主轴驱动系统
(FANUC 0i-mate-TC)数控车床主轴驱动系统的装调
2.
三菱E700变频器参数设置
（1）、三菱E700变频器操作要领
将所有参数 恢复至出厂 值
变更参数设定值
Pr.160 用户参数组读取选择＝ “1”，用户参数组中未登录 Pr.79 。Pr.77＝ “1”，禁止写入参数。
需要设置的参数
四、任务检查
（1） 操作数控系统FANUC 0i-mate-TC ，运行模式为“手动”运行模 式，摁下“主轴正转”键，则主轴电机正向旋转。摁下“主轴倍率”增 加键（减少键），主轴转速增大（减小）； （2）操作数控系统FANUC 0i-mate-TC ，运行模式为“手动”运行模 式，摁下“主轴反转”键，则主轴电机反向旋转。摁下“主轴倍率”增 加键（减少键），主轴转速增大（减小）； ； （3） 操作数控系统FANUC 0i-mate-TC ，运行模式为“手动”运行模式 ，摁下“主轴停”键，则主轴电机停止旋转； （4） 操作数控系统FANUC 0i-mate-TC ，运行模式为“MDI”运行模式， 输入“M03S800”，或者“M04S800”或者“M05”主轴能正确动作。
编码器用在主轴系统上： （1）测主轴转速显示在NC屏幕上； （2）车削螺纹时，不至于乱牙；
（二）MITSUBISHI E700 系列变频器
主轴伺服驱动装置
主轴电机
1. 变频器连接图
变频器
三相异步电机
端 子 、任务实施
（一）电气线路测绘
每一组随机抽检2份PPT课件，并通过PPT汇报展示电气测绘的成 果，教师现场打分。
60 f 1 n 1 s n0 1 s p 1 变频调速 (无级调速)
f=50Hz +
整流器 逆变器
三种电气 调速方法
f1、U1可调 M
伺服驱动系统
参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/6dc3505e89715b411038c2a 8.html数控机床中的伺服驱动系统取代了传统机床的机械传动，是数控机床的重要特征之一，因此在一定意义上，伺服驱动系统的性能和可靠性决定了整台数控机床的性能和可靠性。
位置伺服驱动系统是由驱动系统与ＣＮＣ系统中的位置控制部分构成的。
数控机床的驱动系统主要有两种：主轴驱动系统和进给驱动系统。
从作用看，前者控制机床主轴旋转运动，后者控制机床各坐标的进给运动。
不论是主轴驱动系统还是进给驱动系统，从电气控制原理来分都可分为直流驱动和交流驱动系统。
直流驱动系统在２０世纪７０年代初至８０年代中期占据主导地位，这是由于直流电动机具有良好的调速性能，输出力矩大，过载能力强，精度高，控制原理简单，易于调整等。
随着微电子技术的迅速发展，加之交流伺服电动机材料、结构及控制理论有了突破性的进展，又推出了交流驱动系统，标志着新一代驱动系统的开始。
由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机维护简单，便于制造，不受恶劣环境影响，所以目前直流驱动系统已逐步被交流驱动系统所取代。
一、主轴驱动系统数控机床要求主轴在很宽的范围内转速连续可调，恒功率范围宽。
当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时，就要对主轴提出相应的速度控制和位置控制要求。
１．直流主轴驱动系统由于直流调速性能的优越性，直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中得到广泛应用，主轴电动机驱动多采用晶闸管调速的方式。
（１）工作原理数控机床直流主轴电动机由于功率较大，且要求正、反转及停止迅速，故驱动装置通常采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统，这样在制动时，除了缩短制动时间外，还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网。
１）主电路图６－９为三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统的主电路，逻辑无环流可逆系统是利用逻辑电路，使一组晶闸管在工作时，另一组晶闸管的触发脉冲被封锁，从而切断正、反两组晶闸管之间流通的电流。
主轴驱动及控制
加工中心自动换刀 精镗后退刀 背镗 车床上工件定位
1、加工中心自动换刀(Auto tool
