CNC主轴驱动及控制.pdf
数控机床各组成部分结构及控制原理
F≥0，则进给＋x 若
F<0，则进给＋y
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用递推法简化计算方法
结论：第一象限
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
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3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
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迹上伸长或缩短一个刀具半径。
刀具半径补偿进行：
❖ 维持所建立的刀补状态，直至撤消。刀具中心轨迹始 终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。
撤消刀具半径补偿： ❖ 刀具撤离工件，返回起刀点。用G40。
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3.刀具半径补偿计算
直线刀具补偿计算（考虑推导过程） X’＝X+△X Y’＝Y+△Y △X＝r.sinα △Y＝－r.cosα X’＝X+r.Y/（X2+Y2）0.5 Y’＝Y－r.Y/（X2+Y2）0.5
问题：当尖角过渡为内轮廓时，会出现工件的 过切现象。引入C功能刀具半径补偿。
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4. C功能刀具半径补偿
C刀补是为解决上述尖角过渡问题而设计的，专门处理 两个程序段间转接的各种情况。
在C刀补中，为了避免下一段加工轨迹对本段加工轨迹 的影响，在计算本程序段的刀具中心轨迹时，提前将下 一段程序读入，根据它们之间转换的具体情况，做出适 当地处理。
2 数控机床各组成部分的结构及其控制原理
课程内容
❖ 2.1 数控系统的控制原理 ❖ 2.2 计算机数控装置 ❖ 2.3数控机床的位置检测装置 ❖ 2.4 数控机床的进给伺服系统 ❖ 2.5 数控机床的主轴驱动及其机械结构 ❖ 2.6 可编程序控制器在数控机床上的应用
浅谈数控机床C轴的功能和控制
浅谈数控机床C轴的功能和控制摘要：C轴越来越广泛地被应用到数控机床上，根据不同品牌的机床，它的功能与控制都有所不同，但基本原理没变，还是360度的一个圆作为一个可控制轴。
这里浅显地介绍一下C轴定义和功能，以及它的驱动和检测，结合三菱数控系统M70V A来探讨一下它在DLA20车削中心上的应用与参数的设置。
关键词：数控机床；C轴功能与控制1.C轴的定义和功能对于数控车床来说，所谓C轴就是对应绕Z轴的旋转运动，既可实现主轴周向的任意位置控制，又能实现X-C、Z-C联动。
主轴周向的任意位置控制，就是主轴分度的概念，配合锁紧装置可以将加工件定位到一个你所需要的度数，C80.000或者C161.000等等。
比如数控花键铣床，就是利用C轴分度的功能，根据加工工艺的要求，将360度等分成几份，在加工程序中按照旋转度数来编程。
对于数控丝杆磨床来说，头架的控制就是C轴，在加工过程中是连续低速旋转，带动Z轴作联动，即C轴转一圈Z轴走一个螺距。
车削中心上的C轴，既可实现主轴周向的任意位置控制，又能实现X-C、Z-C轴的联动。
车削中心是在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头。
由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。
车削中心上的C轴控制又叫CS轮廓控制。
CS轮廓控制是在伺服主轴（串行主轴）上组合专用的检测器，通过主轴电机进行定位的一种功能，与主轴定位（T系列）相比精度更高，可以在定位以及其它的伺服轴之间进行插补。
对伺服主轴进行速度控制的情形叫主轴旋转控制，对伺服主轴进行位置控制的情形叫主轴轮廓控制。
对主轴进行轮廓控制的功能就是CS轮廓控制功能。
2.C轴的驱动和检测C轴控制就是位置控制。
对于花键铣床来说，C轴是用来分度的；对于丝杆磨床来说，C轴是连续低速旋转，带动Z轴作联动，这两种机床都是将直线轴作为旋转轴用，所以用伺服电机来驱动就可以了，使用上与通常的伺服进给轴一样。
西门子802D系统数控机床主轴控制PLC编程
