數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修技術(shù)項(xiàng)目四.主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理任務(wù)1

4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)：

技能目標(biāo)：

（1）會(huì)通過數(shù)控系統(tǒng)程序控制變頻器運(yùn)行。

（2）會(huì)通過數(shù)控機(jī)床操作面板控制變頻器運(yùn)行。

（3）會(huì)進(jìn)行變頻器參數(shù)設(shè)定與運(yùn)行。

知識(shí)目標(biāo)：

（1）了解數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸傳動(dòng)的要求。

（2）掌握主軸系統(tǒng)分類及特點(diǎn)。

（3）掌握典型主軸驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)分析。

（4）掌握三菱變頻器原理與應(yīng)用

素養(yǎng)目標(biāo)：

（1）培養(yǎng)學(xué)生按7S(整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)、安全、節(jié)約)標(biāo)準(zhǔn)工作的良好習(xí)慣；

（2）培養(yǎng)學(xué)生具備善于觀察，主動(dòng)學(xué)習(xí)，能夠分析問題、解決問題的能力。知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸傳動(dòng)的要求1.調(diào)速范圍要寬并能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速為保證加工時(shí)選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，特別對(duì)具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控加工中心，對(duì)主軸的調(diào)速范圍要求更高。2.恒功率范圍要寬為了滿足生產(chǎn)率要求，數(shù)控機(jī)床要求主軸在整個(gè)速度范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內(nèi)提供主軸電動(dòng)機(jī)的最大功率。3.具有四象限驅(qū)動(dòng)能力要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加、減速控制，并且加、減速時(shí)間要短，調(diào)速運(yùn)行要平穩(wěn)。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理4.具有螺紋切削功能和定位準(zhǔn)停功能（1）螺紋切削功能。為了使數(shù)控車床具有螺紋切削功能，要求主軸能與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)實(shí)行同步控制。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，數(shù)控車床加工螺紋時(shí)必需安裝一個(gè)檢測(cè)元件，常用的檢測(cè)元件是光電編碼器和磁柵編碼器。其光電編碼器的工作軸安裝在與數(shù)控車床的主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的位置上，可準(zhǔn)確測(cè)量出車床主軸的轉(zhuǎn)數(shù)及旋轉(zhuǎn)零點(diǎn)的位置，并以脈沖的方式將這些信號(hào)送入數(shù)控裝置中，以便進(jìn)行螺紋插補(bǔ)運(yùn)算及控制。（2）定位準(zhǔn)停功能。在加工中心上，為了滿足加工中心自動(dòng)換刀，還要求主軸具有高精度的準(zhǔn)停功能。主軸定向控制的實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一是機(jī)械準(zhǔn)停；二是電氣準(zhǔn)停。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)二、主軸系統(tǒng)分類及特點(diǎn)1.籠型異步電動(dòng)機(jī)配齒輪變速箱這種主軸配置方式最經(jīng)濟(jì)，但只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，由于電動(dòng)機(jī)始終工作在額定轉(zhuǎn)速下，經(jīng)齒輪減速后，主軸在低速下輸出力矩大，重切削能力強(qiáng)，非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工的產(chǎn)品對(duì)主軸轉(zhuǎn)速?zèng)]有太高的要求，此配置在數(shù)控機(jī)床上也能起到很好的效果；它的缺點(diǎn)是噪音比較大，由于電機(jī)工作在工頻下，主軸轉(zhuǎn)速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場(chǎng)合；籠形異步電動(dòng)機(jī)配齒輪變速箱如圖所示。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)二、主軸系統(tǒng)分類及特點(diǎn)2.通用籠型異步電動(dòng)機(jī)配通用變頻器現(xiàn)在通用變頻器，除了具有U/f曲線調(diào)節(jié)，一般還具有無反饋矢量控制功能，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的低速特性有所改善，再配合兩級(jí)齒輪變速，基本上可以滿足車床低速（100～200r/min）小加工余量的加工，但同樣受最高電動(dòng)機(jī)速度的限制。這是目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床比較常用的一種主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；通用變頻器如圖所示。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)二、專用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器3.專用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器中檔數(shù)控機(jī)床主要采用這種配置，主軸傳動(dòng)兩擋變速甚至僅一擋即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在低速時(shí)的重力切削。此配置若應(yīng)用在加工中心上不夠理想，采用其他輔助機(jī)構(gòu)完成定向換刀的功能，但不能達(dá)到剛性攻絲的要求。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)二、專用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器4.伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有響應(yīng)快、速度高、過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)定向和進(jìn)給功能，但其價(jià)格較高，通常是同功率變頻器主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的2～3倍以上。伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于全功能機(jī)床上，用以滿足系統(tǒng)自動(dòng)換刀、剛性攻絲、主軸C軸進(jìn)給功能等對(duì)主軸位置控制性能要求很高的加工。主流品牌伺服主軸驅(qū)動(dòng)器如圖所示。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)二、專用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器5.