在加工中心中，当主轴停转进行刀具交换时，主轴需停在一个固定不 变的位置上，从而保证主轴端面上的键也在一个固定的位置，这样， 换刀机械手在交换刀具时，能保证刀柄上的键槽对正主轴端面上的定 位键。
changing)
二、数控机床对主轴驱动系统的要 求
机床主轴的工作运动通常是旋转运动，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。 1、调速范围宽并实现无极调速 2、恒功率范围要宽 3、具有4象限驱动能力 4、具有位置控制能力 5、具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。 6、良好的抗振性和热稳定性
三、齿轮变速自动换挡的操纵机构
主轴电动机 主轴 变速方法 液压拨叉 电磁离合器
变速齿轮传递
主轴换挡的控制
§6.3主轴准停控制
当主轴停止时，控制其停于固定位置 （定位于圆周上特定角度） 又称“主轴准停”、“主轴定位”、“主 轴定向” 准停指令：M19或M06
一、主轴定向的用途
第六章 主轴驱动及控制
§6.1概述 §6.2主轴的分段无级调速及控制 §6.3主轴准停控制
数控机床主传动系统是用 来实现机床主运动的，它将主 电动机的原动力变成可供主轴 上刀具切削加工的切削力矩和 切削速度。典型数控机床主传 动系统外观如左图。
§ 6.1概述
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，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。 一、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。
数控机床主轴驱动变频控制
数控机床主轴驱动变频控制一、前言数控机床是传统机床向智能化方向发展的结果，其操作简单、精度高、效率高等特点，使得其在现代制造业中大有用处。
数控机床中的主轴驱动控制是其中的一个重要环节，其精度和可靠性对整个机床的操作效果有着至关重要的作用。
本篇文档将主要介绍数控机床主轴驱动变频控制相关知识。
二、数控机床主轴驱动变频控制的原理数控机床的主轴驱动控制系统主要是由相关电气元件组成的变频器控制系统。
变频器就是将市电通过整流、滤波、逆变后输出一定的频率、电压并控制电机转速的电子装置。
在数控机床的主轴驱动系统中，变频器通过对电机控制进行电压和频率的调整，来实现主轴的旋转，进而控制其转速和输出功率。
变频器输出的频率、电压均可调整，因此可以通过控制变频器的输出，来实现对主轴的速度调节。
电气控制系统通过实时监测机床运行状态、主轴运行状态、机床速度、主轴转速等信息，根据预先设定的运转条件，通过控制变频器输出的电压、频率实现对机床的工作状态并实现对主轴的速度调节。
三、数控机床主轴驱动变频控制的优点与传统机床的主轴驱动方式相比，数控机床主轴驱动变频控制有诸多优点，主要体现在以下几个方面：1.可调性强：通过对变频器的控制，可以实现精确的主轴转速调节，可以满足不同需求的工件加工。
2.精度高：由于采用了电气控制系统，可以实现主轴转速的精确控制，进而实现加工精度的提高。
3.效率高：数控机床主轴驱动变频控制由于能够实现电气控制，减少了机械传动过程中的机械损耗，因此其效率远高于传统机床主轴驱动方式。
4.运转平稳：变频器可以调节输出电压和频率，可以进一步实现对主轴转速的控制，从而实现机床运转的平稳。
四、数控机床主轴驱动变频控制的应用数控机床主轴驱动变频控制技术的应用相当广泛，可以应用于各种数控机床类型，包括数控车床、数控加工中心、数控铣床等。
特别是在高速、高精度、高效率的加工应用中，其优势更加明显。
五、数控机床主轴驱动变频控制的维护和保养为了确保数控机床主轴驱动变频控制系统的长期稳定运行，必须进行日常的维护和保养。
主轴驱动系统常见故障处理与维护
主轴驱动系统常见故障处理与维护1. 引言主轴驱动系统是现代机械设备中常用的一个关键系统，负责提供动力和控制主轴的旋转速度。
然而，由于长时间使用或操作不当，主轴驱动系统可能会发生各种故障。
本文将介绍主轴驱动系统常见故障的处理方法和日常维护注意事项。
2. 常见故障处理与维护2.1 主轴不转或转速异常2.1.1 故障现象主轴在工作中停止转动或转速异常，影响了设备的正常运行。
2.1.2 处理方法•检查主轴驱动系统的电源是否正常连接，确保电源供应无误。
