主轴驱动控制
九．主轴的驱动控制 1。控制框图 主轴控制主要是速度及电动机的转速控制。在程序中用指令：S 及五位数值指令主轴的转数。 例如：S1200; 表示要求主轴以 1200 转转动。正反转的指令为 M03(正转)；M04（反转） 。为了检测 主轴的转速，在主轴或主轴电动机上安装了速度传感器。 在车床的 Cs 轴控制等功能中还要用到主轴的位置控制。车床和铣床的螺纹加工、加工中心的 换刀等还要用到主轴的一转信号，因此主轴上还安装了位置编码器。 下图是主轴的控制框图。 CNC
Motion d
Serial Fine Positio Velocity HRV HRV
SPINDLE HRV Control
Spindle t
High res.
High res.
Velocity feedback Position feedback
BZi
Spindle
主轴控制框图 2． 主轴速度传感器与位置传感器 只是速度控制时无位置反馈回路。 主轴电动机的速度测量与反馈用装在主轴电动机轴上的磁性 传感器。 如下图所示。 随着主轴电动机的转动， 传感器转一转发出 128， 256， 384 或 512 个脉冲 （取 决于电动机的型号） ，计算出主轴电动机的转数。若电动机与主轴间不是 1：1 耦合，则必须在主轴 上安装位置编码器，用编码器发出的一转信号测量主轴的转数。通常这种编码器是光电式的，转一 转发出 1024 个脉冲，此外还发出一个一转信号。用这种编码器可实现螺纹加工和刚性攻丝及加工 中心机床换刀时的主轴定向。
Z phase ring
1
0.01 de
accuracy （ 384λ/rev ）
A/B phase ring
Mounting ring
128, 256, 384 and 512λ ring are available
主轴速度传感器
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有位置反馈（如 Cs 轴控制）时，主轴上必须安装位置编码器如 BZi 或 CZi（主轴与其驱动电 机间的速比 1：1 时可装载电动机的轴上） 。下图所示为 BZi 和 CZi 的用法。BZi 和 CZi 上都有一转 信号。
FANUC LTD
BZi sensor
Features Features ●Standard spindle sensor ●Cs axis control possible accuracy (0.015~0.03 deg) resolution (360,000/REV) ●High reliability
Common inner and outer diameter with CZi sensor
CZi sensor
Features Features
Patent Pending
●Spindle sensor of high accuracy (0.005 deg) and high resolution (3,600,000/REV) ●Teeth wheel method realizing easy assembly and maintenance ●Best suitable for high accuracy Cs axis control of compound lathe or gear cutting machine
Accuracy Teeth wheel method for easy assembly and maintenance (m=0.4)
0.005 deg.
Highly accurate Accuracy ground gear (m=0.2) 0.005 deg. Two sensors placed on opposite side canceling eccentricity error
1 rev.
A860-2120-T611(512λ)
1 rev.
A860-2140-T611(1024λ)
SP-32
主轴位置传感器 3． 主轴电动机
αiIP 12/6000 (低速线圈) (kW) 7.5
αiIP 12/6000 (高速线圈)
αP12/6000
0 500 750 扭矩 1.5 倍
主轴电动机
电机速度 (min-1)
6000
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用于主轴驱动的电动机有两种形式： 异步电动机和同步电动机。 异步机容易制造， 可靠性也高， 高速运转性能好，所以 FANUC 用的是异步机。同步机低速性能好，控制性好，低速有大力矩，容 易实现较宽的恒功率调速范围。通常，加工铝件和轻金属件主轴转数高，一般使用异步电动机。加 工铸铁或钢件主轴转速较低，另外有些加工方式（如 Cs 轴方式）还要求低速时有较大的力矩，故 倾向使用同步电动机。特别是近来，为了提高加工精度，机械设计使驱动电动机直接与机床主轴连 接，因此发展用同步机作主轴的驱动，特别是内装主轴电动机，多使用同步机。 FANUC 为了弥补异步机的不足，在新系列的异步机上绕有两个绕组，分别用于低速和高速工 作。这种电动机的机械特性如上图所示。从图中可见，额定转速（500/750）以下为恒定转矩，额 定转速以上为恒定功率。使用低速绕组时恒功率围于恒转矩范围之比为 12：1；只用高速绕组时该 范围比为 8：1。 内装主轴电动机： 结构如下图所示。机床的主轴压装在电动机转子内部，转子的转速就是主轴的转速。主轴上装 有位置传感器。转子短、直径大且直接装配，大大地提高了主轴的刚性。有利于减小或消除机械振 动，从而大大提高工件的加工精度和表面光洁度。
Parts supplied by FANUC Rotor Stator
Inlet of cooling oil