電主軸電主軸是主軸電動(dòng)機(jī)的一種結(jié)構(gòu)形式，電主軸如圖4.1.4所示，驅(qū)動(dòng)器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅(qū)動(dòng)器。電主軸由于電機(jī)和主軸合二為一，沒有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此，大大簡(jiǎn)化了主軸的結(jié)構(gòu)，提高了主軸的精度，并且向高速方向發(fā)展。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)三、主軸驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)分析某半實(shí)物數(shù)控銑床如圖所示，是參照標(biāo)準(zhǔn)銑床的尺寸按照一定比例縮小設(shè)計(jì)；半實(shí)物數(shù)控銑床上所有電壓等級(jí)與實(shí)際的機(jī)床完全相同；半實(shí)物機(jī)床的床身采用鋼板焊接；滾軸絲杠傳動(dòng)；機(jī)床活動(dòng)導(dǎo)軌表面采用高頻淬火工藝，經(jīng)久耐用。X、Y、Z進(jìn)給軸采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并有參考點(diǎn)、正負(fù)限位等開關(guān)；主軸采用通用籠型異步電動(dòng)機(jī)配通用變頻器的結(jié)構(gòu)形式，采用三菱FR.1.D700系列通用變頻器，其主軸系統(tǒng)變頻器電氣線路圖如圖4.1.6所示；4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)三、主軸驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)分析某半實(shí)物數(shù)控銑床主軸采用通用籠型異步電動(dòng)機(jī)配通用變頻器的結(jié)構(gòu)形式，采用三菱FR.1.D700系列通用變頻器，其主軸系統(tǒng)變頻器電氣線路圖如圖所示；4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)三、主軸驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)分析（1）主軸正、反轉(zhuǎn)控制

系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過程序M03、MO4指令，或者在手動(dòng)方式下通過按下機(jī)床面板上的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)按鈕發(fā)出主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)通過PMC將正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)輸出信號(hào)來控制KA1（主軸正轉(zhuǎn)繼電器）、KA2（主軸反轉(zhuǎn)繼電器）的通斷，向變頻器發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)，此時(shí)的主軸速度是有系統(tǒng)存儲(chǔ)的S值與機(jī)床主軸倍率開關(guān)決定的。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)三、主軸驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)分析（2）主軸電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)