•检查主轴驱动系统中的电机驱动模块是否损坏，如损坏需要更换。
•检查主轴驱动系统的传感器是否损坏或失效，如有需要修复或更换。
•检查主轴驱动系统的控制器是否存在程序错误，如有需要重新编程或修复。
•检查主轴驱动系统的传动部件是否存在松动或磨损，如有需要紧固或更换。
2.1.3 维护注意事项•定期检查主轴驱动系统的电源连接情况，确保连接牢固。
•注重主轴驱动系统的传感器的维护和保养，定期清洁和校准。
•定期检查主轴驱动系统的控制器的程序，如有需要修复或更新。
•定期检查主轴驱动系统的传动部件的紧固度和磨损情况，如有需要进行维护和更换。
2.2 主轴噪音过大2.2.1 故障现象主轴运行时产生过大噪音，影响了设备的正常工作。
2.2.2 处理方法•检查主轴驱动系统的轴承是否损坏或缺乏润滑，如有需要更换轴承或添加润滑剂。
•检查主轴驱动系统的传动带是否紧固正确，如有需要调整传动带的张紧度。
•检查主轴驱动系统的齿轮传动部分是否存在松动或磨损，如有需要紧固或更换。
2.2.3 维护注意事项•定期检查主轴驱动系统的轴承的润滑情况，如有需要添加润滑剂。
•定期检查主轴驱动系统的传动带的张紧度，如有需要调整传动带的紧度。
•定期检查主轴驱动系统的齿轮传动部分的紧固度和磨损情况，如有需要进行维护和更换。
2.3 主轴温度过高2.3.1 故障现象主轴在工作中温度过高，可能导致设备停机或烧坏主轴。
2.3.2 处理方法•检查主轴驱动系统的冷却装置是否正常工作，如有需要修复或更换。
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。
FANUC主轴驱动系统的简单分类
FANUC 主轴驱动系统的简单分类:序号名称维修品的特点简介所配系统型号1 直流可控硅主轴伺服单元型号特征为A06B-6041-HXXX 主回路有12个可控硅组成正反两组可逆整流回路，200V三相交流电输入，六路可控硅全波整流，接触器，三只保险。
电流检测器，控制电路板（板号为：A20B-0008-0371~0377）的作用是接受系统的速度指令（0-10V模拟电压）和正反转指令，和电机的速度反馈信号，给主回路提供12路触发脉冲。
报警指示有四个红色二极管显示各自的意义。
配早期系统，如：3，6，5，7，330C，200C，2000C等。
2 交流模拟主轴伺服单元型号特征为A06B-6044-HXXX，主回路有整流桥将三相185V交流电变成300V直流，再由六路大功率晶体管的导通和截止宽度来调整输出到交流主轴电机的电压，以达到调节电机的速度的目的。
还有两路开关晶体管和三个可控硅组成回馈制动电路，有三个保险、接触器、放电二极管，放电电阻等。
控制电路板作用原理与上述基本相同（板号为：A20B-0009-0531~0535或A20B-1000-0070 ~ 0071 ）。
报警指示有四个红色二极管分别代表8，4，2，1编码，共组成15个报警号。
较早期系统，如：3，6，7，0A等。
3 交流数字主轴伺服单元型号特征为A06B-6055-HXXX，主回路与交流模拟主轴伺服单元相同，其他结构相似，控制板的作用原理与上述基本相似（板号为A20B-1001-0120），但是所有信号都转换为数字量处理。
有五位的数码管显示电机速度，报警号，可进行参数的显示和设定。
较早期系统，如：3，6，0A，10/11/12，15E，15A，0E，0B等。
4 交流S系列数字主轴伺服单元型号特征为A06B-6059-HXXX，主回路该为印刷板结构，其他元件有螺钉固定在印刷板上，这样便于维修，拆卸较为方便，不会造成接线错误。
以后的主轴伺服单元都是此结构。
机床数控系统的组成
机床数控系统的组成机床数控系统是现代机床的核心技术之一，它由多个组成部分构成，共同实现对机床的自动化控制和加工操作。
本文将从硬件和软件两个方面介绍机床数控系统的组成。
一、硬件组成1.主轴驱动系统：主轴驱动系统是机床数控系统的核心部分，它负责控制主轴的转速和运动方向。
主轴驱动系统通常由伺服电机、减速器、编码器等组成，通过对电机的控制，实现对主轴的精确控制。
2.进给驱动系统：进给驱动系统用于控制工件在加工过程中的运动轴向，包括直线进给轴和旋转进给轴。
直线进给轴通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成，用于控制工件的直线运动；旋转进给轴通常由伺服电机、齿轮传动等组成，用于控制工件的旋转运动。
