数控机床电气系统的装调与维修FANUC-0i系统课件 教学课件 作者 黄登红 主编 熊轶娜 何文学 副主编 任务15-21课件任务15 16串行数字控制的主轴驱动系统的调试.ppt

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1、数控机床故障诊断与维修技术任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试一、串行数字主轴特点和产品系列为了提高主轴控制精度与可靠性，适应现代信息技术发展的需要，从CNC输出的控制指令通过网络进行传输，在CNC与主轴驱动装置之间建立通信，这种通信一般使用CNC的串行接口，因而称为“串行主轴控制”。串行主轴控制与主轴模拟量控制的区别见表15-1。表15-1串行主轴控制与主轴模拟控制的区别项目主轴模拟量控制串行主轴控制主轴转速输出0～10V的模拟量通过串行通信传输的内部数字信号主轴驱动装置模拟量控制的主轴驱动

2、单元（如变频器）数控系统专用的主轴驱动装置主轴电机普通三相异步电动机或变频电机数控系统专用的主轴伺服电机主轴参数设定在主轴驱动装置上设定与调整在CNC上设定与调整，并利用串行总线自动传送到主轴驱动装置中主轴位置检测连接直接由编码器连接到CNC从编码器到主轴驱动装置，再由主轴驱动装置到CNC。主轴正、反转启动与停止控制利用主轴驱动装置上的外部接点输入信号进行控制利用CNC与PMC之间的内部信号进行控制。任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试主轴控制信号通过串行总线传送到主轴驱动装置，主轴驱动装置的状态信息同样可通过串行总线传送到CNC（

3、PMC），因此，采用串行主轴后还可以节省大量主轴驱动装置与CNC（PMC）之间的连接线。FANUC系统应用的串行主轴电动机有α/αi系列和β/βi系列，如图15-1所示。αi系列为21世纪初推出的，具有高速响应、高精度矢量控制等特点，主要产品有标准型的αi系列、广域恒功率输出的αPi系列、经济型的αCi系列、强制冷却型的αLi系列和高电压输入型的α(HV)i系列。其中，αLi系列最高输出转速为20000r／min；α(HV)i系列最大额定输出功率可达l00kW，可满足绝大多数数控机床的主轴要求。αi系列产品用于FANUC16i／18i／

4、21i／0iB／0iC数控系统。任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试串行主轴放大器任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试串行数字主轴电动机任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试下面以一个αi系列的主轴电机来说明电机型号的含义。该电机型号为α8/8000HVi，其中αi为电动机的系列号，目前FANUC系统应用的串行主轴电动机系列有αi系列和βi系列；8代表主轴电动机的额定输出功率为7.5KW；8000表示电动机的最高转速为8000r/min；HV表示电动机为高压型电动机，额定电压为400V。不标则表示为标准型电动机，额定电压为20

5、0V。任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试二、伺服驱动概述伺服驱动机构相当于人的手、足部分，它的任务就是根据CNC控制装置的指令，驱动机床的工作台按照指定的进给速度沿着程序轨迹运动。FANUC控制驱动分类FANUC驱动主要采用的控制电机形式有①直流电机（80年代初期）②交流感应电机（主轴驱动）③交流同步电机（伺服驱动），这三种电机的差异参见下图所示：任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试任务15串行数字控制的主轴驱动系统的调试由于FANUC目前已不再使用直流电机，所以我们本次仅讨论“交流驱动”，而上面框图②项和③项虽然均是交流电机

6、，但一个是感应（异步）电机，另一个是（永磁）同步电机，在数控机床应用中，适用场合不尽相同。那么下面我们重点讨论这两种电机在数控机床中的应用。交流感应电机的控制与交流同步电机的控制在拖动原理上既有相同之处，又有不同之处，从上面的框图我们可以清楚的看到两者均是通过定子磁场的旋转，带动转子旋转（两种电机结构的转子不同）。而控制定子磁场旋转的驱动电路，感应电机与同步电机从原理上是大同小异，区别不大，大多采用脉宽调制（PWM）处理。所以西门子驱动模块不区分所带负载是同步电机还是异步电机，但是在反馈电路处理和位置环控制上，感应电机和同步电机就不同了

7、。感应电机通过有效的控制可以使电机在额定转速区间工作，使额定转差率在S=0.5*Sm左右（Sm——最大转差率），从而电机的输出功率能够维持在一个相对稳定的范围，所以额定速度范围内的恒功率输出是感应电机的特性。在数控机床中这一特性被用于主轴驱动（刀具切削时稳定的功率输出）。而同步电机转子采用永磁体，加之高分辨率编码器，配有格雷码跟踪电机转子实时旋转角度，并反馈给数控系统，通过位置环、速度环、电流环控制，保证转子的高精度同步定位，实现了低速大扭矩及高精度同步旋转的特性，这一特性在数控机床中被用于伺服电机驱动。任务15串行数字控制的主轴驱动系

8、统的调试作为数控制造商一般主轴电机规格以功率表示，而伺服电机规格则以扭矩表示，例如FANUCα系列主轴电机标牌为α22或αi22，表明该主轴电机功率为22Kw。而FANUCα系列伺服电机标牌为α22或αi2