O-ring for sealing Over-heat cable Power cable Detector signal Sensor for detecting (BZ sensor)
Detecting ring
AB phase ring Z-ring
Drain Outlet of cooling oil
Balancing ring
Drain
内装主轴电动机
4． 主轴电动机驱动放大器 主轴电动机的控制类似于上述的伺服电动机。但是通常只有速度控制，故无需位置环。下图是 FANUC 主轴电动机驱动器的框图。分两个模块：PSM 及 SPM。PSM 是电源模块，它与进给伺服 驱动一样，是将输入的交流功率电源变为直流功率电源给逆变器供电。SPM 是逆变器部分，是将 直流电源变为三相交流给电动机的定子供电。图中的 CPU+LSI 是逆变器实现逆变并控制交流频率
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的电路板。控制频率的变化就控制了电动机的转数。
主轴电动机的驱动器
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十．外部轴的控制 用伺服电动机控制机床上或机床以外的辅助机械设备的动作，如：换刀机械手，交换工作台， 上/下料，工件或毛坯的搬运。下图是 CNC 通过 PMC 控制伺服电动机的框图。一般由于这些轴要 求精度不高， 故可用βi 电机。 另外， 在生产线上多台 CNC 机床可共用线上的外部机械设备， 此时， 可用 Power Mate i（位置控制器）控制外部机械的伺服电动机。
自动·手动运行 插补 加减速 伺服
PMC 轴 控制
状态信号
伺服电机
外部轴控制框图
FANUC LTD FSSB (FANUC Serial Servo Bus)
Optical Fiber cable
Servo amplifiers β Series
β servo motor
I/O Link
Serial link cable
Operator’s panel I/O module
Power Mate i
Connector panel I/O module
Power Mate i - 5
用 Power Matr i
控制外部轴
Power Mate i 是一种位置运动控制器，控制各个轴独立运动或是时间上协调运动，使某一轴以 一定速度移动到某一位置或是移动某一距离。但是相互间没有位置上的依赖关系，即系统中不必具 备位置插补器的功能。当然，FANUC 的 Power Mate i D 是有两轴连动的插补器的，可根据实际需 要使用。
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十一．Open CNC 为了提高 CNC 的开放性，FANUC 开发了开放式 CNC。其概念是在普通的 CNC 增加了通用微 计算机的功能。有以下结构：普通 PC 机 + CNC 和 Panel i + CNC。
开放式 CNC Panel i 是有 PC 功能的显示器，见下图。
Panel i PC 机 或 Panel i 与 CNC 之间用快速数据传送总线 HSSB 连接。如下图所示。
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Panel i +CNC 在 PC 机或 Panel i 的显示屏上可以像原来的 CNC 显示器一样，显示 CNC 的各种画面包括梯 形图，可在 PC 机或 Panel i 上进行各种 CNC 的操作。为此必须在 PC 机或 Panel i 上装有必要的软 件：BOP 或 CSD。这些软件是专门为信息与数据的上下传送和显示而设计的。 BOP：基本操作软件包。 CSD：CNC 屏幕显示软件包。 由于在 CNC 上增加了 PC 功能，就增加了 CNC 的开放性。主要用于系统的个性化，如机床的 操作引导，编程，刀具的管理，机床的维护指导，机床与外部机械或其他机床间的联系，与上级机 的联系等。当然，也在 PC 机或 Panel i 上装入工具软件包，如 WINDOWS,CAM 等。
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十二．操作向导 为了帮助机床操作员编制加工程序，CNC 控制器上通常都有在机编程功能。根据所配的软件 包，其功能的强弱有所不同，但多数都是图形化的引导格式。FANUC 的 Manual guider i 是功能较 强的一种。它的功能包括： 1. 图像引导固定的加工循环编程； 2. 图像引导任意轮廓线形状的工件程序编制； 3. G 代码提示； 4. M 代码提示； 5. 计算功能。如下面图所示。
FANUC LTD
2. Advanced canned cycle 2. Advanced canned cycle
Entering and actual machining of various fixed pattern parts can be done easily
Canned cycle machining for milling Canned cycle machining for milling
1) Hole drilling (Drilling, Deep hole drilling, Tapping, Boring) 2) Hole position pattern (Circle, Line, Rectangular, Grid) 3) Surface machining (Rectangular) 4) Pocket machining (Circle, Rectangular) 5) Side machining (Contour form by line and circle) 6) Slot machining (Line)