3.运动控制卡：运动控制卡是机床数控系统的核心控制器，它负责接收数控指令，并将其转换为电信号，通过与主轴驱动系统和进给驱动系统的配合，实现对机床的精确控制。
运动控制卡通常具备高速数据处理能力和多个输入输出接口，以满足机床复杂加工过程的控制需求。
4.传感器：传感器是机床数控系统的重要组成部分，用于实时监测机床的运行状态和工件加工过程中的各种参数。
常见的传感器包括位置传感器、力传感器、温度传感器等，它们通过与运动控制卡的连接，将采集到的数据反馈给数控系统，以实现对机床的自动化调节和控制。
5.人机界面：人机界面是机床数控系统与操作人员之间的交互界面，用于输入加工参数、监视加工过程和显示加工结果等。
人机界面通常由触摸屏、键盘、显示器等组成，操作人员可以通过它们与数控系统进行交互，并实时了解机床的工作状态。
二、软件组成1.数控系统软件：数控系统软件是机床数控系统的核心程序，它负责解释和执行数控指令，控制机床的运动和加工过程。
数控系统软件通常由操作系统、驱动程序、插补算法等组成，它们共同实现对机床的高精度控制和加工操作。
2.加工程序：加工程序是机床数控系统的另一重要组成部分，它是由一系列数控指令组成的程序，用于描述工件的加工路径和加工过程。
主轴驱动系统
交流主轴电机
项目三 主轴驱动系统
二、主轴电机工作特性
交流主轴电机的特性曲线与直流主轴电机类似： 交流主轴电机的特性曲线与直流主轴电机类似：在基速以 下为恒转矩区域1 而在基速以上为恒功率区域2 下为恒转矩区域1，而在基速以上为恒功率区域2。 恒转矩区域 恒功率区域
转矩特性曲线 功率特性曲线
h 1 2
传送带 编码器 刀具
项目三 主轴驱动系统
3. 数控系统型准停( M19 ) 数控系统型准停(
数控系统
转速给定
准停位置给定
+
K
D/A
功能切换开关
主轴驱动装置
M TG PG
-
责任编辑：…… 撰稿教师：……（以姓氏为序） 电子编辑：…… 主编：…… 制作：……
三、伺服驱动主轴
主轴转速控制（YASKAWA） 1. 主轴转速控制（YASKAWA） 模拟电压指定 12位二进制指定 12位二进制指定 2位BCD码指定 BCD码指定 3位BCD码指定 BCD码指定 2. 开关量信号控制 正反转信号 准备好信号 急停信号 报警输出信号
项目三 主轴驱动系统
3. 接线图 YASKAWA） （YASKAWA）
n0
项目三 主轴驱动系统
单元二 交流主轴驱动装置
一、交流主轴驱动装置的组成
电网端变流器 控制调节器 负载端变流器 交流主轴电动机 编码器
闭环转速与扭矩控制
磁场计算机 转速实际值
变频器
项目三 主轴驱动系统
二、通用变频器
接线( 1. 接线( R-A500 )
项目三 主轴驱动系统
2. 预置设定
项目三 主轴驱动系统
（2007版）
主编
张爱红
主轴驱动系统常见故障及处理
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。
（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。
数控机床伺服系统的分类
数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。
1.按用途和功能分：(1)进给驱动系统：是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。
主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。
进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。
(2)主轴驱动系统：用于控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；它只是一个速度控制系统。
2.按使用的执行元件分：(1)电液伺服系统其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。
其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳；其缺点是液压系统需要供油系统，体积大、噪声、漏油等。
（2）电气伺服系统其伺服驱动装置伺服电机（如步进电机、直流电机和交流电机等）。
