主轴驱动系统

参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/6dc3505e89715b411038c2a 8.html数控机床中的伺服驱动系统取代了传统机床的机械传动，是数控机床的重要特征之一，因此在一定意义上，伺服驱动系统的性能和可靠性决定了整台数控机床的性能和可靠性。

位置伺服驱动系统是由驱动系统与ＣＮＣ系统中的位置控制部分构成的。

数控机床的驱动系统主要有两种：主轴驱动系统和进给驱动系统。

从作用看，前者控制机床主轴旋转运动，后者控制机床各坐标的进给运动。

不论是主轴驱动系统还是进给驱动系统，从电气控制原理来分都可分为直流驱动和交流驱动系统。

直流驱动系统在２０世纪７０年代初至８０年代中期占据主导地位，这是由于直流电动机具有良好的调速性能，输出力矩大，过载能力强，精度高，控制原理简单，易于调整等。

随着微电子技术的迅速发展，加之交流伺服电动机材料、结构及控制理论有了突破性的进展，又推出了交流驱动系统，标志着新一代驱动系统的开始。

由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机维护简单，便于制造，不受恶劣环境影响，所以目前直流驱动系统已逐步被交流驱动系统所取代。

一、主轴驱动系统数控机床要求主轴在很宽的范围内转速连续可调，恒功率范围宽。

当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，就要对主轴提出相应的速度控制和位置控制要求。

１．直流主轴驱动系统由于直流调速性能的优越性，直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中得到广泛应用，主轴电动机驱动多采用晶闸管调速的方式。

（１）工作原理数控机床直流主轴电动机由于功率较大，且要求正、反转及停止迅速，故驱动装置通常采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统，这样在制动时，除了缩短制动时间外，还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网。

１）主电路图６－９为三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统的主电路，逻辑无环流可逆系统是利用逻辑电路，使一组晶闸管在工作时，另一组晶闸管的触发脉冲被封锁，从而切断正、反两组晶闸管之间流通的电流。

数控机床主轴驱动变频控制一、前言数控机床是传统机床向智能化方向发展的结果，其操作简单、精度高、效率高等特点，使得其在现代制造业中大有用处。

数控机床中的主轴驱动控制是其中的一个重要环节，其精度和可靠性对整个机床的操作效果有着至关重要的作用。

本篇文档将主要介绍数控机床主轴驱动变频控制相关知识。

二、数控机床主轴驱动变频控制的原理数控机床的主轴驱动控制系统主要是由相关电气元件组成的变频器控制系统。

变频器就是将市电通过整流、滤波、逆变后输出一定的频率、电压并控制电机转速的电子装置。

在数控机床的主轴驱动系统中，变频器通过对电机控制进行电压和频率的调整，来实现主轴的旋转，进而控制其转速和输出功率。

变频器输出的频率、电压均可调整，因此可以通过控制变频器的输出，来实现对主轴的速度调节。

电气控制系统通过实时监测机床运行状态、主轴运行状态、机床速度、主轴转速等信息，根据预先设定的运转条件，通过控制变频器输出的电压、频率实现对机床的工作状态并实现对主轴的速度调节。

三、数控机床主轴驱动变频控制的优点与传统机床的主轴驱动方式相比，数控机床主轴驱动变频控制有诸多优点，主要体现在以下几个方面：1.可调性强：通过对变频器的控制，可以实现精确的主轴转速调节，可以满足不同需求的工件加工。