Hole position (rectangular) Hole position (Grid) Hole position (Circle) Hole position (Line)
Surface machining (Rectangular)
Pocket machining (Rectangular)
Pocket machining (Circle)
Side machining
Slot machining (Line)
Series 0i-MA MG0i
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FANUC LTD
3. Contour programming 3. Contour programming
Displaying entered form Displaying entered form
Entered contour form can be check easily by enlarging / reducing / moving / automatic scaling
Example of graphical displaying screen
Pocket calculator type calculation Pocket calculator type calculation
At inputting a numeric data, pocket calculator type calculation is available +,-,×,÷ SINθ、COSθ、TANθ √x
编程引导功能
Series 0i-MA MG0i
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除了以上功能外，Manual guider i 还具有引导对刀的功能。
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十三．CNC 的显示画面 对应 CNC MDI 键盘上的一个功能键即有一个相应的显示画面： POS：位置显示画面 PROG：程序画面 OFFSET/SETTING：刀具偏置补偿/SETTING 画面 SYSTEM：参数，PMC，系统软硬件配置，功能调试画面 MESSAGE：报警，操作信息，履历画面 GRAPH：刀具轨迹，工件形状的图形模拟 十四．机床的工作方式 CNC 系统的设计者根据机床的实际操作设计了以下几种工作方式： MDI：手动数据输入（机床不用程序控制的手动操作和参数的手动输入/输出）方式 EDIT：编辑加工程序的方式 MEM：用存储在存储器中的程序加工的运行方式 JOG：手动用按键或开关移动机床的工作台，刀具 HANDLE：用手摇盘（电子手轮）移动机床的工作台，刀具 REF：机床返回参考点（零点）
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课主轴驱动系统故障维修例[
第七章第四课主轴驱动系统故障维修50 例[1] 2009-05-15 05:55 例301．机床剧烈抖动、驱动器显示AL-04 报警 故障现象：一台配套FANUC 6系统地立式加工中心, 在加工过程中, 机床出现剧烈抖动、交流主轴驱动器显示AL-04 报警. 分析与处理过程：FANU（交流主轴驱动系统AL-04报警地含义为“交流输入电路中地P1、F2、F3熔断器熔断”,故障可能地原因有： 1＞交流电源输出阻抗过高. 2＞逆变晶体管模块不良. 3＞整流二极管（或晶闸管＞模块不良. 4＞浪涌吸收器或电容器不良. 针对上述故障原因, 逐一进行检查. 检查交流输入电源, 在交流主轴驱动器地输入电源,测得R、S相输入电压为220V,但T相地交流输入电压仅为120V,表明驱动器地三相输入电源存在问题. 进一步检查主轴变压器地三相输出, 发现变压器输入、输出, 机床电源输入均同样存在不平衡, 从而说明故障原因不在机床本身. 检查车间开关柜上地三相熔断器,发现有一相阻抗为数百欧姆.将其拆开检查,发现该熔断器接线螺钉松动, 从而造成三相输入电源不平衡；重新连接后, 机床恢复正常. 例302?驱动器出现报警“ A”地故障维修 故障现象：一台配套FANUC 0■地数控车床,开机后,系统处在“急停”状态,显示“ NOTREADY,操作面板上地主轴报警指示灯亮. 分析与处理过程：根据故障现象, 检查机床交流主轴驱动器, 发现驱动器显示为“ A” . 根据驱动器地报警显示, 由本章前述可知, 驱动器报警地含义是“驱动器软件出错” , 这一报警在驱动器受到外部偶然干扰时较容易出现, 解决地方法通常是对驱动器进行初始化处理. 在本机床按如下步骤进行了参数地初始化操作： 1＞切断驱动器电源, 将设定端S1 置TEST. 2＞接通驱动器电源. 3＞同时按住MOD E UP DOWNDATASET个键4＞当显示器由全暗变为“ FFFFF后，松
主轴驱动系统常见故障及处理
第5章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。
(数控加工)数控机床主轴驱动系统故障维修例精编
（数控加工）数控机床主轴驱动系统故障维修例
