主轴系统的连接与调试

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一、 主轴伺服系统的组成、分类
2.数控机床对主轴驱动系统的要求
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
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3.组成
1 主轴驱动系统 2 主轴驱动单元 3 传动单元 4 执行单元
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3.编码器准停： 在主轴上安装编码器。准停角由调节控制电路板上的拨码开关来实现。
4、 数控系统准停： 主轴上装编码器、系统将主轴作为位置轴来进行控制。
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4分类
按电气原理分为： (1)直流控制驱动 (2)交流控制驱动
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1)直流驱动系统
20世纪70年代～90年代中期）直流伺服电动机 优点：
调速性能好、输出力矩大、过载能力强、控制精度高、控 制原理简单、易于调整等。 缺点：
由于电刷和换向器易磨损，需经常维护； 换向器换向时会产生火花，最高速度受到限制； 具有结构复杂、制造困难、制造成本高等缺点
位置编码器反馈信号（A/B/Z相） 位置编码器
模拟信号
模拟主轴 放大器
主轴 电机
从CNC单元输出0~10V的模拟电压控制主轴电动机的转速 及转向，其中转向控制由相应的参数决定。
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小结
CNC数控装置对主轴驱动装置的控制包括主轴的速度控制和其他 开关量的动作控制。安川YASKAWA VS-626MT的连接图
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5.实例：FANUC 0i系统对交流主轴驱动的 控制
（1）模拟主轴伺服的控制 模拟主轴控制即为传统的模拟量
控制，从CNC单元输出0~10V的模拟电压 控制主轴电动机的转速及转向，其中转 向控制由相应的参数决定。
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（2）模拟主轴控制连接图
SPDL-1(JA7A)
A-OUT1(JA8A) CNC(主板)
情景4 主轴系统的连接与调试
一、 主轴伺服系统的组成、分类 二、 CNC装置与主轴驱动装置的信号连接 三、 主轴分段无级调速的控制 四、 主轴准停控制
任务4：主轴驱动系统的连接与测试
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一、 主轴伺服系统的组成、分类
1.概念
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。
12-PWM控制回路 13-PWM变换器 14-脉冲发生器 15-四倍回路
16-微分回路
17-F/V变换器 18-同步整流电路
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4.主轴转速的指定信号及开关量控制信号的连接
CNC通过主轴模拟电压输出接口，输出 0~±10V模拟电压到NCOM端和0端（1CN 接口的3、4端），电压正负控制电动机 的转向，电压的大小控制电动机的转速。
U UU V VV
W WW 11 12 13
M 3~
14
17 15
大于40r/min 1024脉冲/r
18 16
0～40r/min
1-比例积分回路 2-绝对值回路 3-负载表 4-函数发生器 5-V/F变换器 6-微处理器 7-DA强励磁 8-DA振幅器 9-乘法器 10-电流指令回路 11-电流控制回路
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二、 CNC装置与主轴驱动装置的信号连接
1.变频器控制方式的发展： 电压矢量控制——磁通矢量控制—
—直接转矩控制——采用通用变频器。 “通用”：
(1）可以和通用的笼型异步电动机 配套应用；
(2）具有多种可供选择的功能，可 应用于不同性质的负载。
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二、 CNC装置与主轴驱动装置的信号连接
2.实例：三菱FR—A50系列主回路端子和控制回路 端子如图所示 （1）输入信号（用于起动和功能设定） （2）模拟信号（用于频率设定） （3）输出信号
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四、 主轴准停控制
主轴准停是指能主轴按指令要求准确停在指定换刀位置,也称作主轴 定向。其作用：换刀和镗孔时定向、确定反向退刀方向。
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四、 主轴准停控制
1.机械准停
早期的机床使 用，现在很少使用。 但高速时动平衡不 好，调试不方便。
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Fra Baidu bibliotek
2.磁传感器准停
在主轴上安装磁 装置。在对应的部位 装检测装置。也是早 期使用，功能单一。
BPC 3-DIGIT
1 2 4 8 10 20 40 80 100 200 400 800
(BCD码) 2-DIGIT
1 2 4 8 10 20 40 80
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1）准备好信号RDY 2）急停信号EMG 3）正反转信号FOR、REV 4）转矩高低极限控制信号TLH、TLL 5）软起动信号SSC 6）速度调节器选择信号PPI 7）速度设定方式信号DAS 8）零速输出信号ZSPD……
若CNC输出的电压为单极性0～＋10V，
则可通过FORWARD RUN（8号端）与 REVERS RUN（9号端）开关量分别指定 正、反转
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2CN端子
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12
BIN
1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048
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开关量控 制信号及
连接
模拟电 压指定
数字电 压指定
输出信 号
安川YASKAWA
VS-626MT连接
图
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三、 主轴分段无级调速的控制
分段无级调速是数控机床常采用 1～4挡齿轮变速与无级调速
相结合的方式，即分段无级变速。低速时为恒转矩，当需要低速 强力切削时需要提高其转矩。措施是通过换挡，降低主轴速度， 增大转矩。
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图 三菱FR-A5a00系列 变频器接口
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二、 CNC装置与主轴驱动装置的信号连接
3．交流主轴伺服驱动的原理 4.主轴转速的指定信号及开关量 控制信号的连接
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速度指令
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速 度 反 馈
3.交流主轴伺服控制原理的框图
3
89
U
2 Ur 4
5
脉 冲 误振 差幅
CPU 6
V 7
10
UV ROM CW CCW
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(2)交流驱动系统
采用数字式矢量控制方法，控制模型和动态响应均由高速 微处理器实时控制，使伺服系统的自诊断能力、快速反应及控 制精度都有很大的提高。
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二、 CNC装置与主轴驱动装置的信号连接
早期——直流主轴驱动系统（采用晶闸管调速） 20世纪90年代初——变频器驱动； 目前——交流主轴伺服系统时代，主流为全数字 交流主轴伺服系统。