主轴驱动及控制

是一种矢量型变频，额定输出功率范围为
0.2KW-7.5KW，载波频率在0.5HZ-16HZ内连
续可调 ，加减速过程中可分段改变加减速时间 ，
可内部/外部启动直流制动；日立 SJ200/300系
列变频器，额定输出功率范围为0.75KW-
132KW，具有2台电机同时无速度传感器矢量控
制运行且电机常数在/离线自整定。
使用任何标准电机与VLT 5000匹配。
4、HITACHI（日立）公司系列变频 器
HITACHI公司的主轴变频器应用于数控机
床上通常有：L100系列通用型变频，额定输出功
率范围为0.2KW-7.5KW， V/f 特性可选恒转矩
/降转矩，可手动/自动提升转矩，载波频率
0.5HZ-16HZ连续可调。日立 SJ100系列变频器，
5、伺服主轴驱动系统
伺服主轴驱动系统具有响应快、速度
高、过载能力强的特点，还可以实现定向
和进给功能，当然价格也是最高的，通常
是同功率变频器主轴驱动系统的2--3倍以
上。伺服主轴驱动系统主要应用于加工中
心上，用以满足系统自动换刀、刚性攻丝、
主轴C轴进给功能等对主轴位置控制性能要
求很高的加工。
6、电主轴
2、SIEMENS（西门子）公司主轴
驱动系统
SIEMENS公司生产的直流主轴电动机有1GG5、1GF5、 1GL5和1GH5四个系列，与这四个系列电动机配套的 6RA24、6RA27系列驱动装置采用晶闸管控制。
1PH5和1PH6两个系列的交流主轴电动机，功率范围为 3～100KW。驱动装置为6SC650系列交流主轴驱动装置 或6SC611A（SIMODRIVE 611A）主轴驱动模块，主 回路采用晶体管SPWM变频器控制的方式，具有能量再生 制动功能。另外，采用为处理器80186可进行闭环转速、 转矩控制及磁场计算，从而完成矢量控制。同过选件实现 C轴进给控制，在不需要CNC的帮助下，实现主轴的定位 控制。
电主轴是主轴电动机的一种结构形式，
驱动器可以是变频器或主轴伺服，也可以
不要驱动器。电主轴由于电机和主轴合二
为一，没有传动机构，因此，大大简化了
主轴的结构，并且提高了主轴的精度，但
是抗冲击能力较弱，而且功率还不能做得
太大，一般在10KW以下。由于结构上的优
势，电主轴主要向高速方向发展，一般在
10000r/min以上。
3、普通笼型异步电动机配通用变频 器
目前进口的通用变频器，除了具有
U/f曲线调节，一般还具有无反馈矢量控制
功能，会对电动机的低速特性有所改善，
配合两级齿轮变速，基本上可以满足车床
低速（100—200转/分钟）小加工余量的
加工，但同样受最高电动机速度的限制。
这是目前经济型数控机床比较常用的主轴
驱动系统。
三、 不同类型的主轴系统的特点和 使用范围
1、普通笼型异步电动机配齿轮变速箱
这是最经济的一种方法主轴配置方式，
但只能实现有级调速，由于电动机始终工
作在额定转速下，经齿轮减速后，在主轴
低速下输出力矩大，重切削能力强，非常
适合粗加工和半精加工的要求。
2、普通笼型异步电动机配简易型变 频器
可以实现主轴的无级调速，主轴电动机只有
4、专用变频电动机配通用变频器
中档数控机床主要采用这种方案，主轴传 动两挡变速甚至仅一挡即可实现转速在 100—200r/min左右时车、铣的重力切削。 一些有定向功能的还可以应用与要求精镗 加工的数控镗铣床，若应用在加工中心上， 还不很理想，必须采用其他辅助机构完成 定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻 丝的要求。
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在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得
很重要。
一、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、HNC（华中数控）公司系列主轴 驱动系统
HSV-20S是武汉华中数控股份有限公司推
出的全数字交流主轴驱动器。该驱动器结构紧凑、
工作在约500转/分钟以上才能有比较满意的力矩
输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况，
一般会采用两挡齿轮或皮带变速，但主轴仍然只
能工作在中高速范围，另外因为受到普通电动机
最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限
制。
这种方案适用于需要无级调速但对低速和高速都 不要求的场合，例如数控钻铣床。国内生产的简 易型变频器较多。
主轴驱动及控制
§6.1概述 §6.2主轴的分段无级调速及控制 §6.3主轴准停控制
数控机床主传动系统是用 来实现机床主运动的，它将主 电动机的原动力变成可供主轴 上刀具切削加工的切削力矩和 切削速度。典型数控机床主传 动系统外观如左图。
§ 6.1概述
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，
3、DANFOSS（丹佛斯）公司系列 变频器
目前应用于数控机床上的变频器系列
常用的有：VLT2800，可并列式安装方式，
具有宽范围配接电机功率：0.37KW-
7.5KW 200V/400；VLT5000，可在整个
转速范围内进行精确的滑差补偿，并在
3ms内完成。在使用串行通讯时，VLT
5000对每条指令的响应时间为0.1ms，可
二、数控机床对主轴驱动系统的要 求
机床主轴的工作运动通常是旋转运动，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。
1、调速范围宽并实现无极调速
2、恒功率范围要宽
3、具有4象限驱动能力
4、具有位置控制能力
5、具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。
6、良好的抗振性和热稳定性
四、常用的主轴驱动系统介绍
1、FANUC（法那科）公司主轴驱动系统 目前三个系列交流主轴电动机为： S系列电动机，额定输出功率范围1.5～37KW； H系列电动机，额定输出功率范围1.5～22KW； P系列电动机，额定输出功率范围3.7～37KW。
该公司交流主轴驱动系统的特点为：①采用为处 理器控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控 制。②主回路采用晶体管PWM逆变器，使电动机 电流非常接近正弦波性。③具有主轴定向控制、 数字和模拟输入接口等功能。