数控机床主轴驱动系统故障维修50例 第七章第四课主轴驱动系统故障维修50例[1] 2009-05-1505:55 例301．机床剧烈抖动、驱动器显示AL-04报警 故障现象：壹台配套FANUC6系统的立式加工中心,在加工过程中，机床出现剧烈抖动、交流主轴驱动器显示AL-04报警。 分析和处理过程：FANUC交流主轴驱动系统AL-04报警的含义为“交流输入电路中的P1、F2、F3熔断器熔断”，故障可能的原因有： 1)交流电源输出阻抗过高。 2)逆变晶体管模块不良。 3)整流二极管(或晶闸管)模块不良。 4)浪涌吸收器或电容器不良。 针对上述故障原因，逐壹进行检查。检查交流输入电源，在交流主轴驱动器的输入电源，测得R、S相输入电压为220V，但T相的交流输入电压仅为120V，表明驱动器的三相输入电源存在问题。 进壹步检查主轴变压器的三相输出，发现变压器输入、输出，机床电源输入均同样存在不平衡，从而说明故障原因不在机床本身。 检查车间开关柜上的三相熔断器，发现有壹相阻抗为数百欧姆。将其拆开检查，发现该熔断器接线螺钉松动，从而造成三相输入电源不平衡；重新连接后，机床恢复正常。 例302．驱动器出现报警“A”的故障维修 故障现象：壹台配套FANUC0T的数控车床，开机后，系统处在“急停”状态，显示“NOTREADY”，操作面板上的主轴报警指示灯亮。 分析和处理过程：根据故障现象，检查机床交流主轴驱动器，发现驱动器显示为“A”。 根据驱动器的报警显示，由本章前述可知，驱动器报警的含义是“驱动器软件出错”，这壹报警在驱动器受到外部偶然干扰时较容易出现，解决的方法通常是对驱动器进行初始化处理。在本机床按如下步骤进行了参数的初始化操作： 1)切断驱动器电源，将设定端S1置TEST。 2)接通驱动器电源。 3)同时按住MODE、UP、DOWN、DATASET4个键 4)当显示器由全暗变为“FFFFF”后，松开全部键,且保持1s之上。 5)同时按住MODE、UP键，使参数显示FC-22。 6)按住DATASET键1s之上，显示器显示“GOOD”，标准参数写入完成。 7)切断驱动器电源，将S1(SH)重新置“DRIVE”。 通过之上操作，驱动器恢复正常，报警消失，机床恢复正常工作。
企业诊断-第四章主轴驱动系统的故障诊断与维修 精品
学习情境四数控机床主轴故障维修 学习情境描述： 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，它结构复杂，机、电、气联动，故障率较高，它的可靠性将直接影响数控机床的安全和生产率。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。 维修人员根据维修单，到现场进行故障询问调查，确定维修方案、拟定维修工作计划、计划工时和费用；通过查阅数控机床PLC的相关显示界面和电路原理图、数控系统和就变频器说明书等维修资料，分析故障原因；使用通用工具及万用表，检测判断故障部位，在机床现场快速排除故障，填写维修记录并交接验收。 学习任务： 1、主轴不能转动故障维修 2、主轴速度慢、主轴振动等故障维修 3、变频器故障维修 学习目标： 1、学会数控机床维修方法：隔离法。 2、具备数控机床主轴系统的故障诊断能力和排除故障能力。 3、能使用所配置的主轴变频器及参数设置方法，会检测判断并修理变频器简单故障。 4、在故障诊断、检测及更换中能严格执行相关技术标准规范和安全操作规程，有纪律观念和团队意识，以合作方式拟定诊断与修理计划，并具备环境保护和文明生产的基本素质。 5、能撰写维修工作报告，总结、反思、改进工作过程。 学习内容： 1、学习主轴系统的基本构造和运行特点及工作原理。 2、学习数控机床主轴相关变频器的功能及使用方法、电气原理图、主轴装配图、气动系统图。
3、学习主轴相关梯形图并据此分析说明M、S功能、主轴正反转、倍率调节等工作原理。 4、学习主轴相关参数含义及设置。 5、学习主轴故障维修流程图的画法。 完整的工作过程：获得信息（维修任务单、图纸、说明书等）——制订计划（原因分析/确定流程/费用估算）——实施计划（检查与更换）——检查（自检、验收、总结与工作过程反馈）； 4.1 主轴相关知识 数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(C)的S码速度指令及M码辅助功能指令，驱动主轴进行切削加工。它包括主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴。通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削刀具旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。 4.1.1 主轴系统分类及特点 全功能数控机床的主传动系统大多采用无级变速。目前，无级变速系统根据控制方式的不同主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。另外根据主轴速度控制信号的不同可分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字控制的主轴驱动装置两类。模拟量控制的的主轴驱动装置采用变频器实现主轴电动机控制，有通用变频器控制通用电机和专用变频器控制专用电机两种形式。目前大部分的经济型机床均采用数控系统模拟量输出+变频器+感应（异步）电机的形式，性价比很高，这时也可以将模拟主轴称为变频主轴。串行主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克公司的α系列等。 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
电机驱动及控制模块
电机驱动及控制模块
3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp
主轴驱动基本要求