系統(tǒng)把程序中的S指令值與主軸倍率的乘積轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量電壓（0～10V），通過系統(tǒng)接口JA40的7腳和5腳，輸送到變頻器的模擬量電壓頻率給定端子2與5兩端，從而實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)的速度控制。（3）變頻器故障輸出信號(hào)當(dāng)變頻器出現(xiàn)任何故障時(shí)，變頻器的故障輸出端子B與C發(fā)出主軸故障信號(hào)給PMC，本設(shè)備主軸變頻器故障反饋信號(hào)沒有應(yīng)用。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)三、主軸驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)分析（4）主軸頻率到達(dá)輸出信號(hào)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工時(shí)，若系統(tǒng)的主軸速度到達(dá)檢測(cè)功能參數(shù)設(shè)定為有效，系統(tǒng)執(zhí)行進(jìn)給切削指令（如G01、G02、G03等）前要進(jìn)行主軸速度到達(dá)信號(hào)的檢測(cè)，即通過變頻器輸出端反饋給PMC，PMC檢測(cè)到該信號(hào)后，切削才開始，否則系統(tǒng)進(jìn)給指令一直處于待機(jī)狀態(tài)。本設(shè)備速度到達(dá)信號(hào)的檢測(cè)沒有應(yīng)用。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)一、三菱FR.1.D700系列主軸變頻器變頻器的操作面板上有LED監(jiān)視器、按鍵、M旋鈕、指示燈組成。通過面板，可以對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停止、頻率指令、參數(shù)設(shè)定及監(jiān)控進(jìn)行操作。變頻器的型號(hào)不同、操作面板功能有一定區(qū)別，如圖所示，三菱FR.1.D700變頻器所配備的操作面板FR.1.PU07。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控系統(tǒng)主軸變頻器一、三菱變頻器的運(yùn)行模式變頻器的運(yùn)行必須有“啟動(dòng)指令”和“頻來指令”。將啟動(dòng)指令設(shè)為ON后，電機(jī)便開始運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)根據(jù)頻率指令（給定頻率）來決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。所謂運(yùn)行模式，是指指定輸入變須器的“啟動(dòng)指令”和“頻率指令”的輸入場(chǎng)所的指定。變頻器的常見運(yùn)行模式有面板（PU)運(yùn)行模式、外部運(yùn)行模式、組合運(yùn)行模式和通信模式（又叫網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式）等。運(yùn)行模式的選擇應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程的控制要求和生產(chǎn)作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)條件等因素來確定，達(dá)到既定控制要求，又能夠以人為本的目的。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控系統(tǒng)主軸變頻器一、三菱變頻器的運(yùn)行模式三菱變頻器運(yùn)行模式中，是通過改變“運(yùn)行模式選擇”參數(shù)Pr.79設(shè)定值來改變運(yùn)行模式。三菱變頻器常用的運(yùn)行模式如下4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控系統(tǒng)主軸變頻器一、三菱變頻器的運(yùn)行模式1.外部（EXT）/PU切換模式

出產(chǎn)設(shè)定為Pr.79=0（PU/外部切換模式），因此按操作面板上的PU/EXT鍵，運(yùn)行模式即在PU運(yùn)行模式與外部運(yùn)行模式之間切換。2.面板（PU）運(yùn)行模式

從變頻器本體的操作面板上輸入變頻器的啟動(dòng)指令和頻率指令，稱為“PU運(yùn)行模式”。又叫面板運(yùn)行模式。這種模式不需要外接其他的操作控制信號(hào)，可直接在變頻器的面板上進(jìn)行提作，操作面板也可以從變頻器上取下來進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作?？稍O(shè)定“運(yùn)行操作模式選擇”參數(shù)Pr.79=1或0來實(shí)現(xiàn)PU運(yùn)行模式。面板（PU）運(yùn)行模式如圖所示。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控系統(tǒng)主軸變頻器一、三菱變頻器的運(yùn)行模式3.外部（EXT）運(yùn)行模式外部運(yùn)行模式通常為出廠設(shè)定，這種模式通過外接的啟動(dòng)開關(guān)、頻率設(shè)定電位器等輸入變頻器的啟動(dòng)指令和頻率指令，控制變頻器的運(yùn)行，外部頻率設(shè)定信號(hào)為0～5V、0～10V或4～20mA的直流信號(hào)。啟動(dòng)開關(guān)與變頻器的正轉(zhuǎn)啟動(dòng)STF/反轉(zhuǎn)啟動(dòng)STR端連接，頻率設(shè)定電位器與變頻器的端子10、端子2、端子5相連接，可設(shè)定“運(yùn)行模式選擇”參數(shù)Pr.79=2或0來實(shí)現(xiàn)外部運(yùn)行模式。外部運(yùn)行模式如圖所示。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控系統(tǒng)主軸變頻器一、三菱變頻器的運(yùn)行模式4.組合運(yùn)行模式PU和外部組合運(yùn)行模式可以進(jìn)行組合操作，此時(shí)Pr.79=3或4,采用下列兩種方法中的一種。1）啟動(dòng)信號(hào)用外部信號(hào)設(shè)定（通過STF或STR端子設(shè)定），頻率信號(hào)用PU模式操作設(shè)定或通過多段速端子RH、RM、RL設(shè)定。2）啟動(dòng)信號(hào)用PU鍵盤設(shè)定，頻率信號(hào)用外部頻率設(shè)定電位器或多段速選擇端子RH、RM、RL設(shè)定。PU和外部組合運(yùn)行模式1如圖4.1.10所示，PU和外部組合運(yùn)行模式2如圖所示。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控系統(tǒng)主軸變頻器一、三菱變頻器的運(yùn)行模式5.網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式通過RS485接口和通信電纜可以將變頻器的PU接口與PLC和工業(yè)用計(jì)算機(jī)（PC）等數(shù)字化控制器連接，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的數(shù)字化控制、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等。這個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用和開發(fā)前景。計(jì)算機(jī)通信模式可以設(shè)定參數(shù)Pr.79=6來實(shí)現(xiàn)，這時(shí)不僅可以進(jìn)行數(shù)字化控制器與變頻器的通信操作，還可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信操作與其他操作模式的相互切換。變頻器與控制器的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式如圖所示。4.1主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控系統(tǒng)主軸變頻器數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修技術(shù)項(xiàng)目四.主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修任務(wù)2