其优点是操作维护方便，可靠性高。
其中，1）直流伺服系统其进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。
其优点是调速性能好；其缺点是有电刷，速度不高。
2）交流伺服系统其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。
优点是结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作；动态响应好、转速高和容量大。
3.按控制原理分（1）开环伺服系统系统中没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。
开环伺服系统的特点：1. 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
2. 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。
步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。
第三章,主轴驱动系统相关知识
第三章主轴驱动系统相关知识王晶武汉华中数控对主轴传动系统的要求主轴驱动系统就是在系统中完成主运动（旋转运动）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。
1、调速范围宽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。
武汉华中数控2、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。
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。
3、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。
武汉华中数控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。
类型：变频主轴、伺服主轴、电主轴调速方式有级调速：异步电机+变速箱+主轴无级调速异步电机+变频器+主轴伺服电机+伺服驱动器+主轴电主轴武汉华中数控对电机知识的回顾三相异步电机结构1、定子：由机座、定子铁心、定子绕组组成：定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放定子绕组。
定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，空间互差120度2、转子：由转轴、转子铁心、转子绕组组成：转子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放转子绕组、或浇铸铝。
转子绕组：分绕线式绕组、鼠笼式绕组武汉华中数控三相绕线式异步电动机结构图武汉华中数控三相鼠笼式异步电动机结构图武汉华中数控三相异步电动机的工作原理n N ST f n 1f 电机定子装有三相对称绕组，通入三相对称电流时，在电机的气隙内产生产生一个以同步转速n 1旋转的磁场。
伺服驱动系统的分类
伺服驱动系统的分类数控机床的伺服驱动系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按其掌握原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统；按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。
电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和沟通伺服驱动系统。
1.进给驱动与主轴驱动进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的掌握系统，掌握机床各坐标轴的切削进给运动，并供应切削过程所需的转矩。
主轴驱动掌握机床主轴的旋转运动，为机床主轴供应驱动功率和所需的切削力。
一般地，对于进给驱动系统，主要关怀它的转矩大小、调整范围的大小和调整精度的凹凸，以及动态响应速度的快慢。
对于主轴驱动系统，主要关怀其是否具有足够的功率、宽的恒功率调整范围及速度调整范围。