主轴驱动基本要求 一．对主传动的要求 数控机床与普通机床一样，有主运动及进给运动。相应地，存在着主传动链及进给传动链。由于数控机床的高自动化及高精度，对主运动提出了更高的要求。 1．转速高，功率大： 数控机床对工件能完成大切削用量的粗加工及高速旋转下的精加工。粗加工时，扭矩大；精加工时，转速高。而数控机床的功率P=T?N，无论是T大，还是N大，都会使得功率大。2．变速范围宽，且能实现无级变速： 满足不同的加工要求，就要有不同的加工速度。由于数控机床的加工通常在自动的情况下进行，尽量减少人的参与，因而要求能够实现无级变速。 3．实现恒切削速度加工： 在加工端面时，为了保证端面稳定的加工质量，要求工件端面的各部位能保持恒定的线切削速度。 设：主轴的恒定的旋转速度为N，线速度V=N?ΠD，即随着直径的减少，V也在减少，为了获得稳定的线速度，随着加工的进行，通过调节主轴的转速N使得保持恒定的线切削速度。4．主传动链尽可能短： 传动链越短，则累积误差越小。 5．实现刀具的快速或自动装卸： 主运动是刀具旋转运动的数控机床，由于机床可以进行多工序加工，工序变换是时刀具也要更换，因此要求能够自动换刀。 二．主运动的变速方式及实现 1．分段无级变速： ?实现：交流或直流无级变速电机+齿轮变速 ?适用范围：适用于大、中型数控机床，特别是粗加工的场合。确保低速时主轴输出大扭矩特性的要求。 ?无级变速电机的特性：
从图中可以看出，无级变速电机低速时为恒扭矩输出；高速时为恒功率输出。 2．通过带传动的主传动： ?实现：交流或直流无级变速电机+同步带传动 ?适用范围：适用于小型数控机床，特别是低扭矩特性要求的主轴 ?带传动： 同步带是一种综合了带、链传动优点的新型传动。同步带的结构如图所示，带的工作面及带轮的外圆上均制成齿状，通过带轮与轮齿相啮合，作无滑动的啮合传动。 ?带传动的优点： ａ．无滑动，传动比准确。 ｂ．传动效率高，可达98﹪。 ｃ．传动平稳，噪声小（带传动具有吸振的功能）。 ｄ．使用范围较广，速度可达50m/s，传动比可达10左右，传递功率由几瓦至数千瓦。ｅ．维修保养方便，不需要润滑。 3．由调速电机直接驱动的主传动： ?实现：交流或直流无级变速电机 ?适用范围：适用于主轴输出扭矩小的场合。 【方案】DALSA IPD 视觉系统在药片缺失检测中应用 引用| 回复| 编辑| 推荐| 举报| 奖励惩罚删除精华普通管理
主轴驱动系统和主轴电机发展趋势
主轴驱动系统和主轴电机发展趋势 050810133 李阳阳数控机床主轴驱动系统作为机床的最核心的关键部件之一，其输出性能对数控机床的整体水平是至关重要的。主轴驱动远不同于一般工业驱动，它不但要求较高的速度精度，动态刚度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。目前，各主要机床生产厂家和研究单位纷纷把目光投向交流主轴驱动系统。随着功率电子，计算机技术，控制理论，新材料和电机设计的进一步发展和完善，矢量控制交流电机主轴驱动系统的性能已经达到甚至超过了直流主轴驱动系统。交流主轴驱动系统正在逐步取代直流系统。 1交流主轴驱动系统发展趋势 交流主轴驱动系统的逆变器一般基于矢量控制原理，采用正弦波宽调制方式，功率器件采用ICBT。根据电机类型可分为感应电机主轴驱动系统，永磁同步电机主轴驱动系统，开头磁阻电机主轴驱动系统。 1.1 感应电机交流主轴驱动系统 感应电机交流主轴驱动系统是当前商用主轴驱动系统的主流，其功率范围为从零点几个千瓦到几百千瓦，广泛应用于各种数控机床上。 感应主轴电机基速以上的放展运动范围可以通过弱磁控制实现。其恒功率运动范围可达1:5.如果采用最新的绕组切换技术，其恒功率运动范围可达1:14.甚至更宽。目前，感应主轴电机最高转速可达100000r/min以上。尽管感应主轴电机结构相对简单，但其变频控制器价格却较高。而采用了磁场定向控制技术的变频器能提供连续的转矩/速度调节能力，较高的精度，运行可行性和较低的运行费用，因而在一定程度上抵消了整个系统的初始高价格。 感应式主轴电机的控制无一例外地采用磁场定向技术。该技术又分为间接磁场定向和直接磁场定向两种实现方式，其中间接转子磁场定向控制技术由于较容易实现而被广为应用。它能提供较高的控制品质，但这种技术过分依赖于电机的参数，当参数变化时，控制性能将严重下降，遗憾的是，在电机运行过程中，转子时间常数可以在400%的范围以内变化，因此现代主轴控制器均采用辨识，估算和自整定技术对参数变化在线补偿。这项技术另一个难题是随着电机速度要求越来越高，在恒功率弱磁运行时，当转子磁场发生变化，而滑查增益无法动态补偿时，将引起磁通和转矩的振荡。近年来，随着自适应观测器和微处理器性能的提高，直接磁场定向控制技术在主轴驱动中有取代间接磁场定向之势。 1.2 永磁交流主轴驱动系统 永磁交流主轴电机分为正弦波驱动主轴电机和方波驱动直流主轴电机。此类主轴电机以转子无功耗，高效率和高功率/转矩密度著称。其低速运行时可获得更大的功率和转矩，因此在同步攻丝时的伺服锁定运行和快速定向方面有较大的优势。一般永磁主轴电机功率在10千瓦以下，速度低于8000r/min。但目前转速在20000-30000r/min之间，功率超过10千瓦的主轴电机已经在制造。永磁主轴电机在转子上不存在发热元件，显著提高了电机效率，同时高效铁硼材料的应用，使得永磁主轴电机在所有形式的交流主轴电机中具有最高的效率和最小的体积。ＰＭＳＭ和ＢＤＣＭ电机均可运行于高速范围。但调磁范围受到一定的限制，使得速度不能很高。在控制策略方面，ＰＭＳＭ电机的定子绕组经特殊绕制后将产生正弦反电势，当绕组通入正弦电流后，便可以获得恒定的转矩。但是磁场定
主轴驱动控制
九．主轴的驱动控制 1。控制框图 主轴控制主要是速度及电动机的转速控制。在程序中用指令：S 及五位数值指令主轴的转数。 例如：S1200; 表示要求主轴以 1200 转转动。正反转的指令为 M03(正转)；M04（反转） 。为了检测 主轴的转速，在主轴或主轴电动机上安装了速度传感器。 在车床的 Cs 轴控制等功能中还要用到主轴的位置控制。车床和铣床的螺纹加工、加工中心的 换刀等还要用到主轴的一转信号，因此主轴上还安装了位置编码器。 下图是主轴的控制框图。 CNC
Motion d
Serial Fine Positio Velocity HRV HRV
SPINDLE HRV Control
Spindle t
High res.
