任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路一、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)１概述主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工出理想的零件。它是零件加工的成形運(yùn)動(dòng)之一，它的精度對(duì)零件的加工精度有較大的影響。２數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有較大的差別。機(jī)床主軸的工作運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不像進(jìn)給驅(qū)動(dòng)需要絲杠或其他直線運(yùn)動(dòng)裝置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床通常通過主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的快速的相對(duì)切削運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸傳動(dòng)提出了更高的要求下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路（１）調(diào)速范圍寬并實(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，特別是對(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應(yīng)各種刀具、工序和各種材料的加工要求，對(duì)主軸的調(diào)速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化主軸箱。（２）恒功率范圍要寬。主軸在全速范圍內(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。由于主軸電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機(jī)床低速、強(qiáng)力切削的需要，常采用分級(jí)無級(jí)變速的方法（即在低速段采用機(jī)械減速裝置），以擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩。上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路（３）具有４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。目前一般伺服主軸可以在１ｓ內(nèi)從靜止加速到６０００ｒ／ｍｉｎ。（４）具有位置控制能力。位置控制能力即進(jìn)給功能（Ｃ軸功能）和定向功能（準(zhǔn)停功能），以滿足加工中心自動(dòng)換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車削中心的某些加工工藝的需要。（５）具有較高的精度與剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)。為了提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動(dòng)時(shí)齒輪齒面應(yīng)采用高頻感應(yīng)加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級(jí)一般用斜齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。采用帶傳動(dòng)時(shí)應(yīng)采用齒形帶。上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路（６）良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，可能由于持續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過程中的自振等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至可能損壞刀具和主軸系統(tǒng)中的零件，使其無法工作。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中的零部件產(chǎn)生熱變形，降低傳動(dòng)效率，影響零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度，從而造成加工誤差。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動(dòng)平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑。３不同類型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路３不同類型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍（１）普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配齒輪變速箱這是最經(jīng)濟(jì)的一種主軸配置方式，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，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強(qiáng)，非常適合粗加工和半精加工。如果加工產(chǎn)品比較單一，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速?zèng)]有太高的要求，配置在數(shù)控機(jī)床上也能起到很好的效果；它的缺點(diǎn)是噪聲比較大，并且由于電動(dòng)機(jī)工作在工頻下，主軸轉(zhuǎn)速范圍不大，不適合有色金屬加工和需要頻繁變換主軸速度的場(chǎng)合。（２）普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配簡(jiǎn)易型變頻器。上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路這種方式可以實(shí)現(xiàn)主軸的無級(jí)調(diào)速，主軸電動(dòng)機(jī)只有工作在約５００ｒ／ｍｉｎ以上才能有比較滿意的力矩輸出，否則，車床很容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情況。此方式一般會(huì)采用兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸仍然只能工作在中高速范圍，另外因?yàn)槭艿狡胀妱?dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，主軸的轉(zhuǎn)速范圍受到較大的限制。（３）普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配通用變頻器。目前進(jìn)口的通用變頻器，除了具有Ｕ／ｆ曲線調(diào)節(jié)功能，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，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。這種方案是目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床比較常用的。（４）專用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器。