径(mm)。

④卧式镗床主电动机的功率：

P=0.04D^1.7 (6-4)

式中 P——主拖动电动机功率(kW)；

D——镗杆直径(mm)。

⑤龙门铣床主电动机的功率：

式中 P——主拖动电动机功率(kW)；

B——工作台宽度(mm)。

2)分析计算法。可根据机床总体设计中对机械传动功率的要求，确定机床拖动用电动机功率。即知道机械传动的功率，可计算出所需电动机功率：

P=P₁/(η₁η₂) (6-6)

式中 P——电动机功率：

P₁——机械传动轴上的功率；

η₁——生产机械效率；

η₂——电动机与生产机械之间的传动效率。

式中η_总——机床总效率，一般主运动为回转运动的机床，η_总=0.7～0.855；主运动为往复运动的机床，η_总=0.6～0.7（结构简单的取大值，复杂的取小值）。(www.xing528.com)

计算出电动机的功率，仅仅是初步确定的数据，还要根据实际情况进行分析，对电动机进行校验，最后确定其容量。

（2）机床进给运动电动机容量选择 机床进给运动的功率也是由有效功率和功率损失两部分组成。一般进给运动的有效功率都是比较小的，如通用车床进给有效功率仅为主运动功率的0.0015～0.0025倍；铣床的有效功率为主运动功率的0.015～0.025倍；但由于进给机构传动效率很低，实际需要的进给功率，车床、钻床的有效功率约为主运动功率的0.03～0.05倍，而铣床的有效功率约为主运动功率的0.2～0.25倍。一般地，机床进给运动传动效率为0.15～0.2，甚至还低。

车床和钻床，当主运动和进给运动采用同一电动机时，只计算主运动电动机功率即可。对主运动和进给运动没有严格内在联系的机床，如铣床，为了使用方便和减少电能的消耗，进给运动一般采用单独电动机传动，该电动机除传动进给外，还传动工作台的快速移动。由于快速移动所需的功率比进给大得多，因此电动机功率常常是由快速移动所需要的功率而决定的。快速移动所需要的功率，一般由经验数据来选择，现列于表6-1中。

表6-1 机床快速移动所需要的功率值

2.电动机转速和结构形式的选择

电动机功率的确定是选择电动机的关键，但也要对转速、使用电压等级及结构形式等项目进行选择。

（1）确定机床调速方案 不同的机床对象有不同的调速要求，为了达到一定的调速范围，可分别采用齿轮变速箱、液压调速装置、双速或多速电动机以及电气的无级调速等传动方案。在选择机床调速方案时，可参考以下几点内容：

1）重型或大型机床设备主运动及进给运动，应尽可能采用无级调速。这有利于简化机械结构，缩小体积，降低制造成本。

2）精密机床，如坐标镗床、精密磨床、数控机床以及某些精密机械手，为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案。

3）一般中小型机床设备（如普通机床）没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。为了简化结构，扩大调速范围，也可采用双速或多速的笼型异步电动机。在选用三相笼型异步电动机的额定转速时，应满足工艺条件要求。

在选择电动机调速方案时，要保证电动机的调速特性与负载特性相适应，否则将会引起拖动工作不正常，电动机不能充分合理地使用。例如，双速笼型异步电动机，当定子绕组由△联结改接成联结时，转速增加一倍，功率却增加很少，因此适用于恒功率传动。对于低速联结的双速电动机改接成后，转速和功率都增加1倍，而电动机输出的转矩却保持不变，适用于恒转矩传动。分析调速性质和负载特性，找出电动机在整个调速范围内的转矩、功率与转速的关系，以确定负载是需要恒功率调速还是恒转矩调速，为合理确定拖动方案和控制方案以及电动机和电动机容量的选择提供必要的依据。

（2）结构形式的选择 由于异步电动机结构简单坚固、维修方便、造价低廉，因此在机床中使用最为广泛。

电动机的转速越低则体积越大，价格也越高，功率因数和效率也低，因此电动机的转速要根据机床机械的要求和传动装置的具体情况加以选定。异步电动机的同步转速有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min等几种，这是由于电动机的磁极对数的不同而定的。电动机转子转速由于存在着转差率，一般比同步转速约低2%～5%。一般情况下，可选用同步转速为1500r/min的电动机，因为这个转速下的电动机适应性较强，而且功率因数和效率也高。若电动机的转速与该机床机械的转速不一致，可选取转速稍高的电动机，通过机械变速装置使其一致。

异步电动机的电压等级为380V。但要求宽范围而平滑的无级调速时，可采用交流变频调速或直流调速。

一般来说，金属切削机床都采用通用系列的普通电动机。电动机的结构形式按其安装位置的不同可分为卧式（轴为水平）、立式（轴为垂直）等。为了使拖动系统更加紧凑，应使电动机尽可能地靠近机床的相应工作部位，如立铣、龙门铣、立式钻床等机床的主轴都是垂直于机床工作台的。这时选用垂直安装的立式电动机，可不需要锥齿轮等机构来改变转动轴线的方向。又如装入式电动机，电动机的机座就是床身的一部分，它安装在床身的内部。

在选择电动机时，也应考虑机床的转动条件，对易产生悬浮飞扬的铁屑或废料，或切削液、工业用水等有损于绝缘的介质能侵入电动机的场合，选用封闭式结构为宜。煤油冷却切削刀具的机床或加工易燃合金材料的机床应选用防爆式电动机。按机床电气设备通用技术条件中规定，机床应采用全封闭扇冷式电动机。机床上推荐使用防护等级最低为IP44的交流电动机。在某些场合下，还必须采用强迫通风。

机床上常选用Y系列封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是全国统一设计的新的基本系列，它是我国取代JO₂系列的更新换代产品。其安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准和DIN 42673标准。该系列采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为ICO.141。

YD系列三相异步电动机的功率等级和安装尺寸与国外同类型先进产品相当，因而具有互换性，便于机床配套出口。

3.机床拖动中常用的典型交流异步电动机技术数据

交流异步电动机由于转子绕组不需与其他电源相接，而定子电流直接取自交流电网，因此具有结构简单、制造使用维护方便、运行可靠以及力矩/惯量比大、启制动速度快、能耗小、重量轻、成本低等优点，被广泛应用于工农业和国民经济各部分。交流异步电动机品种及规格繁多，按转子结构分为笼型和绕线转子电动机，其中笼型异步电动机又可分为单笼、双笼和深槽式；按定额工作方式分为连续定额工作、短时定额工作和断续定额工作的电动机；按防护类型分为开启式、防护式（防滴、网罩）、封闭式和防爆式电动机；按机座号及功率的大小，可分为大、中、小型和分马力电动机；按定额电压分，又可分为高压和低压两类。为机床电气设计方便，表6-2给出了机床拖动中常用中、小型交流异步电动机的基本系列。限于篇幅，这里只给出一般常用Y系列三相异步电动机的名称和型号。

表6-2 机床拖动中常用的中、小型交流异步电动机基本系列产品名称和型号

Y系列电动机是封闭自扇冷式笼型转子三相异步电动机。其效率高、节能大、堵转转矩高、噪声低、振动小、运行安全可靠，适用于驱动无特殊性能要求的各种机床设备。其额定电压为380V，频率为50Hz。3kW及以下为星形接法，4kW及以上为三角形接法。Y系列小型三相异步电动机的技术数据见表6-3及表6-4。

表6-3 Y系列（IP23）小型三相异步电动机技术数据（380V，50Hz）

（续）

表6-4 Y系列（IP44）小型三相异步电动机技术数据（380V，50Hz）

（续）