High res.
Velocity feedback Position feedback
BZi
Spindle
主轴控制框图 2． 主轴速度传感器与位置传感器 只是速度控制时无位置反馈回路。 主轴电动机的速度测量与反馈用装在主轴电动机轴上的磁性 传感器。 如下图所示。 随着主轴电动机的转动， 传感器转一转发出 128， 256， 384 或 512 个脉冲 （取 决于电动机的型号） ，计算出主轴电动机的转数。若电动机与主轴间不是 1：1 耦合，则必须在主轴 上安装位置编码器，用编码器发出的一转信号测量主轴的转数。通常这种编码器是光电式的，转一 转发出 1024 个脉冲，此外还发出一个一转信号。用这种编码器可实现螺纹加工和刚性攻丝及加工 中心机床换刀时的主轴定向。
Z phase ring
1
0.01 de
accuracy （ 384λ/rev ）
A/B phase ring
Mounting ring
128, 256, 384 and 512λ ring are available
主轴速度传感器
43
步进电机 驱动器 控制器三者的关系
电机行业专业求职平台 1.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况 下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 提及此知识，希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。 2.力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度，则产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 一、混合式步进电机
电机行业专业求职平台1、特点： 混合式（又称感应子式步进电机）与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运 行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相， 而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，更可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 混合式步进电机可分二相、三相、四相、五相等，我公司混合式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机: TEB20H,TEB28H,TEB35H,TEB39H,TEB42H,TEB57H,TEB86H,TEB110 H,TEC57H,TEC86H,TEC110H,TEC130H. 3、步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半 步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）
电机驱动系统效率优化控制技术研究现状
1.2 电机驱动系统效率优化控制技术研究现状 电动汽车的动力由电动机提供，电机驱动系统（简称驱动系统）的性能直接影响了电动汽车的性能。电动汽车系统需要能够满足频繁停车启动、加速、大负载爬坡以及紧急制动等要求，也需要考虑到汽车行驶路况复杂多变，存在雨天、酷热、下雪等恶劣天气，以及颠簸、泥泞等复杂路况。另外，在满足行驶条件的情况下还应最大限度地保证驾驶人员和乘坐人员的舒适安全。作为电动汽车的核心部分，驱动系统应满足宽调速范围、宽转矩输出范围、良好的加减速（起动、制动）性能、运行效率高（提高续航里程）以及高可靠性等要求。 针对永磁同步电机驱动系统的效率优化，总体来说可分为以下三个方向： 1）从电机本体的电磁设计、制造工艺以及电机的材料着手，开发高效电机。 2）改进脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，降低功率开关器件上的损耗从而提高逆变器的整体效率；降低变频器输出电压的谐波含量，如采取空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技术和软开关技术，减小谐波含量从而提高驱动系统的整体效率。 3）研究合适的控制策略，在保证电机满足运行条件的情况下减小直流侧的功率输入，提高驱动系统的效率。 目前，针对永磁同步电机驱动系统效率优化所提出的控制策略很多，总体来说可以分为两大类：第一类是基于损耗模型的效率优化控制(Loss Model Control，LMC)策略；第二类是基于搜索法的效率优化控制(Search Control，SC)策略。下面分别进行概述。 1.2.1 基于损耗模型的效率优化控制策略 该控制策略作为一种基于前馈式的控制方法，基本原理是：在充分考虑电机各部分损耗的基础上，建立较为精确的损耗模型，根据电机运行状况（负载转矩和实际转速）计算出该运行状况下最优的控制变量（一般为磁场、电压或者电流）以减小驱动系统的损耗。若控制变量为电枢电流，对永磁电机驱动系统来讲一般选择最优的直轴电流i d和交轴电流i q，对混合励磁电机驱动系统来讲包括i d、i q以及励磁电流I f。这种控制策略目前已被广泛应用到了闭环传动系统中，可以保障电机驱动系统在全局运行范围内都能实现效优化。基于损耗模型的同步电机效率优化控制基本框图如图1.1所示。 基于损耗模型的驱动系统效率优化策略最早由T.M.Rowan和T.A.Lipo[1]，以及H.G.Kim [2]等人提出并进行研究；1987年Bose[3][4]等人将该策略运用到永磁同步电机驱动系统中。美国学者X.Wei和R.D.Lorenz已将基于损耗模型控制策略结合直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)中，以提高永磁同步电机在瞬态过程中的效率[5]。针对同步电机而言，基于损耗模型的效率优化策略总共可以分为五种类型：考虑铁损的损耗模型控制策略[6][7]、考虑铜损的损耗模型控制策略[8][9]、考虑铁损和铜损的损耗模型控制策略[10][11]、基于电机精确损耗模型损耗模型控制策略[12][13]和约束条件下的损耗模型控制策略[14][15]。
驱动电机系统简介
随着技术的不断进步，加上国家政策的大力扶持，新能源汽车已经成为了诸多汽车族的首选。相比传统汽车，新能源汽车具有环保、节能、简单三大优势，以电动机代替燃油机，由电机驱动而非自动变速箱。下面就给大家介绍一下新能源汽车的驱动电机系统。 传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内，这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因；而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩，在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置，操纵方便容易，噪音低。 与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。
