机床主轴的概念及主轴编码器的安装与故障诊断(车床)

实验五机床主轴的概念及主轴编码器的安装与故障诊断（车床）

一、实验目的

1、使学生了解机床主轴的工作原理以及主轴编码器的相关知识。

2、相关故障的分析方法与解决办法。

二、实验设备

1、RS-SY-802CBL 数控机床综合实验系统

三、实验必备知识

1、就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下，机床主轴的控制系统为速度控制系统，而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。换句话说，主轴编码器一般情况下不是用于位置反馈的（也不是用于速度反馈的），而仅作为速度测量元件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一是用于主轴转速显示；其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合（如螺纹切削加工，恒线速加工，G95转进给等）。

注：当机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置以及标准主轴电机时，主轴可以根据需要工作在伺服状态。此时，主轴编码器作为位置反馈元件使用。

2、机床主轴，一般用于给机床加工提供动力，通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削工件旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。主轴电机通常有普通电机与标准主轴电机两种（与之对应的驱动装置也分为开环与闭环两种）。

3、主轴驱动装置，有普通变频器和闭环主轴驱动装置等，普通变频器的生产厂家很多，目前市场上流行的有德国西门子公司、日本三肯、安川等。闭环主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克公司的α系列等。

4、主轴编码器，机床的主轴编码器一般直接安装在主轴上或安装在主轴附近用相应传动装置与主轴相连，使其能如实地向数控系统反映主轴的转速、方向等信号。主轴编码器一般有三个信号通道：A、B和Z，其中A、B两通道为相差90度的脉冲信号，其二通道主要反映主轴的转速与方向。数控系统根据两通道单位时间的脉冲数来计算主轴的速度，根据A通道与B通道之间的相位差来判别主轴的旋转方向。Z为零脉冲信号，主轴每转一圈，Z通道发一个零脉冲，该通道主要给系统在加工时提供相关基准信号。

见下图：

注：编码器的信号可以是如上图所示的方波信号，也可以是其他波型的信号（如正/余弦信号等）；

A*、B*、Z*为各通道差分信号的负脉冲信号。主轴编码器在安装、拆卸时要特别小心，以防止损坏玻璃光栅。

编码器硬件出现故障时，数控系统侧会出现025000号报警。

5、与编码器相关的机床数据：

参数号参数含义

MD 30200 编码器的个数

MD 30240 “1”，sin/cos 编码器

“2”，TTL 方波编码器

“3”，无编码器反馈

MD 31020 编码器的脉冲数

MD 31040 编码器直接安装在主轴上

MD 31070 编码器端减速齿轮齿数

MD 31080 主轴轴端减速齿轮齿数

MD 32100 轴方向转换

MD 32110 编码器反馈方向

MD 34200 为“1”时，以编码器的零脉冲作参考点脉冲

四、实验内容

1、验证主轴编码器与主轴转速之间的关系；

2、了解数控系统通过主轴编码器识别主轴旋转方向的原理；

3、了解与主轴编码器有关的数控加工；

4、利用拨码开关，设置主轴编码器硬件故障；

五、实验步骤

1、按菜单 [诊断] → [机床数据] → [轴数据] →找到SP轴数据，修改MD30240为“0”，使编码器无效，重新启动NC，并使机床回参考点，将机床工作方式置于MDA，执行程序M3S200，观察屏幕上主轴转速理论值是，实际值是。

修改MD30240为“1”，使编码器生效，重新启动NC，并使机床回参考点，将机床工作方式置于MDA，执行程序M3S200，观察屏幕上主轴转速理论值是，实际值是。

2、将机床工作方式置于MDA，执行程序M3S200，观察屏幕上主轴转速理论值是，实际值是，符号为。

将机床工作方式置于MDA，执行程序M4S200，观察屏幕上主轴转速理论值是，实际值是，符号为。

3、改变MD31020数值与编码器脉冲数不相等，重新启动NC，并使机床回参考点后，将机床工作方式置于MDA，执行程序M3S600，观察屏幕上主轴转速理论值是，实际值是。

4、改变MD32110的数值为“-1”，重新启动NC，并使机床回参考点后，将机床工作方式置于MDA，执行程序M3S300，观察屏幕上主轴旋转的方向为，符号为。

5、改变MD31070和MD31080的数值，即编码器与主轴之间的减速比，重新启动NC，并使机床回参考点后，将机床工作方式置于MDA，执行程序M3S600，观察屏幕上主轴转速理论值是，实际值是。

6、在MDA或AUTO方式运行程序G95G91G1Z100F200，观察机床的运行情况和NC屏幕上的反应并做相应记录，，按[RESET]键使系统复位，再在上述程序后加入M3S400，使其变成G95G91G1Z100F200M3S400，再启动NC，并观察机床运行情况做相应记录，。

用同样的方法运行G96、G33并观察机床的运行，并分析其原因。

六、思考题

1、为什么说主轴编码器在一般情况下既不是速度反馈元件，也不是位置反馈元件？

2、若一车床，执行M3时，主轴转速显示为负值，执行M4时主轴转速显示正值，我们要做怎样的修改，才能予以更正？

3、若一机床主轴实际转速与系统屏幕上显示的转速不相符，可能的原因有哪些？