2.开环掌握和闭环掌握数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的掌握结构，即开环掌握和闭环掌握。
由此形成位置开环掌握系统和位置闭环掌握系统。
闭环掌握系统又可依据位置检测装置在机床上安装的位置不同，进一步分为半闭环伺服驱动掌握系统和全闭环伺服驱动掌握系统。
若位置检测装置安装在机床的工作台上，构成的伺服驱动掌握系统为全闭环掌握系统；若位置检测装置安装在机床丝杠上，构成的伺服驱动掌握系统则为半闭环掌握系统。
现代数控机床的伺服驱动多采纳闭环掌握系统。
开环掌握系统常用于经济型数控或老设备的改造。
3.直流伺服驱动与沟通伺服驱动直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能，输出转矩大，过载力量强，而且，由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当，构成闭环后易于调整。
而直流中小惯量伺服电机及其大功率晶体管脉宽调制驱动装置，比较适应数控机床对频繁启动、制动，以及快速定位、切削的要求。
但直流电机一个最大的特点是具有电刷和机械换向器，这限制了它向大容量、高电压、高速度方向的进展，使其应用受到限制。
进入1980年月，在电机掌握领域沟通电机调速技术取得了突破性进展，沟通伺服驱动系统大举进入电气传动调速掌握的各个领域。
5轴数控加工中心的主要驱动系统有哪些？
5轴数控加工中心的重要驱动系统有哪些？5轴数控加工中心采纳了先进的技术和创新的设计，具有高精度、高效率和多功能的特点。
它能够在一台机器上进行多种多而杂零件的加工，大大提高了生产效率和产品质量。
5轴数控加工中心的重要驱动系统包含以下几个部分：1.直线轴驱动系统：直线轴驱动系统负责驱动加工中心的X、Y、Z轴直线运动。
这些轴的运动通常由电机驱动，电机通过传动系统将动力传递到直线轴上，使其进行往复运动。
直线轴驱动系统一般采纳交流伺服电机或直流伺服电机作为动力源，利用数控机床中的掌控系统对电机进行精准明确掌控，从而实现高精度的加工操作。
2.旋转轴驱动系统：旋转轴驱动系统负责驱动加工中心的旋转运动，包含A、B、C 轴。
这些旋转轴通常由伺服电机驱动，通过齿轮或同步带将动力传递到旋转轴上，使其进行旋转运动。
旋转轴驱动系统需要充足高精度、高速度和大扭矩的要求，以确保工件的加工质量和精度。
3.主轴驱动系统：主轴驱动系统负责驱动加工中心的主轴进行旋转运动。
主轴是加工中心的核心部件，用于装夹和加工工件。
主轴驱动系统一般采纳交流电机或直流电机作为动力源，通过减速器将动力传递到主轴上，使其进行旋转运动。
主轴驱动系统需要具备高精度、高速度和强大的扭矩输出本领，以确保加工过程中的稳定性和精度。
4.进给轴驱动系统：进给轴驱动系统负责驱动加工中心的进给轴进行往复运动。
进给轴通常由伺服电机驱动，通过丝杠或同步带将动力传递到进给轴上，使其进行往复运动。
进给轴驱动系统需要充足高精度、高速度和大扭矩的要求，以确保工件的加工质量和精度。
总体来说，5轴数控加工中心的驱动系统需要具备以下特点：1.高精度：为了保证加工过程中的稳定性和精度，驱动系统需要具备高精度和低误差的特点，以确保工件的加工质量和精度。
2.高速度：为了提高加工效率和质量，驱动系统需要具备高速度和快速响应的特点，以实现高速、高效的加工操作。
3.大扭矩：为了充足重切削的需求，驱动系统需要具备大扭矩和强大的动力输出本领，以确保工件的加工质量和精度。
数控原理与系统第6章主轴驱动及控制
第6章 主轴驱动及控制
为 此 ， 可 选 用 额 定 功 率 7.4KW 、 额 定 转 速
1500r/min的主轴电动机，在1/2额定电压下无
级变速驱动主轴，工作特性曲线如图6.6所示。
在 750r/min ～ 6000r/min 整 个 范 围 内 ，
Pmax=3.7KW ， 在 750r/min 以 下 ，
频器调速时，其调速特性无法与直流电动机相
比， 因此必须采用矢量变频控制技术。
第6章 主轴驱动及控制
由于采用矢量变频控制技术后，交流
电动机与直流电动机的数学模型极为相似，
因而以直流主轴电动机为例来分析其调速特
性， 其模型结构如图6.1所示。
根据直流电动机的工作原理可得
Ua Ia Ra E
E Cen M C M Ia KIt
第6章 主轴驱动及控制
P, M
转矩特性曲线 功率特性曲线