电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成，结构如下图所示。 电动机驱动系统的基本组成框图 电动机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机，如图3。功率转换器按所选电机类型，有DC/DC 功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器(逆变器)构成，驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1，根据设计原理
简述交流主轴驱动系统的特点
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。 3）全闭环数控机床 这类机床的位置检测装置安装在进给系统末段端的执行部件上，该位置检测装置可实测进给系统的位移量或位置。数控装置将位移指令与工作台端测得的实际位置反馈信号进行比较，根据其差值不断控制运动，使运动部件严格按照实际需要的位移量运动。
伺服电机驱动控制器
目录 一、伺服驱动概述 (1) 二、本产品特性 (2) 三、电路原理图及PCB版图 (4) 四、电路功能模块分析 (4) 五、焊接（附元件清单） (14) 六、编者设计体会 (16)
一．伺服驱动概述 1. 伺服电机的概念 伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，作为一种执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器，直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。 2.伺服电机分类 普通直流伺服电动机 直流伺服电机 { 低惯量直流伺服电动机 直流力矩电动机 3. 控制系统对伺服电动机的基本要求 宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转”现象 快速响应 控制功率小、重量轻、体积小等。 4. 直流伺服电机的基本特性 （1）机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M 变化而变化的规律，称直流电机的机械特性 （2）调节特性直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性 （3）动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性 5. 直流伺服电机的驱动原理 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷直流伺服电机电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境
电机驱动控制系统
电机驱动控制系统 摘要 由于单片机具有体积小、集成度高、运算速度快、运行可靠、应用灵活、价格低廉以及面向控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用，而且发展非常迅猛。随着单片机应用技术水平不断提高，目前单片机的应用领域已经遍及几乎所有的领域。 与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。近年来，直流电动机的机构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）已成为直流电机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景。 本设计为单片机控制直流电机，以AT89C51单片机为核心，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。由键盘控制电动机执行启停、速度和方向等各种功能，用红外对管测量电机的实际转速，并通过1602液晶显示出控制效果。设计上，键盘输入采用阵列式输入，用4*4的矩阵键盘形式，这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用。
关键词：AT89C51 PWM 电机测速 一、硬件设计 1、总体设计
20 929303456781011121314151617318RFB 91112 10k 23
1918 2122232425262728 1.2.2 1602液晶显示模块 本模块实现了转速等显示功能。 D ：方向；占空比；预设转速；实测速度； 1.2.3键盘模块 根据实验要求，需由按键完成对直流电机的控制功能，并经分 析得出需要16个按键，为节省I/O 口并配合软件设计，此模块使用了4*4的矩阵模式。并通过P1口与主机相连。 1.2.4 PWM 驱动电路模块设计与比较
数控机床的伺服驱动系统
第五章数控机床的伺服驱动系统 §5—1 概述 数控机床伺服驱动系统是指以机床移动部件(如工作台、动力头等，本书仅以工作台为例)的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称拖动系统。在数控机床上，伺服驱动系统接收来自插补装置或插补软件生成的进给脉冲指令，经过一定的信号变换及电压、功率放大，将其转化为机床工作台相对于切削刀具的运动。目前，这主要通过对交、直流伺服电机或步进电机等进给驱动元件的控制来实现。 数控机床的伺服驱动系统作为一种实现切削刀具与工件间运动的进给驱动和执行机构，是数控机床的一个重要组成部分，它在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等一系列重要指标取决于伺服驱动系统性能的优劣。因此，随着数控机床的发展，研究和开发高性能的伺服驱动系统，一直是现代数控机床研究的关键技术之一。 一、伺服驱动系统的性能 对数控机床伺服驱动系统的主要性能要求有下列几点： mm， (1) 进给速度范围要大。不仅要满足低速切削进给的要求，如5min 还要能满足高速进给的要求，如10000mm min。 (2) 位移精度要高。伺服系统的位移精度是指指令脉冲要求机床工作台进给的位移量和该指令脉冲经伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合程度。两者误差愈小，伺服系统的位移精度愈高。目前，高精度的数控机床伺服系统位移精度可 ±m。通常，插补器或计算机的插补软件每发出一个进给脉达到在全程范围内5μ