上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路專用變頻電動(dòng)機(jī)一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時(shí)都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進(jìn)給的功能，是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。以先馬ＹＰＮＣ系列變頻電動(dòng)機(jī)為例，電壓：三相２００Ｖ、２２０Ｖ、３８０Ｖ、４００Ｖ可選；輸出功率：１５～１８５ｋＷ；變頻范圍２～２００Ｈｚ；最高轉(zhuǎn)速１２０００ｒ／ｍｉｎ；３０ｍｉｎ１５０％過載能力；支持Ｖ／ｆ控制、Ｖ／ｆ＋ＰＧ（編碼器）控制、無ＰＧ矢量控制、有ＰＧ矢量控制。提供通用變頻器的廠家以國(guó)外公司為主，如西門子、安川、富士、三菱、日立等。（５）伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路伺服主軸驅(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，當(dāng)然價(jià)格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的２～３倍。伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于加工中心上，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。（６）電主軸。電主軸是主軸電動(dòng)機(jī)的一種結(jié)構(gòu)形式，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。電主軸由于將電動(dòng)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)，并且提高了主軸的精度，但是抗沖擊能力較弱，而且功率還不能做得太大，一般在１０ｋＷ以下。由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電主軸主要向高速方向發(fā)展，轉(zhuǎn)速一般在１００００ｒ／ｍｉｎ以上。上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路二、主軸伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法當(dāng)主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常有三種表現(xiàn)形式：一是在ＣＲＴ或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容或報(bào)警信息；二是在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上用報(bào)警燈或數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)動(dòng)裝置的故障；三是主軸工作不正常，但無任何報(bào)警信息。主軸伺服系統(tǒng)常見故障如下。（１）外界干擾。由于受到電磁干擾，屏蔽和接地措施不良的影響，主軸轉(zhuǎn)速指令信號(hào)或反饋信號(hào)受到干擾，使主軸驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)隨機(jī)和無規(guī)律性的波動(dòng)。判別有無干擾的方法是：當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速指令為零時(shí)，主軸仍往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整零速平衡和漂移補(bǔ)償也不能消除故障。上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路（２）過載。切削用量過大，或頻繁地正、反轉(zhuǎn)變速等均可引起過載報(bào)警。具體表現(xiàn)為主軸電動(dòng)機(jī)過熱、主軸驅(qū)動(dòng)裝置顯示過電流報(bào)警等。三、變頻調(diào)速主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)１變頻器的作用變頻器是把工頻電源（５０Ｈｚ或６０Ｈｚ）變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)變速運(yùn)行的設(shè)備，變頻器中的控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的ＣＰＵ以及一些相應(yīng)的電路。上一頁下一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路２交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制根據(jù)電機(jī)學(xué)可知，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：３帶速度反饋的主軸變頻器與電動(dòng)機(jī)及控制器的連接圖帶速度反饋的主軸變頻器與電動(dòng)機(jī)及控制器的連接如圖６－２所示。１連接主軸控制線路（１）變頻器上的接口Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３接經(jīng)由ＱＦ１出來的Ｕ、Ｖ、Ｗ，即動(dòng)力電源線由此口接入；（２）變頻器上的接口Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３接主軸電機(jī)（注意，必須經(jīng)過端子排轉(zhuǎn)接），線號(hào)是Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１；上一頁返回任務(wù)識(shí)讀主軸控制線路（３）由數(shù)控系統(tǒng)背面的ＸＳ９口出來的ＤＡＳ＋和ＤＡＳ０接變頻器的Ｏ和Ｌ口，ＤＡＳ＋和ＤＡＳ０之間是一個(gè)０～＋１０Ｖ的電壓信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入的Ｓ指令數(shù)值的不同從而輸出一個(gè)０～＋１０Ｖ的電壓信號(hào)，即電壓不同，最終由變頻器給到主軸電機(jī)電源的頻率不同，從而控制主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速不同；２掌握主軸正反轉(zhuǎn)控制過程２掌握主軸正反轉(zhuǎn)控制過程變頻器上的１口接通時(shí)，控制主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，２口接通時(shí)，控制主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)。由圖６－２可知，當(dāng)ＫＡ１常開接通時(shí)，控制主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)。而ＫＡ１常開接通的條件是ＫＡ１的線圈得電，由繼電器板內(nèi)部接線可知，ＫＡ１的線圈一端接２４Ｖ１，一端接Ｙ００，即當(dāng)ＰＬＣ輸出Ｙ００有信號(hào)輸出時(shí)，ＫＡ１的線圈得電，其常開閉合，控制主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)的控制過程同理，即由ＰＬＣ輸出Ｙ０１控制。上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接一變頻器參數(shù)一、日立ＳＪ－１００型變頻器的功能參數(shù)日立ＳＪ－１００型變頻器的功能參數(shù)主要可分為以下幾組。Ｄ組———監(jiān)視功能參數(shù)。Ｆ組———主要常用參數(shù)。