【正文】 軸運動裝置的工作原理、端部接線、功能參數(shù)的設定、相關數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的設定及維修技術。 通用變頻主軸驅動裝置及維修隨著交流調速技術的發(fā)展，目前數(shù)控機床的主軸驅動多采用交流主軸電動機配變頻器控制的方式。 注：當機床主軸驅動單元使用了帶速度反饋的驅動裝置以及標準主軸電機時，主軸可以根據(jù)需要工作在伺服狀態(tài)。一般情況下，機床主軸的控制系統(tǒng)為速度控制系統(tǒng)，而機床伺服軸的控制系統(tǒng)為位置控制系統(tǒng)。另外，在雕刻機和有色金屬以及非金屬材料加工機床上應用較多，這些機床由于只對主軸高轉速有要求，因此，往往不用主軸驅動器。由于結構上的優(yōu)勢，電主軸主要向高速方向發(fā)展，一般在10000r/min以上。電主軸 電主軸是主軸電動機的一種結構形式，驅動器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅動器。伺服主軸驅動系統(tǒng) 伺服主軸驅動系統(tǒng)具有響應快、速度高、過載能力強的特點，還可以實現(xiàn)定向和進給功能，當然價格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅動系統(tǒng)的23倍以上。中檔數(shù)控機床主要采用這種方案，主軸傳動兩擋變速甚至僅一擋即可實現(xiàn)轉速在100—200r/min左右時車、銑的重力切削。以先馬YPNC系列變頻電動機為例，電壓：三相200V、220V、380V、400V可選；輸出功率：；變頻范圍2200Hz；（最高轉速r/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。這是目前經(jīng)濟型數(shù)控機床比較常用的主軸驅動系統(tǒng)。國內生產的簡易型變頻器較多。普通籠型異步電動機配簡易型變頻器 可以實現(xiàn)主軸的無級調速，主軸電動機只有工作在約500轉/分鐘以上才能有比較滿意的力矩輸出，否則，特別是車床很容易出現(xiàn)堵轉的情況，一般會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，另外因為受到普通電動機最高轉速的限制，主軸的轉速范圍受到較大的限制。普通籠型異步電動機配齒輪變速箱 這是最經(jīng)濟的一種方法主軸配置方式，但只能實現(xiàn)有級調速，由于電動機始終工作在額定轉速下，經(jīng)齒輪減速后，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強，非常適合粗加工和半精加工的要求。目前大部分的經(jīng)濟型機床均采用數(shù)控系統(tǒng)模擬量輸出+變頻器+感應（異步）電機的形式，性價比很高，這時也可以將模擬主軸稱為變頻主軸。另外根據(jù)主軸速度控制信號的不同可分為模擬量控制的主軸驅動裝置和串行數(shù)字控制的主軸驅動裝置兩類。主軸系統(tǒng)分類及特點 全功能數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進行循環(huán)潤滑。 數(shù)控機床加工時，可能由于持續(xù)切削、加工余量不均勻、運動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，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至可能損壞刀具和主軸系統(tǒng)中的零件，使其無法工作。側面定心的花鍵對降低噪聲更為有利，因為這種定心方式傳動間隙小，接觸面大，但加工需要專門的刀具和花鍵磨床。在結構允許的條件下，應適當增加齒輪寬度，提高齒輪的重疊系數(shù)。采用帶傳動時應采用齒型帶。為了提高傳動件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動時齒輪齒面應采用高頻感應加熱淬火工藝以增加耐磨性。具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。目前一般伺服主軸可以在1秒內從靜止加速到6000r/min。為滿足數(shù)控機床低速、強力切削的需要，常采用分級無級變速的方法（即在低速段采用機械減速裝置），以擴大輸出轉矩。恒功率范圍要寬 主軸在全速范圍內均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內提供主軸電動機的最大功率。