4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修學(xué)習(xí)目標(biāo)：

技能目標(biāo)：

（1）會(huì)對(duì)PMC進(jìn)行硬件連接；

（2）會(huì)進(jìn)行PMC畫面的基本操作；

知識(shí)目標(biāo)：

（1）了解數(shù)控機(jī)床PLC的形式；

（2）掌握數(shù)控機(jī)床PLC的信息交換；

（3）掌握PMC的地址分配。

素養(yǎng)目標(biāo)：

（1）培養(yǎng)學(xué)生按7S(整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)、安全、節(jié)約)標(biāo)準(zhǔn)工作的良好習(xí)慣；

（2）培養(yǎng)學(xué)生具備善于觀察，主動(dòng)學(xué)習(xí)，能夠分析問題、解決問題的能力。知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算發(fā)那科（FANUC）數(shù)控系統(tǒng)主軸控制主要有串行接口（數(shù)字接口）交流主軸控制與模擬接口交流主軸控制兩種類型，主軸類型是由參數(shù)No.3716#0來決定（參數(shù)No.3716#0=0為模擬主軸，參數(shù)No.3716#0=1為串行主軸）主軸控制信號(hào)傳遞圖如圖所示。4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算主軸速度參數(shù)有主軸速度上、下限以及指令電壓10V時(shí)對(duì)應(yīng)的主軸速度。為了增大主軸低時(shí)的轉(zhuǎn)矩和提高主軸高速時(shí)的轉(zhuǎn)速，要采用換擋結(jié)構(gòu)。選擇齒輪擋的方法有兩種：一種為M型，CNC根據(jù)S值按每擋的速度范圍（參數(shù)設(shè)定）選擇齒輪擋，換擋由PMC用擋位選擇信號(hào)（GR30、GR20、GR1O)實(shí)現(xiàn)（M系列有3擋）。CNC根據(jù)所選的齒輪擋輸出主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；另一種為T型，擋位由輸入的信號(hào)GR1、GR2（編碼信號(hào)）確定，有4擋轉(zhuǎn)速范圍，由機(jī)床確定使用的擋位。CNC根據(jù)輸入的擋位輸出主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。M型只用于M系統(tǒng)；T型主要用于T系統(tǒng)，也可以用于M系統(tǒng)；M型換擋又分為A、B兩種方式。4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算

1.M型齒輪換擋方式AA方式是每擋對(duì)應(yīng)的主軸速度上限相同，均為VC。有一加工中心，主軸低擋的齒輪傳動(dòng)比GR1O=l1:108，中擋的齒輪傳動(dòng)比GR20=11:36，高擋的齒輪傳動(dòng)比GR30=1l:12。主軸低擋時(shí)的速度范圍是0～458r/min，中擋的轉(zhuǎn)速范圍是99～1375r/min。主軸電動(dòng)機(jī)給定電壓為10V時(shí)，對(duì)應(yīng)的主軸電動(dòng)機(jī)速度為6000r/min，通過計(jì)算，各擋位主軸電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速相同，均為4500r/min，主軸電動(dòng)機(jī)的速度下限為150r/min。輸入S代碼和輸出電壓的關(guān)系如圖所示。4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修（1）在參數(shù)中設(shè)定如下值，與主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限相關(guān)的常數(shù)Vmax（參數(shù)No.3736）,該常數(shù)通過下式求得。Vmax=4095×4500/6000r/min=3071r/min。知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修（2）與主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的下限相關(guān)的常數(shù)Vmin（參數(shù)No.3735）Vmin=4095×150/6000r/min=102r/min（3）主軸速度VA（r/min），指令電壓10V，低速擋（參數(shù)No.3741）VA=6000×11/108r/min=611r/min（4）主軸速度VB（r/min），指令電壓10V，低速擋（參數(shù)No.3742）VB=6000×11/36r/min=1833r/min（5）主軸速度VC（r/min），指令電壓10V，低速擋（參數(shù)No.3743）VC=6000×11/12r/min=5500r/min知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算