西门子802D系统数控机床主轴控制PLC编程雷楠南【摘要】系统地研究了西门子802 D系统数控机床主轴变频调速控制方式,介绍了主轴PLC控制编程内容为通过编制PLC程序将加工程序中的M03/M04及M05指令代码转换为变频器的起停、正反转等控制信号的方法.以西门子主轴控制子程序为基础,介绍了相关控制接口信号.通过研究主轴控制子程序,以CK6140数控车床主轴控制为例,编制了主轴使能与停止、正反转控制、制动控制及控制信号输出和报警PLC程序.最后,经过系统参数设置、程序调试,验证了主轴控制程序的正确性.【期刊名称】《济源职业技术学院学报》【年(卷),期】2018(017)002【总页数】7页(P57-63)【关键词】西门子802D;主轴;变频调速;PLC【作者】雷楠南【作者单位】三门峡职业技术学院机电工程学院,河南三门峡472000【正文语种】中文【中图分类】TG519.1普通数控机床主轴控制一般以速度控制、定向准停等基本控制为主，配置西门子802D系统的数控机床主轴控制方式通常有两种：通用变频器调速方式和交流主轴驱动方式[1]。
采用通用变频器调速方式时，主轴系统硬件配置为CNC连接变频器及普通三相异步电机实现控制[2-3]。
主轴的转速、转向及起停功能可通过CNC加工程序中的速度指令S代码、转向与起停指令M03/M04/M05代码进行控制。
由于通用变频器的速度控制输入一般为模拟量DC0～10V或DC-10～10V电压，所以主轴速度控制应选配CNC装置的模拟量输出功能。
此时，若CNC系统执行加工程序中的速度指令S代码时，便可将其转换为DC0～10V或DC-10～10V电压输出给变频器[4-5]。
当CNC系统执行加工程序中的正反转指令M03/M04代码及停止指令M05代码时，则需编制PLC程序将其转换为变频器的起停、正反转等控制信号[6]。
采用交流主轴驱动控制系统时，硬件配置为CNC连接交流主轴驱动器及专用的交流主轴电机。
数控车床主轴速度控制
C．有较完善的刀具自动交换和管理系统
D．有工件自动交换、工件夹紧与放松机构
E．床身机架具有很高的动刚度和静刚度
F．采用全封闭罩壳
2.2 数控机床的基本工作过程
首先根据零件图样，结合加工工艺进行程序编制，然后通过键盘或者其它输入设备送入数控系统后再经过调试、修改，最后把它存储起来。加工时就按所编程序进行有关数字信息处理。一方面通过插补运算器进行加工轨迹运算处理，从而控制伺服系统驱动机床各坐标轴，使刀具与工件的相对位置按照被加工零件的形状轨迹进行运动，并通过位置检测回馈以确保其位移精度。另一方面按照加工要求，通过PLC控制主轴及其它辅助装置协调工作，如主轴变速、主轴齿轮换挡、适时进行ATC刀具自动交换、工件夹紧与放松、润滑系统的开停、切削液的开关，必要时超载或限位保护起作用，控制机床运动迅速停止。
3.2 数控车床主轴速度控制方式
3.2.1 主轴速度CNC控制方式
主轴速度CNC控制方式指，主轴的速度是由系统CNC加工程序的S码指定的速度值决定，可以通过机床面板上的主轴倍率开关进行修调（通常为50%~120%），这是数控机床通常的控制方式。
3.2.2 主轴速度的特殊S码控制方式
这种控制方式主要用于普通型数控车床的主轴速度控制，该类主轴传动控制方式为手动换挡（低、中和高速选择），以及电磁离合器配合双速电动机自动变速控制，在加工程序中通过S码（一般在每挡有四种S码速度选择）实施电磁离合器和双速电动机的控制。
随着技术的不断发展，机床结构有了很大的改进，从而对主轴系统提出了新的要求，而且因用途而异。在数控机床中，数控车床占42%，数控钻镗铣床占33%，数控磨床、冲床占23%，其它只占2%。为了满足现代数控机床对主轴驱动的更高要求，主轴电动机必须具备如下功能：
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。
深圳市众为兴数控技术 ADT-CNC4840 铣床控制系统 说明书
ＡＤＴ－ＣＮＣ４８４０ 铣床控制系统 用 户 手 册深圳市众为兴数控技术有限公司 地址：深圳市南山区马家垅工业区３６栋５楼 邮编：５１８０５２ 目录第一篇：编程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４１． 综述 (4)１．１ 可编程功能 (4)１．２ 准备功能 (9)１．３ 辅助功能 (11)２． 插补功能 (11)２．１ 快速定位（Ｇ００） (11)２．２ 直线插补（Ｇ０１） (12)２．３ 圆弧插补（Ｇ０２／Ｇ０３） (12)３． 进给功能 (14)３．１ 进给速度 (14)３．２ 自动加减速控制 (14)３．３ 暂停（ Ｇ０４ ） (15)４． 参考点和坐标系 (15)４．１ 机床坐标系 (15)４．２ 关于参考点的指令（ Ｇ２７、Ｇ２８、Ｇ２９ ） (15)４．３ 工件坐标系 (17)４．４ 平面选择 (19)５． 坐标值和尺寸单位 (19)５．１ 绝对值和增量值编程（Ｇ９０和Ｇ９１） (19)６． 辅助功能 (20)６．１ Ｍ代码 (20)６．２Ｔ代码 (21)６．３ 主轴转速指令（Ｓ代码） (21)７． 程序结构 (21)７．２ 程序正文结构 (21)７．２．５文件结束 (23)８． 简化编程功能 (23)８．１ 孔加工固定循环（Ｇ７３，Ｇ７４，Ｇ７６，Ｇ８０￣Ｇ８９） (23)9.刀具补偿功能 (35)９．１ 刀具长度补偿（Ｇ４３，Ｇ４４，Ｇ４９） (35)９．