主軸變速分為有級變速、無級變速和分段無級變速三種形式，其中有級變速僅用于經(jīng)濟型數(shù)控機床，大多數(shù)數(shù)控機床均采用無級變速或分段無級變速。特別對于具有自動換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應各種刀具、工序和各種材料的加工要求，對主軸的調速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉速范圍內根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動實現(xiàn)無級調速，并減少中間傳動環(huán)節(jié)，簡化主軸箱。隨著刀具技術、生產技術、加工工藝以及生產效率的不斷發(fā)展，上述傳統(tǒng)的主軸驅動已不能滿足生產的需要。數(shù)控機床通常通過主軸的回轉與進給軸的進給實現(xiàn)刀具與工件的快速的相對切削運動。數(shù)控機床對主軸驅動系統(tǒng)的要求 機床的主軸驅動和進給驅動有較大的差別。通常主軸驅動被加工工件旋轉的是車削加工，所對應的機床是車床類；主軸驅動切削刀具旋轉的是銑削加工，所對應的機床是銑床類。5．1 概述數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)是數(shù)控機床的大功率執(zhí)行機構，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的S碼速度指令及M碼輔助功能指令，驅動主軸進行切削加工。第五章 數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)與維修數(shù)控機床的主軸驅動系統(tǒng)也就是主傳動系統(tǒng)，它的性能直接決定了加工工件的表面質量，因此，在數(shù)控機床的維修和維護中，主軸驅動系統(tǒng)顯得很重要。本章主要內容：——介紹數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)組成及特點、分類等；——介紹了通用變頻器及典型系統(tǒng)變頻主軸的連接線路、相關參數(shù)等；——簡介了通用變頻主軸、伺服主軸的主要故障及處理方法，并介紹了一些維修實例。它包括主軸驅動裝置、主軸電動機、主軸位置檢測裝置、傳動機構及主軸。機床主軸的工作運動通常是旋轉運動，不像進給驅動需要絲杠或其它直線運動裝置作往復運動。在20紀6070年代，數(shù)控機床的主軸一般采用三相感應電動機配上多級齒輪變速箱實現(xiàn)有級變速的驅動方式?，F(xiàn)代數(shù)控機床對主軸傳動提出了更高的要求：調速范圍寬并實現(xiàn)無極調速 為保證加工時選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。目前主軸驅動裝置的恒轉矩調速范圍已可達1∶100，恒功率調速范圍也可達1∶30。在無級變速中，變頻調速主軸一般用于普及型數(shù)控機床，交流伺服主軸則用于中、高檔數(shù)控機床。由于主軸電動機與驅動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉矩輸出。具有4象限驅動能力 要求主軸在正、反向轉動時均可進行自動加、減速控制，并且加、減速時間要短。具有位置控制能力 即進給功能（C軸功能）和定向功能（準停功能），以滿足加工中心自動換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車削中心的某些加工工藝的需要。 數(shù)控機床加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關。最后一級一般用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)。應采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提高主軸的組件的剛性。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動，采用內徑定心。良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中的零部件產生熱變形，降低傳動效率，影響零部件之間的相對位置精度和運動精度，從而造成加工誤差。目前，無級變速系統(tǒng)根據(jù)控制方式的不同主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機，通過帶傳動帶動主軸旋轉，或通過帶傳動和主軸箱內的減速齒輪(以獲得更大的轉矩)帶動主軸旋轉。