2.M型齒輪換擋方式BM類型齒輪切換方式B，每檔主軸電機(jī)最高轉(zhuǎn)速是不同的，輸入S代碼與輸出電壓的關(guān)系如圖4.2.3所示，通過設(shè)定參數(shù)SGB(No.3705#2)，即可在別的參數(shù)(No.3751～3752)中設(shè)定低速齒輪和高速齒輪的切換的轉(zhuǎn)速。使用3級(jí)齒輪時(shí)，即可利用別的參數(shù)(No.3751～3752)來進(jìn)行低速齒輪和中速齒輪、以及中速齒輪和高速齒輪的切換的轉(zhuǎn)速設(shè)定。知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算某加工中心，主軸低擋齒輪傳動(dòng)比GR1O=11:108，中擋齒輪傳動(dòng)比GR20=260:1071，高擋齒輪傳動(dòng)比GR30=169:238。主軸低擋的轉(zhuǎn)速范圍是0～401r/min，中擋的轉(zhuǎn)速范圍是402～l109r/min，高擋的轉(zhuǎn)速范圍是1110～4000r/min。主軸電動(dòng)機(jī)給定電壓為l0V時(shí)，對(duì)應(yīng)的主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為6000r/min，主軸電動(dòng)機(jī)的速度下限為150r/min。計(jì)算可得：主軸低擋時(shí)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為401r/min×l08/11=3937r/min；中擋時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為1109r/min×1071/260=4568r/min，高擋時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為4000r/min×238/169=5633r/min.知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算三個(gè)擋位所對(duì)應(yīng)的主軸電動(dòng)機(jī)最高限定速度各不相同，參數(shù)設(shè)定如下：1.與主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限相關(guān)的常數(shù)Vmax（參數(shù)No.3736）Vmax=4095×5633/6000r/min=3844r/min2.與主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的下限相關(guān)的常數(shù)Vmin(參數(shù)No.3735)Vmin=4095×150/6000r/min=102r/min知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算三個(gè)擋位所對(duì)應(yīng)的主軸電動(dòng)機(jī)最高限定速度各不相同，參數(shù)設(shè)定如下：3.與低速齒輪中的主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限相關(guān)的常數(shù)Vmaxl（參數(shù)No.3751）Vmaxl=4095×3937/6000r/min=2687r/min4.高速齒輪(3級(jí)齒輪時(shí)為中速齒輪)中的與主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限相關(guān)的常數(shù)Vmaxh（參數(shù)No.3752）Vmaxh=4095×4568/6000r/min=3118r/min知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算三個(gè)擋位所對(duì)應(yīng)的主軸電動(dòng)機(jī)最高限定速度各不相同，參數(shù)設(shè)定如下：5.主軸速度VA，指令電壓為10V時(shí)的低速齒輪時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速A（參數(shù)No.3741）。

VA=6000×11/108r/min=611r/min6.主軸速度VB，指令電壓為10V時(shí)的高速齒輪(3級(jí)齒輪時(shí)為中速齒輪)時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速B（參數(shù)No.3742）。

VB=6000×260/1071r/min=1457r/min7.主軸速度VC，指令電壓為10V時(shí)的高速齒輪時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速(3級(jí)齒輪)C（參數(shù)No.3743）。

VC=6000×169/238r/min=4260r/min知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算