冲指令，伺服系统将其转化为一个相应的机床工作台位移量，我们称此位移量为机床的脉冲当量。一般机床的脉冲当量为0.01~0.005 mm脉冲，高精度的CNC 机床其脉冲当量可达0.001 mm脉冲。脉冲当量越小，机床的位移精度越高。 (3) 跟随误差要小。即伺服系统的速度响应要快。 (4) 伺服系统的工作稳定性要好。要具有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳，从而使得能够加工出粗糙度低的零件。 二、数控机床伺服驱动系统的基本组成 数控机床伺服驱动系统的基本组成如图5-1所示。数控机床的伺服驱动系统按有无反馈检测单元分为开环和闭环两种类型(见数控机床伺服驱动系统分类)，这两种类型的伺服驱动系统的基本组成不完全相同。但不管是哪种类型，执行元件及其驱动控制单元都必不可少。驱动控制单元的作用是将进给指令转化为驱动执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。 图5-1 数控机床伺服驱动系统的基本组成 开环伺服驱动系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。通常，执行元件选用步进电机。执行元件对系统的特性具有重要影响。 闭环伺服驱动系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测单元、比较控制环节组成。反馈检测单元将工作台的实际位置检测后反馈给比较控制环节，比较控制环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差经驱动控制单元，驱动和控制执行元件带动工作台运动。
数控机床主轴驱动系统跟维修资料
第五章数控机床主轴驱动系统与维修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。 本章主要内容： ——介绍数控机床主轴驱动系统组成及特点、分类等； ——介绍了通用变频器及典型系统变频主轴的连接线路、相关参数等； ——简介了通用变频主轴、伺服主轴的主要故障及处理方法，并介绍了一些维修实例。 5．1 概述 数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(CNC)的S码速度指令及M码辅助功能指令，驱动主轴进行切削加工。它包括主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴。通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削刀具旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。 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。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。 3、具有4象限驱动能力 要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在1秒内从静止加速到6000r/min。 4、具有位置控制能力 即进给功能（C轴功能）和定向功能（准停功能），以满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中心的某些加工工艺的需要。 5、具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。 数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关。为了提高传动件的制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增加耐磨性。
数控机床主轴驱动系统故障维修案例
数控机床主轴驱动系统故障维修50 例 第七章第四课主轴驱动系统故障维修５0 例[1] ２009－０5-15０5：５5 例301.机床剧烈抖动、驱动器显示AL-04报警 故障现象:一台配套ＦＡNUC6系统的立式加工中心, 在加工过程中，机床出现剧烈抖动、交流主轴驱动器显示AL-04报警。 分析与处理过程：FANＵＣ交流主轴驱动系统ＡL-04报警的含义为“交流输入电路中的P1、F2、F3熔断器熔断”，故障可能的原因有： 1)交流电源输出阻抗过高。 ２)逆变晶体管模块不良。
３）整流二极管(或晶闸管)模块不良。 4)浪涌吸收器或电容器不良。 针对上述故障原因,逐一进行检查。检查交流输入电源,在交流主轴驱动器的输入电源，测得R、S相输入电压为２20V,但T相的交流输入电压仅为１２0V，表明驱动器的三相输入电源存在问题。 进一步检查主轴变压器的三相输出,发现变压器输入、输出，机床电源输入均同样存在不平衡，从而说明故障原因不在机床本身。 检查车间开关柜上的三相熔断器，发现有一相阻抗为数百欧姆。将其拆开检查,发现该熔断器接线螺钉松动，从而造成三相输入电源不平衡；重新连接后,机床恢复正常。 例３02.驱动器出现报警“A”的故障维修 故障现象：一台配套FANUC 0Ｔ的数控车床,开机后,系统处在“急停”状态,显示“NOTREＡＤY”，操作面板上的主轴报警指示灯亮。 分析与处理过程:根据故障现象，检查机床交流主轴驱动器，发现驱动器显示为“A”。 根据驱动器的报警显示,由本章前述可知，驱动器报警的含义是“驱动器软件出错”,这一报警在驱动器受到外部偶然干扰时较容易出现,解决的方法通常是对驱动器进行初始化处理。在本机床按如下步骤进行了参数的初始化操作: 1)切断驱动器电源,将设定端S1置ＴEST。 2)接通驱动器电源。 3）同时按住ＭODＥ、UＰ、DOＷN、ＤATＡSEＴ４个键 4)当显示器由全暗变为“FＦFFＦ”后，松开全部键, 并保持１s以上。 5)同时按住ＭOＤE、UP键,使参数显示ＦC-22。 ６)按住ＤATASEＴ键１ｓ以上，显示器显示“ＧＯOＤ”,标准参数写入完成。 7)切断驱动器电源,将S1(SＨ）重新置“ＤＲIVE” 。 通过以上操作,驱动器恢复正常，报警消失，机床恢复正常工作。 例303.驱动器出现过电流报警的故障维修 故障现象:一台配套ＦＡNUＣ１1Ｍ系统的卧式加工中心，在加工时主轴运行突然停止,驱动器显示过电流报警。 分析与处理过程：经查交流主轴驱动器主回路，发现再生制动回路、主回路的熔断器均熔断，经更换后机床恢复正常。但机床正常运行数天后,再次出现同样故障。 由于故障重复出现,证明该机床主轴系统存在问题，根据报警现象，分析可能存在的主要原因有： 1）主轴驱动器控制板不良。 ２)电动机连续过载。 3)电动机绕组存在局部短路。 在以上几点中,根据现场实际加工情况，电动机过载的原因可以排除。考虑到换上元器件后,驱动器可以正常工作数天，故主轴驱动器控制板不良的可能性亦较小。因此，故障原因可能性最大的是电动机绕组存在局部短路。