2.精度高：由于采用了电气控制系统，可以实现主轴转速的精确控制，进而实现加工精度的提高。

3.效率高：数控机床主轴驱动变频控制由于能够实现电气控制，减少了机械传动过程中的机械损耗，因此其效率远高于传统机床主轴驱动方式。

4.运转平稳：变频器可以调节输出电压和频率，可以进一步实现对主轴转速的控制，从而实现机床运转的平稳。

四、数控机床主轴驱动变频控制的应用数控机床主轴驱动变频控制技术的应用相当广泛，可以应用于各种数控机床类型，包括数控车床、数控加工中心、数控铣床等。

特别是在高速、高精度、高效率的加工应用中，其优势更加明显。

五、数控机床主轴驱动变频控制的维护和保养为了确保数控机床主轴驱动变频控制系统的长期稳定运行，必须进行日常的维护和保养。

主轴驱动系统常见故障处理与维护1. 引言主轴驱动系统是现代机械设备中常用的一个关键系统，负责提供动力和控制主轴的旋转速度。

然而，由于长时间使用或操作不当，主轴驱动系统可能会发生各种故障。

本文将介绍主轴驱动系统常见故障的处理方法和日常维护注意事项。

2. 常见故障处理与维护2.1 主轴不转或转速异常2.1.1 故障现象主轴在工作中停止转动或转速异常，影响了设备的正常运行。

2.1.2 处理方法•检查主轴驱动系统的电源是否正常连接，确保电源供应无误。

•检查主轴驱动系统中的电机驱动模块是否损坏，如损坏需要更换。

•检查主轴驱动系统的传感器是否损坏或失效，如有需要修复或更换。

•检查主轴驱动系统的控制器是否存在程序错误，如有需要重新编程或修复。

•检查主轴驱动系统的传动部件是否存在松动或磨损，如有需要紧固或更换。

2.1.3 维护注意事项•定期检查主轴驱动系统的电源连接情况，确保连接牢固。

•注重主轴驱动系统的传感器的维护和保养，定期清洁和校准。

•定期检查主轴驱动系统的控制器的程序，如有需要修复或更新。

•定期检查主轴驱动系统的传动部件的紧固度和磨损情况，如有需要进行维护和更换。

2.2 主轴噪音过大2.2.1 故障现象主轴运行时产生过大噪音，影响了设备的正常工作。

2.2.2 处理方法•检查主轴驱动系统的轴承是否损坏或缺乏润滑，如有需要更换轴承或添加润滑剂。

•检查主轴驱动系统的传动带是否紧固正确，如有需要调整传动带的张紧度。

•检查主轴驱动系统的齿轮传动部分是否存在松动或磨损，如有需要紧固或更换。

2.2.3 维护注意事项•定期检查主轴驱动系统的轴承的润滑情况，如有需要添加润滑剂。

•定期检查主轴驱动系统的传动带的张紧度，如有需要调整传动带的紧度。

•定期检查主轴驱动系统的齿轮传动部分的紧固度和磨损情况，如有需要进行维护和更换。

2.3 主轴温度过高2.3.1 故障现象主轴在工作中温度过高，可能导致设备停机或烧坏主轴。

2.3.2 处理方法•检查主轴驱动系统的冷却装置是否正常工作，如有需要修复或更换。

1、简述交流伺服主轴驱动系统？交流伺服主轴驱动系统通常采用感应电动机作为驱动电机，由伺服驱动器实施控制，有速度开环或闭环控制方式。

也有采用永磁同步电动机作为驱动电机，由伺服驱动器实现速度环的矢量控制。

2、交流主轴驱动系统与直流主轴驱动系统相比有哪些特点？1）由于驱动系统必须采用微处理器和现代控制理论进行控制，因此其运行平稳、振动和噪声小。

2）驱动系统一般都具有再生制动功能，在制动时，即可将能量反馈回电网，起到节能的效果，又可以加快起制动速度。

3）特别是对于全数字式主轴驱动系统，驱动器可直接使用CNC的数字量输出信号进行控制，不要经过A/D转换，转速控制精度得到了提高。

4）与数字式交流伺服驱动一样，在数字式主轴驱动系统中，还可采用参数设定方法对系统进行静态调整与动态优化，系统设定灵活、调整准确。

5）由于交流主轴无换向器，主轴通常不需要进行维修。

6）主轴转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴更高，可达到数万转。

3、主轴准停有哪三种实现方式？①机械准停控制：由带V型槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。

②磁性传感器的电器准停控制发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴的准停点。

③编码器型的准停控制通过主轴内置安装或在机床主轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。

4、当主轴伺服系统发生故障时，通常有哪三种表现形式？1. CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息2. 是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障；3. 主轴工作不正常，但无任何报警信息。

5、什么是数控机床的开环控制、半闭环控制和闭环控制？1) 开环数控控制：其数控装置发出的指令信号是单向的，没有检测反馈装置对运动部件的实际位移量进行检测，不能进行运动误差的校正。

2) 半闭环数控机床这类机床的检测元件装在驱动电机或传动丝杠的端部，可间接测量执行部件的实际位置或位移。

这种系统的闭环环路内不包括机械传动环节，控制系统的调试十分方便，因此可以获得稳定的控制特性。

FANUC 主轴驱动系统的简单分类:序号名称维修品的特点简介所配系统型号1 直流可控硅主轴伺服单元型号特征为A06B-6041-HXXX 主回路有12个可控硅组成正反两组可逆整流回路，200V三相交流电输入，六路可控硅全波整流，接触器，三只保险。