O1
2
h
图6.2 主轴电机的工作特性曲线
第6章 主轴驱动及控制
6.1.3 CNC与主轴驱动装置的连接 下面以日本安川（YASKAWA）VA-626MT
型主轴驱动装置为例讲解CNC与主轴驱动装置 的连接，图6.3所示为其内部原理框图， CNC装 置与该主轴驱动装置的连接如图6.4所示。
第6章 主轴驱动及控制
本章导读
本章主要介绍主轴驱动装置的特性与连接
方法、主轴分段无级调速控制、主轴准停控制
等内容。通过本章的学习，了解数控机床对主
轴的要求，熟悉主轴驱动装置的一般连接方法，
掌握主轴调速、准停控制方法。
第6章 主轴驱动及控制
6.1 概 述
数控机床的主轴驱动和进给驱动有很大的
差别。主轴的运动通常是旋转运动，以调速和
数控机床主轴驱动变频控制
数控机床主轴驱动变频控制数控机床是以计算机技术和数控技术为基础的高精度机床，其主轴是重要的动力部件，主轴的驱动直接影响到加工效率和加工质量。
传统机床主轴驱动通常采用电动机和机械传动，但无法满足数控机床高速、高精度、轻快、稳定的要求。
因此，数控机床主轴驱动采用变频控制技术，已成为现代数控机床的发展趋势之一。
1. 变频控制技术简介变频控制是指通过改变电源频率来控制电机转速的技术，可以有效提高电机运行效率、降低能耗、延长机器寿命、减少机器噪音和振动等。
变频调速系统由电源、整流器、滤波器、逆变器、电机等组成，通过对逆变器输出频率、电压、电流等参数的调节，实现对电机的精确控制，从而达到理想的速度和负载要求。
2. 数控机床主轴驱动变频控制系统设计数控机床主轴驱动变频控制系统包括功率部分和控制部分。
功率部分主要由电机、电容器、混波器、逆变器、滤波器组成；控制部分主要由控制器、编码器、触摸屏、通信模块、接口电路等组成。
(1) 电机选择首先要确定数控机床主轴使用的电机类型和功率。
大多数数控机床采用交流永磁同步电机或交流无刷电机作为主轴电机，其优点是具有稳定、高效、精度高和可控性强等特点。
在选择电机时，应该根据机床的加工工艺、精度和产量等需求来确定电机型号和功率。
(2) 逆变器设计逆变器是数控机床主轴变频控制系统的核心部件，其主要功能是将直流电源变成交流电源，并根据控制信号输出不同的频率、电压、电流等，以控制电机转速和负载。
在设计时应该确定逆变器的大小、频率、输出电压、电流、控制方式等参数，以充分满足机床的技术要求。
(3) 控制器选择控制器是数控机床主轴变频控制系统的重要部件。
它接受编码器等输入信号，根据控制程序计算要输出的电机控制信号，并将其传递给逆变器，以实现精确的转速和负载控制。
在选择控制器时，应该根据机床的加工需求和控制要求，选择性能稳定可靠、精度高的控制器。
(4) 触摸屏设计触摸屏是数控机床主轴变频控制系统的操作界面，其主要功能是提供人机交互的接口，方便操作员进行参数设置、调整和监测。
数控机床主轴驱动系统的故障诊断与维修
任务6.1 数控机床主轴驱动系统基础
6.1.2 主轴伺服系统常见故障形式及诊断方法
1．数控机床主轴伺服系统无报警信息的故障 一般分为三种：主轴转速与指示值不符 、主轴异常噪声及振动 、
外界干扰。解决方案如下：
1
2
3
检查CNC装置模拟量 输出是否有问题，如 有问题则检查模拟量 输出电缆线连接是否 松动。如果模拟量输 出正常，则检查CNC 装置和变频器模拟量 的参数是否正常。
过大，重新考虑机床负载条件
长时间切削条件恶劣
调整切削参数，改善切削条件，
检查直流主轴电机的线圈电阻不 检查直流主轴电机的线圈电阻是 确保电阻正常，用干燥的压缩空
正常，换向器太脏
否正常，换向器是否太脏
气吹干净
动力线连接不牢固 励磁线连接不牢固 驱动器的控制励磁电源存在故障
检查动力线是否连接牢固 检查励磁线连接是否不牢固 也就是检查励磁电压是否正常
首先要区别异常噪声 及振动发生在主轴机 械部分还是在电气驱 动部分。如无关，一 般是主轴驱动装置未 调整好；如有关，应 检查主轴机械部分是 否良好，测速装置是 否不良。
判别有无干扰的方法 是：当主轴转速指令 为零时，主轴仍往复 转动，调整零速平衡 和漂移补偿也不能消 除故障。
任务6.1 数控机床主轴驱动系统基础
现停止进给，主轴仍继续运转的故障。 主轴电动机不转，CNC系统至主轴驱动装置除了转速模拟量控制信号外，
还有使能控制信号，一般为DC+24V继电器线圈电压。 转速偏离指令值，当主轴转速超过技术要求所规定的范围时，要考虑：.