3.T型齒輪換擋以模擬主軸時(shí)的具體例，與M類型中的一樣，假設(shè)模擬電壓10V時(shí)的主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速等于主軸電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，各檔要進(jìn)行T類型的齒輪選擇，也可以適用于串行主軸的情形。知識(shí)儲(chǔ)備-數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一、伺服主軸速度參數(shù)的計(jì)算

3.齒輪擋編碼信號(hào)與擋位關(guān)系假設(shè)設(shè)定為S=600時(shí)，根據(jù)CNC內(nèi)部的計(jì)算，求出上圖的V1（G1時(shí)）或者V2（G2時(shí)），并向機(jī)械側(cè)輸出。V1=6（V），V2=3（V）輸出電壓V的值通過下式自動(dòng)計(jì)算。齒輪選擇信號(hào)擋位最高主軸速度參數(shù)GR1GR2001No.3741012No.3742103No.3743114No.3744知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修FANUCα系列伺服由電源模塊（PowerSupplyModule,PSM）、主軸放大器模塊（SpindleamplifierModule,SPM）及伺服放大器模塊（ServoamplifierModule,SVM）三部分組成。實(shí)物圖如圖1所示；連接框圖如圖2所示.知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修FANUC0iMate.1.MD/TD綜合接線圖（αi系列伺服放大器+串行主軸）如圖所示。知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一.PSM模塊（電源模塊）1.PSM模塊的作用PSM模塊是主軸和伺服提供逆變直流電源的模塊，三相200V輸入經(jīng)過PSM模塊處理后，向直流母線輸送DC300V電壓供主軸和伺服放大器用。在運(yùn)動(dòng)指令控制下，主軸放大器和伺服放大器經(jīng)過有IGBT模塊組成的三相逆變電路輸出三相變頻交流電，控制主軸電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)按照指令要求的動(dòng)作運(yùn)行。另外PSM模塊還提供DC24V電源，還具有輸入保護(hù)電路，通過外部急停信號(hào)或內(nèi)部繼電器控制MCC主接觸器，起到輸入保護(hù)作用。知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一.PSM模塊（電源模塊）2.PSM模塊型號(hào)含義

PSM模塊的含義如圖所示，F(xiàn)ANUC的α系列電源模塊主要有PSM、PSMR、PSM.1.HV、PSMV.1.HV四種型號(hào)，電源輸入電壓分AC200V和AC400V兩種規(guī)格。知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一.PSM模塊（電源模塊）3.PSM模塊的接口定義知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修一.PSM模塊（電源模塊）4.PSM模塊外部電源輸入電路電源模塊的外部電源輸入電路如圖所示，來自電網(wǎng)的AC380V電壓經(jīng)過伺服變壓器變換成AC200V，經(jīng)過主斷路器、電磁接觸器（MCC）主觸頭、交流電抗器給PSM模塊（L1、L2、L3）供電，同時(shí)引出單相AC200V經(jīng)過副斷路器和CX1A接口相連接。當(dāng)電磁接觸器線圈斷電時(shí)，電磁接觸器主觸頭復(fù)位，PSM模塊斷電。知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修二、SPM模塊（主軸放大器模塊）1.SPM模塊的作用SPM模塊接收CNC發(fā)出的串行主軸指令，該指令格式是FANUC公司主軸產(chǎn)品通信協(xié)議，所以又被稱之為FANUC數(shù)字主軸，與其他公司產(chǎn)品沒有兼容性。SPM模塊是根據(jù)CNC傳遞指令控制并驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)工作的。2.SPM模塊的型號(hào)含義α系列主軸放大器主要有SPM、SPMC、SPM.1.HV三種類型。知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修三、SPM模塊的接口定義3.SPM模塊的接口定義知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修四、數(shù)控系統(tǒng)I/OLink設(shè)備接口與連接1、I/OLink設(shè)備接口類型

FANUC數(shù)控系統(tǒng)I/OLink設(shè)備接口類型有以下幾種：

1）FANUC0iI/O模塊在FANUC0i.1.C、0i.1.D數(shù)控系統(tǒng)上使用的是I/O裝置為I/O模塊（單元），I/O模塊輸入/輸出點(diǎn)數(shù)按照要求選用，如96/64(I/O)。