模擬量控制的的主軸驅動裝置采用變頻器實現(xiàn)主軸電動機控制，有通用變頻器控制通用電機和專用變頻器控制專用電機兩種形式。串行主軸驅動裝置一般由各數(shù)控公司自行研制并生產，如西門子公司的611系列，日本發(fā)那克公司的α系列等。如果加工產品比較單一，對主軸轉速沒有太高的要求，配置在數(shù)控機床上也能起到很好的效果；它的缺點是噪音比較大，由于電機工作在工頻下，主軸轉速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場合。這種方案適用于需要無級調速但對低速和高速都不要求的場合，例如數(shù)控鉆銑床。通籠型異步電動機配通用變頻器 目前進口的通用變頻器，除了具有U/f曲線調節(jié)，一般還具有無反饋矢量控制功能，會對電動機的低速特性有所改善，配合兩級齒輪變速，基本上可以滿足車床低速（100—200轉/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受最高電動機速度的限制。專用變頻電動機配通用變頻器 一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進給的功能，是非常有競爭力的產品。提供通用變頻器的廠家以國外公司為主，如：西門子、安川、富士、三菱、日立等。一些有定向功能的還可以應用與要求精鏜加工的數(shù)控鏜銑床，若應用在加工中心上，還不很理想，必須采用其他輔助機構完成定向換刀的功能，而且也不能達到剛性攻絲的要求。伺服主軸驅動系統(tǒng)主要應用于加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動換刀、剛性攻絲、主軸C軸進給功能等對主軸位置控制性能要求很高的加工。電主軸由于電機和主軸合二為一，沒有傳動機構，因此，大大簡化了主軸的結構，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。安裝電主軸的機床主要用于精加工和高速加工，例如高速精密加工中心。就電氣控制而言，機床主軸的控制是有別于機床伺服軸的。換句話說，主軸編碼器一般情況下不是用于位置反饋的（也不是用于速度反饋的），而僅作為速度測量元件使用，從主軸編碼器上所獲取的數(shù)據(jù)，一般有兩個用途，其一是用于主軸轉速顯示；其二是用于主軸與伺服軸配合運行的場合（如螺紋切削加工，恒線速加工，G95轉進給等）。此時，主軸編碼器作為位置反饋元件使用。目前作為主軸驅動裝置市場上流行的變頻器有德國西門子公司、日本三肯、安川等。MM420西門子的供電電源電壓為三相交流（380V至480V）或單相交流（200V至240V），具有現(xiàn)場總線接口的選件，功率范圍：～11KW過程控制：內置PI控制器。輸出：1個模擬輸出，1個繼電器輸出。S7300/400（TIA）或MM420變頻器接線方框圖如下： 圖51 MM420變頻器接線方框圖1）變頻器主電路主電路的功能是將固定頻率（5060HZ）的交流電轉換成頻率連續(xù)可調（0400HZ）的三相交流電，包括交直電路、制動單元電路及直交電路。2）變頻器控制回路功能及端子接線 掌握變頻器控制回路接線端子功能在維修中是非常重要的，西門子變頻器的控制端子有開關量輸入控制端子（8），主要用于控制電機的正反向運行等功能；模擬量輸入端子（4），主要用于控制接受010V的模擬量信號；報警信號輸出（11）。（2）變頻器輸入側采用斷路器(不宜采用熔斷器)實現(xiàn)保護,其斷路器的整定值應按變頻器的額定電流選擇而不應按電動機的額定電流來選擇。（4）面板上的SDP 有兩個 LED，用于顯示變頻器當前的運行狀態(tài)變頻器輸出接線實際使用注意事項： （1）輸出側接線須考慮輸出電源的相序。 （2）實際接線時,決不允許把變頻器的電源線接到變頻器的輸出端。 （3）一般情況下,變頻器輸出端直接與電動機相連,無需加接觸器和熱繼電器。當驅動器出現(xiàn)故障時，可以根據(jù)保護功能的情況，分析故障原因。 接地保護 在伺服驅動器的輸出線路以及主軸內部等出現(xiàn)對地短路時，可以通過快速熔斷器間切斷電源，對驅動器進行保護。 過載保護 當驅動器、負載超過額定值時，安裝在內部的熱開關或主回路的熱繼電器將動作，對進行過載保護。 速度偏差過大報警 當主軸的速度由于某種原因，偏離了指令速度且達到一定的誤差后，將產生報警，并進行保護。 瞬時過電流報警 當驅動器中由于內部短路、輸出短路等原因產生異常的大電流時，驅動器將發(fā)出報警并進行保護。 速度檢測回路斷線或短路報警 當測速發(fā)電動機出現(xiàn)信號斷線或短路時，驅動器將產生報警并進行保護。 速度超過報警 當檢測出的主軸轉速超過額定值的115%是，驅動器將發(fā)出報警并進行保護。 勵磁監(jiān)控 如果主軸勵磁電流過低或無勵磁電流