主轴驱动系统的故障诊断与维修培训.ppt

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1、第四章主轴驱动系统的故障诊断与维修4.1概述主轴驱动系统就是在系统中完成主运动的动力装置部分。它带动工件或刀具作相应的旋转运动，从而能配合进给运动，加工出理想的零件。主轴驱动变速目前主要有两种形式:一是主轴电动机齿轮换档，目的在于降低主轴转速，增大传动比，放大主轴功率以适应切削的需要；二是主轴电动机通过同步齿形带或皮带驱动主轴，该类主轴电动机又称宽域电机或强切削电动机，具有恒功率宽的特点。由于无需机械变速，主轴箱内省却了齿轮和离合器，主轴箱实际上成了主轴支架，简化了主传动系统，从而提高了传动链的可靠性。主

2、轴驱动系统分类：一）直流主轴驱动系统二）主轴通用变频器控制系统三）交流主轴驱动系统SIMODRIVE611变频器系统SIMODRIVE611模拟式变频器系统SIMODRIVE611数字式变频器系统带SINUMERIK840DSiemens1PH7主轴电机1PH7电机(AH100至AH160和AH180/AH225)使用说明1PH7空气冷却主轴电机具有以下特点电机的总长度缩短集成的终端外壳设计(AH100至AH160)将噪音曲线降至最低速度高达9000转/分(可选用12000转/分)持续提供各种额定转矩即使停

3、止时对SIMODRIVE611的各种功率级别进行最优配置1PH7空气冷却型交流主轴电机是一种转动平稳无须维护的四极鼠笼式异步电机。专门设计用于与SIMODRIVE611变频器系统相连接。一台提供单独供风的风机沿轴向安装在电动机的尾部。气流的正常流向是从驱动端到非驱动端，以便让机床中的废气更好的排走。电机配置了一个内置的编码系统，用来感应电机的转速和间接的位置。这个编码器能够使C轴做为标准操作。也就是说，不再需要额外的编码器来控制C轴。对主轴传动系统的要求:一）调速范围宽为保证加工时选用合适的切削用量，以获得

4、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、工序和材料的加工要求，对主轴的调速范围提出了更高的要求，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。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，过载1.5倍时仍可持续工作达30min。二）恒功率范围要宽要求主轴在调速范围内均能提供所需的切削功率，并尽可能在调速范围内提供主轴电机的最大功率。由于主轴电机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出

5、。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分段无级变速的方法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。三）具有四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1S内从静止加速到6000r/min。四）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。主轴定向准停控制功能由于换刀、精密镗孔、螺纹加工等需要，数控机床的主轴应具有定向准停控制功能，而且应有电气

6、控制系统自动实现，以进一步缩短定位时间，提高机床效率。主轴定向准停控制，当采用位置编码器作为位置检测器件时，为了控制主轴位置，主轴与编码器之间必须是1：1传动或将编码器直接安装在主轴轴端。当采用磁性传感器作为位置检测器件时，磁性器件应直接安装在主轴上，而磁性传感头则应固定在主轴箱体上。采用编码器与使用磁性传感器的方式相比，具有定位点在0～360°范围内灵活可调，定位精度高，定位速度快等优点，而且还可以作为主轴同步进给的位置检测器件，因此其使用较广。4.3主轴通用变频器随着交流调速技术的发展，目前数控机床的主

7、轴驱动多采用交流主轴电动机配变频器控制的方式。变频器的控制方式从最初的电压空间矢量控制（磁通转迹法）到矢量控制（磁通定向控制），发展至今天直接转矩控制，从而能方便地实现无速度传感器化；脉宽调制（PWM）技术从正弦PWM发展至优化PWM技术和随机PWM技术，以实现电流谐波畸变小，电压利用率最高、效率最优、转矩脉冲最小及噪声强度大幅度削弱的目标；功率器件由GTO、GTR、IGBT发展到智能模块IPM，是开关速度快、驱动电流小、控制驱动简单、故障率降低、干扰得到有效控制及保护功能进一步完善。随着数控控制的SPWM

8、变频调速系统的发展，数控机床主轴驱动采用通用变频器控制也越来越多。所谓“通用”包含着两方面的含义：一是可以和通用的笼型异步电动机配套应用；二是具有多种可供选择的功能，可应用于各种不同性质的负载。如三菱FR-A500系列变频器既可以通过2、5端，用CNC系统输出的模拟信号来控制电动机的转速，也可通过拨码开关的编码输出或CNC系统的数字信号输出值RH、RM和RL端，通过变频器的参数设置，实现从最低速到最高速的变速。值