第四章主轴驱动系统的故障诊断与维修.pptx
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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。
应用
小型而且结构紧凑的机床(AH 100 至AH 160) 复杂的加工中心和车床 专用机床
1）调速范围宽。采用直流主轴驱动系统的数 控机床通常只设置高、低两级速度的机械变速机构， 电动机的转速由主轴驱动器控制，实现无级变速，因 此，它必须具有较宽的调速范围。
2）直流主轴电动机通常采用全封闭的结构形 式，可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。
3）主轴电控机通常采用特殊的热管冷却系统， 能将转子产生的热量迅速向外界发散。此外，为了使 电动机发热最小，定子往往采用独特附加磁极，以减 小损耗，提高效率。
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。
4.2 直流主轴驱动系统
从原理上说，直流主轴驱动系统与通常的直流调 速系统无本质的区别，但因为数控机床高速、高效、 高精度的要求，决定了直流主轴驱动系统具有以下特 点：
1PH4 主轴电机
规格说明
1PH4 水冷却主轴电机具有如下性能 设备体积小功率强度大 最高速度可达9 000 转/分(可选12 000 转/分) 即使在设备停止时也可输出各种转矩 经过冷却处理的凸缘能有效避免由于机械传动系 所引起的热应力
噪音低 防护级别高(IP65 轴盖为IP55) 旋转精度高
4）直流主轴驱动器主回路一般采用晶闸管三相 全波整流，以实现四象限的运行。
5）主轴控制性能好。为了便于与数控系统的配 合，主轴伺服器一般都带有D/A转换器、“使能”信号 输入、“准备好”输出、转速/转矩显示输出等信号接
口。
6）纯电气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，而且应有电气控制系统自动实现， 以进一步缩短定位时间，提高机床效率。
电机配备了一套编码器系统，用来感应电机的运 行速度，以及间接了解转子的所处位置。这一编 码器可以进行额定状况下的C 轴运行模式，也就 是说，对于C轴运行不需要额外的编码器
应用 全封闭式的铣床 高负荷的铣床 车床中的反向轴
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。
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。
主轴驱Βιβλιοθήκη Baidu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
SIMODRIVE 611 变频器系统
SIMODRIVE611 模拟式变频器系统
SIMODRIVE611 数字式变频器系统带SINUMERIK 840D
Siemens 1PH7 主轴电机
1PH7 电机(AH 100 至AH 160 和AH 180/AH225)
由于现代机械设备设计结构紧凑，从电气驱动
部件中产生的热量会对机械的精度产生副作用。对 于功率密度高，而且冷却效果好的电机的要求，促 使了1PH4系列水冷型交流主轴电机的发展。
而且同时满足高转矩和设备体积小(从而质量惯 性小)的双重性能的这一复合产品的加速和刹车时间 都短从而减少了作无用功的时间。
1PH4 电机是一种性能坚固，4 极感应的鼠笼式 电动机。专门设计用于与SIMODRIVE611 变频系统 进行连接，其功率损失和噪音级别都降低到很低水 平。由于这一系列电动机的设计紧凑，使得在使用 中，可以获得较高的最大运行速度。
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。
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(AH 100 至AH160)将噪音曲 线降至最低
速度高达9 000 转/分(可选用12 000 转/分) 持续提供各种额定转矩即使停止时 对SIMODRIVE 611 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 SIMODRIVE 611 变频器系统相连接。
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。
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。
应用
小型而且结构紧凑的机床(AH 100 至AH 160) 复杂的加工中心和车床 专用机床
1）调速范围宽。采用直流主轴驱动系统的数 控机床通常只设置高、低两级速度的机械变速机构， 电动机的转速由主轴驱动器控制，实现无级变速，因 此，它必须具有较宽的调速范围。
2）直流主轴电动机通常采用全封闭的结构形 式，可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。
3）主轴电控机通常采用特殊的热管冷却系统， 能将转子产生的热量迅速向外界发散。此外，为了使 电动机发热最小，定子往往采用独特附加磁极，以减 小损耗，提高效率。
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。
4.2 直流主轴驱动系统
从原理上说，直流主轴驱动系统与通常的直流调 速系统无本质的区别，但因为数控机床高速、高效、 高精度的要求，决定了直流主轴驱动系统具有以下特 点：
1PH4 主轴电机
规格说明
1PH4 水冷却主轴电机具有如下性能 设备体积小功率强度大 最高速度可达9 000 转/分(可选12 000 转/分) 即使在设备停止时也可输出各种转矩 经过冷却处理的凸缘能有效避免由于机械传动系 所引起的热应力
噪音低 防护级别高(IP65 轴盖为IP55) 旋转精度高
4）直流主轴驱动器主回路一般采用晶闸管三相 全波整流，以实现四象限的运行。
5）主轴控制性能好。为了便于与数控系统的配 合，主轴伺服器一般都带有D/A转换器、“使能”信号 输入、“准备好”输出、转速/转矩显示输出等信号接
口。
6）纯电气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，而且应有电气控制系统自动实现， 以进一步缩短定位时间，提高机床效率。
电机配备了一套编码器系统，用来感应电机的运 行速度，以及间接了解转子的所处位置。这一编 码器可以进行额定状况下的C 轴运行模式，也就 是说，对于C轴运行不需要额外的编码器
应用 全封闭式的铣床 高负荷的铣床 车床中的反向轴
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。
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。
主轴驱Βιβλιοθήκη Baidu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
SIMODRIVE 611 变频器系统
SIMODRIVE611 模拟式变频器系统
SIMODRIVE611 数字式变频器系统带SINUMERIK 840D
Siemens 1PH7 主轴电机
1PH7 电机(AH 100 至AH 160 和AH 180/AH225)
由于现代机械设备设计结构紧凑，从电气驱动
部件中产生的热量会对机械的精度产生副作用。对 于功率密度高，而且冷却效果好的电机的要求，促 使了1PH4系列水冷型交流主轴电机的发展。
而且同时满足高转矩和设备体积小(从而质量惯 性小)的双重性能的这一复合产品的加速和刹车时间 都短从而减少了作无用功的时间。
1PH4 电机是一种性能坚固，4 极感应的鼠笼式 电动机。专门设计用于与SIMODRIVE611 变频系统 进行连接，其功率损失和噪音级别都降低到很低水 平。由于这一系列电动机的设计紧凑，使得在使用 中，可以获得较高的最大运行速度。
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。
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(AH 100 至AH160)将噪音曲 线降至最低
速度高达9 000 转/分(可选用12 000 转/分) 持续提供各种额定转矩即使停止时 对SIMODRIVE 611 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 SIMODRIVE 611 变频器系统相连接。
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。