2）分線盤用I/O模塊由基本模塊、擴(kuò)展模塊構(gòu)成。其中，1個(gè)基本模塊最多可以接3個(gè)擴(kuò)展模塊，最大輸入點(diǎn)數(shù)為96點(diǎn)，最大輸出點(diǎn)數(shù)64點(diǎn)。

3）I/O單元，對(duì)于輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多的數(shù)控機(jī)床，更多的是使用I/O單元，輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)到1024/1024。

知識(shí)儲(chǔ)備-伺服主軸模塊的連接4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修四、數(shù)控系統(tǒng)I/OLink設(shè)備接口與連接2、I/OLink設(shè)備與外圍設(shè)備的連接

1）I/O模塊之間的連接。I/O模塊之間通過數(shù)據(jù)接口按照J(rèn)D1A—JD1B方式級(jí)連。

2）I/O模塊與開關(guān)信號(hào)的連接。I/O模塊與機(jī)床操作面板、機(jī)床強(qiáng)電柜通過分線盤的連接。

3）I/O模塊與手輪的連接。I/O模塊JA3B接口與手輪相連接。

4）I/O模塊與β系列伺服放大器的連接。I/O模塊可以和支持I/OLink連接方式的β系列伺服放大器連接，對(duì)于FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)，最多可以連接8個(gè)β系列伺服放大器。知識(shí)儲(chǔ)備-放大器通電流程4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修PSM模塊接線圖如圖知識(shí)儲(chǔ)備-放大器通電流程4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修在急停狀態(tài)下，接通斷路器1、斷路器2后，向伺服放大器CX1A接口控制輸入AC200V電壓。PSM模塊接線圖如圖所示，CX1A接口控制電源接線如圖所示知識(shí)儲(chǔ)備-放大器通電流程4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修通過PSM模塊的AC200V引入DC24V作為控制電源。通過CXA2A、CXA2B接口，向各個(gè)模塊供給DC24V。各個(gè)模塊將PSM供給的DC24V變?yōu)?V電壓，用作控制電壓使用。CXA2A接口與CXA2B接口連接引腳定義如圖所示。知識(shí)儲(chǔ)備-放大器通電流程4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修CNC的電源接通，解除急停后，通過FSSB光纜發(fā)出MCC吸合信號(hào)MCON。同時(shí)，通過伺服放大器接口CX4，解除伺服放大器的急停信號(hào)。CX4接口急停信號(hào)接線如圖4.2.12所示。知識(shí)儲(chǔ)備-放大器通電流程4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修3.CX3接口內(nèi)部常開觸頭閉合，使得內(nèi)部MCC線圈吸合，MCC主觸頭閉合，從而控制外圍的主電路接通，向PSM模塊輸入三相AC200V動(dòng)力電源。CX3接口MCC接線圖如圖4.2.13所示；MCC主電路接線圖4.2.14所示。知識(shí)儲(chǔ)備-放大器通電流程4.2主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修4.PSM模塊的端子TB2/CZ1輸入AC200V動(dòng)力電源后，經(jīng)過PSM模塊內(nèi)整流電路整流后，通過TB1端子進(jìn)行DC300V的輸出。PSM模塊的端子臺(tái)TB1與SPM模塊及SVM模塊的端子臺(tái)TB1使用短路棒進(jìn)行連接，向SPM模塊、SVM模塊輸入DC300V電源。在PSM模塊中，加入了斷電檢測(cè)電路。其接口端口為CX37。其中A1、A3與B1、B3為兩組檢測(cè)回路。輸入電壓最大為30V，最大電流為200mA。CX37接口接腳定義圖如圖4.2.15所示。檢測(cè)的斷電回路包括：（1）3相主電源L1、L2、L3；（2）DCLink（直流共母線）電壓；（3）PSM模塊的控制電壓，CX1A的1、2接腳電壓。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修技術(shù)項(xiàng)目四.主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修其他主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷方法任務(wù)3

4.3其他主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷方法學(xué)習(xí)目標(biāo)：

技能目標(biāo)：

（1）會(huì)對(duì)變頻主軸系統(tǒng)故障分析；

（2）會(huì)排除變頻主軸系統(tǒng)故障；

知識(shí)目標(biāo)：

（1）了解變頻器常見的故障形式。（2）掌握變頻器