Ａ組———標(biāo)準(zhǔn)功能參數(shù)的設(shè)定。Ｂ組———微調(diào)功能參數(shù)。Ｃ組———智能端子功能。Ｈ組———電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置及無傳感器矢量功能參數(shù)的設(shè)置。二、變頻器常見功能參數(shù)見表６－１上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接二變頻器的操作一、變頻器的按鍵定義圖６－３為ＳＪ－１００變頻器面板的按鍵定義。二、變頻器的調(diào)節(jié)方式變頻器是通過調(diào)節(jié)頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的，所謂頻率給定方式，就是通過何種方式來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。簡(jiǎn)單地說，就是調(diào)節(jié)頻率的方法?，F(xiàn)介紹日立變頻器的三種頻率調(diào)節(jié)方式。１手操鍵盤給定這種方式是通過變頻器的操作鍵盤以及變頻器本身提供的控制參數(shù)來對(duì)變頻器進(jìn)行控制的。上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接二變頻器的操作３數(shù)控系統(tǒng)給定數(shù)控機(jī)床常見的控制方式是通過變頻器上的控制端子進(jìn)行控制，變頻器上的頻率給定與運(yùn)行指令給定都是利用數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，圖６－４為ＳＪ－１００變頻器與世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)的連接圖，采用數(shù)控系統(tǒng)控制時(shí)具體做法如下：①按照上圖進(jìn)行連接，確認(rèn)無誤后，接通各部分電源；②參照手操鍵盤給定方式的步驟，將參數(shù)Ａ０ｌ和Ａ０２均恢復(fù)為“０１”（缺省值）；③通過華中世紀(jì)星系統(tǒng)的主軸控制命令，控制變頻器的運(yùn)行。例如：在ＭＤＩ下執(zhí)行Ｍ０３Ｓ５００，電動(dòng)機(jī)就會(huì)以５００ｒ／ｍｉｎ正轉(zhuǎn)。上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接二變頻器的操作三、變頻器智能端子的使用對(duì)于一般變頻器來說，都具備一些智能端子，方便變頻器在控制的時(shí)候使用。日立ＳＪ－１００變頻器提供了６位智能端子，我們前面只使用了第１、２個(gè)端子作為主軸正反轉(zhuǎn)的控制端子。圖６－５為變頻器的控制端子圖，其中１～６控制端子就是變頻器的智能端子，各端子的功能都可以通過Ｃ組參數(shù)進(jìn)行定義，參數(shù)Ｃ０１～Ｃ０６分別對(duì)應(yīng)端子１～６，例如，我們可以通過修改Ｃ０ｌ參數(shù)的數(shù)值來改變端子１的功能。１利用變頻器智能端子控制主軸的正反轉(zhuǎn)上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接二變頻器的操作若想使用智能端子１和２來控制主軸正反轉(zhuǎn)，那么把參數(shù)Ｃ０１和Ｃ０２的數(shù)值分別修改成“００”和“０１”，然后將控制主軸正反轉(zhuǎn)的信號(hào)線５０５、５０６接到端子１和２上，如圖６－６所示。當(dāng)變頻器端口１接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)變頻器端口２接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。若要使用智能端子５和６來控制主軸正反轉(zhuǎn)，那么把參數(shù)Ｃ０５和Ｃ０６的數(shù)值分別修改成“００”和“０１”，然后將控制主軸正反轉(zhuǎn)的信號(hào)線５０５、５０６接到端子５和６上，如圖６－７所示。當(dāng)變頻器端口５接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)變頻器端口６接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接二變頻器的操作２利用變頻器智能端子控制變頻器的速度一般情況下變頻器是通過模擬電壓或模擬電流來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，也可以通過調(diào)可以利用４個(gè)智能端子進(jìn)行１６個(gè)目標(biāo)頻率的選擇，這１６個(gè)目標(biāo)頻率的數(shù)值由參數(shù)Ａ２０～Ａ３５設(shè)定，參數(shù)Ａ２０～Ａ３５分別對(duì)應(yīng)速度１～速度１６，選擇哪個(gè)速度是由控制速度的智能端子的狀態(tài)決定的，如圖６－８所示。上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接二變頻器的操作（１）將智能端子Ｃ０１～Ｃ０４的數(shù)值分別設(shè)為“０２”“０３”“０４”“０５”，這四個(gè)智能端子就可以對(duì)目標(biāo)頻率進(jìn)行選擇控制了。（２）利用參數(shù)Ａ２０～Ａ３５，可設(shè)定１６種不同的目標(biāo)頻率。（３）按照?qǐng)D６－８所示，利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)所提供的“乒乓”開關(guān)進(jìn)行接線。（４）利用“乒乓”開關(guān)給變頻器的智能端子提供不同的狀態(tài)，見表６－２，不同的狀態(tài)應(yīng)該對(duì)應(yīng)不同的速度?？梢酝ㄟ^觀察判斷變頻器的輸出頻率和智能端子給定的頻率是否一致。上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接二變頻器的操作四、變頻器的初始化接通變頻器的三相３８０Ｖ輸入電源，用基本操作面板進(jìn)行調(diào)試，然后參考下面的步驟，把變頻器所有參數(shù)復(fù)位為出廠時(shí)的缺省設(shè)置值（注：一般變頻器參數(shù)出廠時(shí)已設(shè)置好，不需改動(dòng)，這里只是實(shí)驗(yàn)用）。初始化完成后，需設(shè)置相關(guān)參數(shù)才可以運(yùn)行電動(dòng)機(jī)。上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接三主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部分的常見故障一、變頻器主要報(bào)警裝置及其故障診斷為了保證主軸驅(qū)動(dòng)器安全、可靠地運(yùn)行，針對(duì)主軸伺服系統(tǒng)出現(xiàn)的異常情況，設(shè)置了較多的保護(hù)功能，這種保護(hù)功能與主軸驅(qū)動(dòng)器的故障檢測(cè)與維修密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)保護(hù)功能的情況，分析故障原因。通用變頻器常見故障及診斷見表６－３。二、主軸單元常見故障１主軸電機(jī)不轉(zhuǎn)（１）數(shù)字控制系統(tǒng)沒有速度控制信號(hào)輸出；（２）主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障；（３）主軸電動(dòng)機(jī)故障；上一頁下一頁返回知識(shí)鏈接三主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部分的常見故障（４）變頻器輸出端子Ｕ、Ｖ、Ｗ不能提供電源。造成這種情況可能有以下原因：①報(bào)警；②頻率指定源與運(yùn)行指定源的參數(shù)不正確；③智能輸入端子的輸入信號(hào)不正確