２ 刀具半径补偿Ｂ (37)第二篇 操 作 篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７５1.概要 (75)1.1手动操作 (75)1.2刀具按程序移动─自动运转 (76)1.3自动运转的操作 (76)1.4程序调试 (77)1.5程序的编辑 (78)1.6数据的显示及设定 (78)1.7显示 (79)2.操作面板说明 (79)2.1LCD面板 (79)2.2显示页面选择 (81)2.3操作方式选择 (81)2.4键盘的说明 (81)3.手动操作 (84)3.1手动返回参考点 (84)3.2手动连续进给 (85)3.3单步进给 (85)3.4手轮进给 (85)3.5手动辅助机能操作 (86)4.自动运行 (87)4.1自动运转 (87)4.2自动运转的停止 (87)4.3进给倍率 (88)5.调试 (88)5.1单程序段 (88)5.2跳过任选程序段（或机床软操作面板） (88)5.3输入信号检测输出信号测试 (88)6.安全操作 (88)6.1急停 (88)6.2超程 (89)7.报警处理 (89)8.程序存储、编辑、下载、显示 (89)8.1程序存储、编辑操作前的准备 (89)8.2把程序存入存储器中 (89)8.3程序检索 (89)8.4程序的删除 (90)8.5删除全部程序 (90)8.6字的插入、修改、删除 (90)8.7存储程序的个数 (91)8.8存储容量 (91)8.9程序下载 (91)8.10程序显示编辑界面 (93)9.数据的显示、设定 (93)9.1系统参数 (93)9.2刀补参数设定显示 (93)9.3工件坐标系设定 (93)9.4参数的显示 (96)9.5参数的设定和查询 (96)9.6机床软操作面板的显示及设置 (97)9.7设置参数设定 (97)9.8诊断显示设定 (98)10.显示 (99)10.1状态显示 (99)10.2程序显示 (100)10.3位置显示及清零 (101)第三篇 连 接 篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０３1、系统结构 (103)1.1CNC4840数控系统的组成 (103)2、外部连接 (104)2.1外部接口图 (104)2.2电机驱动器控制接口 (106)对应外壳定义：机床输出扩展接口 (119)附录1规格一览表 (122)附录2参数一览表 (125)附录4错误代码一览表 (132)附录5G功能一览表 (133)附录6工件坐标系设定及对刀 (135)第一篇：编程 １． 综述 １．１ 可编程功能 通过编程并运行这些程序而使数控机床能够实现的功能我们称之为可编程功能。
第五章 主轴驱动及控制
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四．有级调速、无级调速、分段无级调速
1.有级调速是仅提供有限级别的速度，无级 调速是在速度范围可以任意指定速度。
2.控制主轴的信号电压种类： CNC→主轴 a、0±10V的模拟电压； b、单向性：0—10V、提供方向控制； c、12位BCD； d、全数字。
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3.分段无级调速 a、当低速时为恒转矩，当需要低速强力切削时需要提 高其转矩。措施是通过换挡，降低主轴速度，增大转 矩。 b、一般变挡为两到三级。
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4.自动变挡 系统根据S指令及参 数来判断选择挡位，控 制相应的机构实现挡位 切换：拨叉或电磁离合 器。在换挡过程中，主 轴低速转动保证合。
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4.电气准停
a、磁传感器：
在主轴上安 装磁装置。在对 应的部位装检测 装置。也是早期 使用，功能单一。
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b 、编码器准停：
在主轴上安装编码器。准停角由调节控制电路板上的拨 码开关来实现。
C、 数控系统准停：
主轴上装编码器、系统将主轴作为位置轴来进行控制。 可以控制其停在任意角度、可通过指令来指令其停止角度。
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CNC控制器说明介绍
CNC控制器说明介绍CNC技术的发展相当迅速，这大大提高了模具加工的生产率，其中运算速度更快捷的CPU 是CNC技术发展的核心。
CPU的改进不仅仅是运算速度的提高，而且速度本身也涉及到了其它方面CNC技术的改进。
正因为近几年CNC技术发生了如此大的变化，才值得我们对当前CNC技术在模具制造业的应用情况作一个综述。
程序块处理时间及其它由于CPU处理速度的提高，以及CNC制造商将高速度CPU应用到高度集成化的CNC系统中， CNC的性能有了显著的改善。