电动机是否过载、主轴驱动装置是否故障等。
任务6.2 直流主轴驱动系统
6.2.1 直流主轴驱动原理
或主轴伺服，也可以不要驱动器。
主轴驱动系统的故障诊断与维修
拆开电动机检查发现;电动机内部绕组与引出线的连 接处绝缘套已经老化；经重新连接后;对地电阻恢复正 常
再次更换元器件后;机床恢复正常;故障不再出现
例3：不执行螺纹加工的故障维修
故障现象：配套某系统的数控车床;在自动加工时; 发现机床不执行螺纹加工程序
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 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
1供电电源电压过高； 2斜坡下降太快;再生制动引起过电压； 3负载惯量太大;制动时引起过电压
1供电电源电压太低； 2供电电源有短路时掉电或瞬时电压跌落
F0004 F0005
变频器过 热
1冷却风机运行不正常； 2环境温度过高； 3变频器过载
F0022
F0030 F0041
功率模块故 障
冷却风机故 障
SIMODRIVE 611 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
主轴驱动系统分类：
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
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闭环转速与扭矩控制
磁场计算机 转速实际值
变频器
项目三 主轴驱动系统
二、通用变频器
1. 接线( R-A500 )
项目三 主轴驱动系统
2. 预置设定
项目三 主轴驱动系统
三、伺服驱动主轴
1. 主轴转速控制（YASKAWA） 模拟电压指定 12位二进制指定 2位BCD码指定
3位BCD码指定
二、机械准停控制
接近体
定位盘 无触点开关
LS1 LS2
定位液压缸
主轴中心
项目三 主轴驱动系统
三、电气准停控制
1. 磁传感器型准停
数控系统
主轴驱动
准停板 准停启动 准停完成 磁传感器 速度反馈 主轴 电机
发
磁 体 主轴
传送带
刀具
项目三 主轴驱动系统
2. 编码器型准停
数控系统
主轴驱动
准停板 速度反馈
准停启动 准停完成 准停启动
主轴 电机
传送带 编码器 刀具
项目三 主轴驱动系统
3. 数控系统型准停( M19 )
数控系统
转速给定
准停位置给定
+ -
K
功能切换开关
D/A
主轴驱动装置
M TG PG
责任编辑： 撰稿教师： 主编： 电子编辑： 制作：…………（以姓氏为序）
项目三 主轴驱动系统
单元一 交流主轴电机 单元二 交流主轴驱动装置
单元三 主轴准停控制
项目三 主轴驱动系统
一、数控机床对主轴控制的要求
调速范围宽
恒功率范围宽
自动加减速控制 准停控制
二、主轴驱动装置的分类
直流主轴驱动装置
交流主轴驱动装置
项目三 主轴驱动系统
单元一 交流主轴电机
项目三 主轴驱动系统
二、主轴电机工作特性
交流主轴电机的特性曲线与直流主轴电机类似：在基速以 下为恒转矩区域1，而在基速以上为恒功率区域2。
转矩特性曲线
功率特性曲线hຫໍສະໝຸດ 1 2n0项目三 主轴驱动系统
单元二 交流主轴驱动装置
一、交流主轴驱动装置的组成
电网端变流器 控制调节器 负载端变流器 交流主轴电动机 编码器
一、概述
交流主轴电动机一般采用交流感应电动机，从结构上 分有带换向器和不带换向器两种，通常采用不带换向器的 三相感应电动机（笼型电动机或异步电动机）。
交流主轴电动机一般采用定子铁心在空气中直接冷却 的方法，没有机壳，而且在定子铁心上作有轴向孔以利通 风等。尾部同轴安装有测速发电机或脉冲编码器等检测元 件。
2. 开关量信号控制 正反转信号
准备好信号
急停信号 报警输出信号
项目三 主轴驱动系统
3. 接线图 （YASKAWA）
项目三 主轴驱动系统
单元三 主轴准停控制
一、主轴准停的概念
主轴准停功能（又称：主轴定位功能），即当主轴停 止时，控制其停于固定位置 ，下图为主轴准停镗孔示意图。
项目三 主轴驱动系统