电流检测器，控制电路板（板号为：A20B-0008-0371~0377）的作用是接受系统的速度指令（0-10V模拟电压）和正反转指令，和电机的速度反馈信号，给主回路提供12路触发脉冲。

报警指示有四个红色二极管显示各自的意义。

配早期系统，如：3，6，5，7，330C，200C，2000C等。

2 交流模拟主轴伺服单元型号特征为A06B-6044-HXXX，主回路有整流桥将三相185V交流电变成300V直流，再由六路大功率晶体管的导通和截止宽度来调整输出到交流主轴电机的电压，以达到调节电机的速度的目的。

还有两路开关晶体管和三个可控硅组成回馈制动电路，有三个保险、接触器、放电二极管，放电电阻等。

控制电路板作用原理与上述基本相同（板号为：A20B-0009-0531~0535或A20B-1000-0070 ~ 0071 ）。

报警指示有四个红色二极管分别代表8，4，2，1编码，共组成15个报警号。

较早期系统，如：3，6，7，0A等。

3 交流数字主轴伺服单元型号特征为A06B-6055-HXXX，主回路与交流模拟主轴伺服单元相同，其他结构相似，控制板的作用原理与上述基本相似（板号为A20B-1001-0120），但是所有信号都转换为数字量处理。

有五位的数码管显示电机速度，报警号，可进行参数的显示和设定。

较早期系统，如：3，6，0A，10/11/12，15E，15A，0E，0B等。

4 交流S系列数字主轴伺服单元型号特征为A06B-6059-HXXX，主回路该为印刷板结构，其他元件有螺钉固定在印刷板上，这样便于维修，拆卸较为方便，不会造成接线错误。

以后的主轴伺服单元都是此结构。

机床数控系统的组成机床数控系统是现代机床的核心技术之一，它由多个组成部分构成，共同实现对机床的自动化控制和加工操作。

本文将从硬件和软件两个方面介绍机床数控系统的组成。

一、硬件组成1.主轴驱动系统：主轴驱动系统是机床数控系统的核心部分，它负责控制主轴的转速和运动方向。

主轴驱动系统通常由伺服电机、减速器、编码器等组成，通过对电机的控制，实现对主轴的精确控制。

2.进给驱动系统：进给驱动系统用于控制工件在加工过程中的运动轴向，包括直线进给轴和旋转进给轴。

直线进给轴通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成，用于控制工件的直线运动；旋转进给轴通常由伺服电机、齿轮传动等组成，用于控制工件的旋转运动。

3.运动控制卡：运动控制卡是机床数控系统的核心控制器，它负责接收数控指令，并将其转换为电信号，通过与主轴驱动系统和进给驱动系统的配合，实现对机床的精确控制。

运动控制卡通常具备高速数据处理能力和多个输入输出接口，以满足机床复杂加工过程的控制需求。

4.传感器：传感器是机床数控系统的重要组成部分，用于实时监测机床的运行状态和工件加工过程中的各种参数。

常见的传感器包括位置传感器、力传感器、温度传感器等，它们通过与运动控制卡的连接，将采集到的数据反馈给数控系统，以实现对机床的自动化调节和控制。

5.人机界面：人机界面是机床数控系统与操作人员之间的交互界面，用于输入加工参数、监视加工过程和显示加工结果等。

人机界面通常由触摸屏、键盘、显示器等组成，操作人员可以通过它们与数控系统进行交互，并实时了解机床的工作状态。

二、软件组成1.数控系统软件：数控系统软件是机床数控系统的核心程序，它负责解释和执行数控指令，控制机床的运动和加工过程。

数控系统软件通常由操作系统、驱动程序、插补算法等组成，它们共同实现对机床的高精度控制和加工操作。

2.加工程序：加工程序是机床数控系统的另一重要组成部分，它是由一系列数控指令组成的程序，用于描述工件的加工路径和加工过程。

主轴驱动系统常见故障及处理数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统，它的性能直接决定了加工工件的表面质量，因此，在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得很重要。

5.1 主轴驱动系统概述主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。

主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。

它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。

5.1.1 数控机床对主轴驱动系统的要求机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。

机床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。

数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。

在20纪60-70年代，数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。

随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。

现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求：（1）调速范围宽并实现无极调速为保证加工时选用合适的切削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。

特别对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。

目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1∶100，恒功率调速范围也可达1∶30，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min。

主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。

在无级变速中，变频调速主轴一般用于普及型数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。

（2）恒功率范围要宽主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。