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主軸驅動系統(tǒng)就是在系統(tǒng)中完成主運動的動力裝置部分。它帶動工件或刀具作相應的旋轉運動，從而能配合進給運動，加工出理想的零件。主軸驅動變速目前主要有兩種形式：一是主軸電動機齒輪換檔，目的在于降低主軸轉速，增大傳動比，放大主軸功率以適應切削的需要;二是主軸電動機通過同步齒形帶或皮帶驅動主軸，該類主軸電動機又稱寬域電機或強切削電動機，具有恒功率寬的特點。由于無需機械變速，主軸箱內(nèi)省卻了齒輪和離合器，主軸箱實際上成了主軸支架，簡化了主傳動系統(tǒng)，從而提高了傳動鏈的可靠性。

一、數(shù)控機床對主軸驅動系統(tǒng)的要求

主軸驅動系統(tǒng)是在數(shù)控系統(tǒng)中完成主運動的動力裝置。主軸驅動系統(tǒng)通過傳動機構轉變成主軸上安裝的刀具（如數(shù)控銑床、加工中心）或工件（如數(shù)控車床）的切削力矩和切削速度，配合進給運動加工出理想的零件。

1、調(diào)速范圍寬并實現(xiàn)無級調(diào)速

2、恒功率范圍寬

3、具有4象限驅動能力

4、具有位置控制能力

5、具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低

6、良好的抗振性和熱穩(wěn)定性

二、常用主軸驅動系統(tǒng)簡介

1、FANUC公司主軸驅動系統(tǒng)

從20世紀80年代開始， FANUC公司已使用了交流主軸驅動系統(tǒng)，直流驅動系統(tǒng)已被交流驅動系統(tǒng)所取代。目前三個系列交流主軸電動機為： S系列電動機，額定輸出功率范圍1.5~37kW; H系列電動機，額定輸出功率范圍1.5~22kW; P系列電動機，額定輸出功率范圍3.7~37kW。該公司交流主軸驅動系統(tǒng)的特點為：

1）采用微處理器控制技術，進行矢量計算，從而實現(xiàn)最佳控制;2）主回路采用晶體管PWM逆變器，使電動機電流非常接近正弦波形;

3）具有主軸定向控制、數(shù)字和模擬輸入接口等功能。

2、SIEMENS公司主軸驅動系統(tǒng)

SIEMENS公司生產(chǎn)的直流主軸電動機有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個系列，與上述四個系列電動機配套的6RA24、6RA27系列驅動裝置采用晶閘管控制。

80年代初期，該公司又推出了1PH5和1PH6兩個系列的交流主軸電動機，功率范圍為3~100kW。驅動裝置為

6SC650系列交流主軸驅動裝置或6SC611A（SIMODRIVE611A）主軸驅動模塊，主回路采用晶體管SPWM變頻控制的方式，具有能量再生制動功能。另外，采用微處理器80186可進行閉環(huán)轉速、轉矩控制及磁場計算，從而完成矢量控制。

三、主軸伺服系統(tǒng)常見故障形式及維修

1、外界干擾

由于受電磁干擾， 屏蔽和接地措施不良，主軸轉速指令信號或反饋信號受到干擾，使主軸驅動出現(xiàn)隨機和無規(guī)律性的波動。判別有無干擾的方法是：當主軸轉速指令為零時，主軸仍往復轉動，調(diào)整零速平衡和漂移補償也不能消除故障。

2、過載

切削用量過大， 頻繁正、反轉等均可引起過載報警。具體表現(xiàn)為主軸電動機過熱、主軸驅動張制顯示過電流報警等。

3、主軸定位抖動

主軸準停用于刀具交換，精鏜退刀以及齒輪換檔等場合，有三種實現(xiàn)方式：

（1）機械準停控制

（2）磁性傳感器的電氣準?？刂?/p>

（3）編碼器型的準?？刂?/p>

4、主軸轉速與進給不匹配

當進行螺紋切削或用每轉進給指令切削時，會出現(xiàn)停止進給，主軸仍繼續(xù)運轉的故障。要執(zhí)行每轉進給的指令，主軸必須有每轉一個脈沖的反饋信號，一般情況下為主軸編碼器有問題?？梢杂孟铝蟹椒▉泶_定：

1）CRT畫面有報警顯示。

2）通過CRT調(diào)用機床數(shù)據(jù)或I/0狀態(tài)，觀察編碼器的信號狀態(tài)，

3）用每分鐘進給指令代替每轉進給來執(zhí)行程序，觀察故障是否消失。

5、轉速偏離指令值

當主軸轉速超過技術要求所規(guī)定的范圍時，要考慮：

1）電動機過載。

2）CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉速模擬量（通常為0一+-10V）沒有達到與轉速指令對應的值。

3）測速裝置有故障或速度反饋信號斷線。

4）主軸驅動裝置故障。

6、主軸異常噪聲及振動

首先要區(qū)別異常噪聲及振動發(fā)生在主軸機械部分還是在電氣驅動部分。

1）在減速過程中發(fā)生一般是又驅動裝置造成的，如交流驅動中的再生回路故障。

2）在恒轉速時產(chǎn)生， 可通過觀察主軸電動機自由停車過程中是否有噪音和振動的來區(qū)別，如存在，則主軸機械部分有問題3.檢查振動周期是否與轉速有關。 如無關，一般是主軸驅動裝置未調(diào)整好;如有關， 應檢查主軸機械部分是否良好，測速裝置是否不良。

7、主軸電動機不轉

CNC系統(tǒng)至主軸驅動裝置除了轉速模擬量控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。

1）檢查CNC系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出。

2）檢查能使信號是否接通。通過CRT觀察I/0狀態(tài)， 分析機床PLC圖形（或流程圖），以確定主軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。

3）主軸驅動裝置故障。

4）主軸電動機故障。

四、數(shù)控機床主軸伺服系統(tǒng)故障維修實例

故障現(xiàn)象

1.8m臥車主軸在停車時，發(fā)出巨大響聲，但保險并未燒壞。

檢查

用診斷板按照說明書中的步驟對系統(tǒng)參數(shù)重新調(diào)整，調(diào)整過程中，發(fā)現(xiàn)線時間應為15s，可是在故障時已調(diào)整為10s，另外增益電位器所調(diào)的位置也比要求的調(diào)得高，即使增益增大。

分析

所謂線時間是指系統(tǒng)的上升和下降時間。對于控制56kW的電動機的控制系統(tǒng)線時間由15s改成了10s，那么電機產(chǎn)生的機械慣性會在停車時在齒輪上發(fā)出巨大響聲，從而使齒輪受到損害。

增大增益可以減少死區(qū)，使轉速誤差減小，但增益太大會使超調(diào)嚴重，給系統(tǒng)的暫態(tài)響應帶來麻煩，加之線時間的減少，更加劇了機械的響聲。

驅動系統(tǒng)中的各種參數(shù)都要進行嚴格的計算，并根據(jù)每臺電機及機械的實際情況，反復進行調(diào)整而確定，盡管機床已運行多年，各參數(shù)有的也發(fā)生了變化，但這種變化是極微小的，在一般情況下，各電位器箭頭的位置不應隨意改動。

處理

（1）將線時間調(diào)整為15s（2）將增益調(diào)小。