反应更快、更灵敏的系统实现的不仅仅是更高的程序处理速度。
事实上，一个能够以相当高的速度处理零件加工程序的系统在运行过程中也有可能象一个低速处理系统，因为即使是功能完备的CNC系统也存在着一些潜在的问题，这些问题有可能成为限制加工速度的瓶颈。
目前大多数模具厂都意识到高速加工需要的不仅仅是较短的加工程序处理时间。
在很多方面，这种情况和赛车的驾驶很相似。
速度最快的赛车就一定能赢得比赛吗？即使是一个偶尔才观看车赛的观众都知道除速度以外，还有许多因素影响着比赛的结果。
首先，车手对于赛道的了解程度很重要：他必须知道何处有急转弯，以便能恰如其分地减速，从而安全高效地通过弯道。
在采用高进给速度加工模具的过程中，CNC中的待加工轨迹监控技术可预先获取锐曲线出现的信息，这一功能起着同样的作用。
同样的，车手对其他车手动作以及不可确定因素的反应灵敏程度与CNC中的伺服反馈的次数类似。
CNC中伺服反馈主要包括位置反馈、速度反馈和电流反馈。
当车手驾车绕赛道行驶时，动作的连贯性，能否熟练地刹车、加速等对车手的临场表现有着非常重要的影响。
同样地，CNC系统的钟形加速/减速和待加工轨迹监控功能利用缓慢加速/减速来代替突然变速，以保证机床的平稳加速。
除此以外，赛车和CNC系统还有其它相似的地方。
赛车发动机的功率类似于CNC的驱动装置和电机，赛车的重量可以和机床中运动构件的重量相提并论，赛车的刚度和强度则类似于机床的强度和刚度。
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四．有级调速、无级调速、分段无级调速
1.有级调速是仅提供有限级别的速度，无级 调速是在速度范围可以任意指定速度。 2.控制主轴的信号电压种类： CNC→主轴 a、0±10V的模拟电压； b、单向性：0—10V、提供方向控制； c、12位BCD； d、全数字。
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三．主轴驱动装置的原理：
1.直流驱动
工作状态
(1).额定转速以下、恒磁，调电枢 电压，此时恒转矩。 (2).超过额定转速、电枢电压恒定、 弱磁工作，恒功率。
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上一页Biblioteka 下一页2交流主轴驱动
控制方案:
方案1：适用于中、高档数控机床，电机为变频电 机，具有转子位置检测及测速。可相应开发出c轴功能 方案2：采用变频器可控制普通异步电机，这种方 案也可实现无级调速。
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五.主轴准停功能
1.定义：主轴准停是指能主轴按指令要求准确停在指定 位置,也称作主轴定向。 2.作用：换刀和镗孔时定向、确定反向退刀方向。
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3.准停的实现
1）.机械准停
早期的机床 使用过，现在很 少使用。 缺点是：高 速时动平衡不 好，调试不方便。
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3.分段无级调速 a、当低速时为恒转矩，当需要低速强力切削时需要提 高其转矩。措施是通过换挡，降低主轴速度，增大转 矩。 b、一般变挡为两到三级。
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4.自动变挡 系统根据S指令及参 数来判断选择挡位，控 制相应的机构实现挡位 切换：拨叉或电磁离合 器。在换挡过程中，主 轴低速转动保证合。
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4.电气准停
a、磁传感器：
在主轴上安 装磁装置。在对 应的部位装检测 装置。也是早期 使用，功能单一。
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b 、编码器准停：
在主轴上安装编码器。准停角由调节控制电路板上的拨 码开关来实现。
C、 数控系统准停：
主轴上装编码器、系统将主轴作为位置轴来进行控制。 可以控制其停在任意角度、可通过指令来指令其停止角度。
第五章 主轴驱动及控制
一.主轴的作用 二.主轴在机床中的位置 三.主轴驱动装置的原理 四.主轴调速 五.主轴准停功能
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一．主轴的作用
（1） 为工件切削提供适当功率、扭矩的可调转速。 （2） 具备可选择的主轴准停功能。 （3） 具备可选择的C轴功能。
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二.主轴在机床中的位置