一數(shù)控機(jī)床的主軸控制系統(tǒng)

許多數(shù)控機(jī)床使用主軸作為輔助裝置，如數(shù)控車床主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，利用不能旋轉(zhuǎn)的車刀加工旋轉(zhuǎn)體的工件;數(shù)控加工中心或數(shù)控銑床利用主軸帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)刀具加工工件;數(shù)控磨床有些會更復(fù)雜一些，砂輪主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的砂輪對工件主軸帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行磨削。所以，數(shù)控機(jī)床主軸故障的維修方法和技巧也是數(shù)控機(jī)床維修人員必須掌握的知識。

01
數(shù)控機(jī)床主軸分類
雖然不同種類的數(shù)控機(jī)床采用的主軸類型不同，但總的來說，數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)有如下四種類型。

1
帶有變速齒輪的主傳動(dòng)
主軸電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)通過變速齒輪降速，增大了輸出扭矩，以滿足主軸低速時(shí)對輸出扭矩特性的要求。滑移齒輪的移動(dòng)大多采用液壓缸加拔義，或直接由液壓缸來實(shí)現(xiàn)。

2
通過皮帶傳動(dòng)的主傳送
主軸電動(dòng)機(jī)通過皮帶或同步齒帶傳動(dòng)，不用齒輪傳動(dòng)，從而避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)和噪聲。此類型適用于有高速、低轉(zhuǎn)矩等特性要求的主軸。

3
雙電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸
高速時(shí)通過皮帶直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn);低速時(shí)，由另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起降速和擴(kuò)大變速范圍的作用。這樣使得恒功率區(qū)增大，同時(shí)克服了低速時(shí)扭矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。

4
電動(dòng)機(jī)與主軸一體化的傳動(dòng)
這種類型的主軸通常也稱電主軸，電動(dòng)機(jī)本身就是主軸。這種主傳動(dòng)方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對主軸影響較大。數(shù)控磨床的許多主軸都是采用這種方式，速度可以達(dá)到數(shù)萬轉(zhuǎn)每分鐘，一般這種主軸電動(dòng)機(jī)都采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

02
數(shù)控機(jī)床主軸的調(diào)速方式
現(xiàn)代的大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的主軸都具有調(diào)速功能，主軸調(diào)速是按照數(shù)控系統(tǒng)的控制指令白動(dòng)執(zhí)行的。為了能同時(shí)滿足對主傳動(dòng)的調(diào)速和輸出扭矩的要求，數(shù)控機(jī)床常采用機(jī)電結(jié)合的方式，即同時(shí)采用電動(dòng)機(jī)和機(jī)械齒輪變速兩種方式。其中齒輪減速以增大輸出扭矩，并利用齒輪換擋來擴(kuò)大調(diào)速范圍。

1
電動(dòng)機(jī)調(diào)速
用于主軸驅(qū)動(dòng)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。

直流電動(dòng)機(jī)
直流電動(dòng)機(jī)主軸調(diào)速由于主軸電動(dòng)機(jī)要求輸出較大的功率，所以主軸直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上不適用永磁式，一般使用它激式。為縮小體積，改善冷卻效果，以免電動(dòng)機(jī)過熱，常采用軸向強(qiáng)迫風(fēng)冷或采用熱管冷卻技術(shù)。 

直流主軸電動(dòng)機(jī)一般都采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制，可以保證主軸旋轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定。

交流電動(dòng)機(jī)
交流電動(dòng)機(jī)主軸調(diào)速近年來，交流主軸電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)日益增多。主軸交流電動(dòng)機(jī)多采用鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，使用交流變頻控制主軸轉(zhuǎn)速。使用這種調(diào)速方式使主軸系統(tǒng)的維護(hù)要求和故障率都大大降低。

2
機(jī)械齒輪變速
用此種變速方式的機(jī)床通常采用電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速，使主軸齒輪箱的結(jié)構(gòu)大大簡化，但其低速段的輸出扭矩常常無法滿足機(jī)床強(qiáng)力切削的要求。因此數(shù)控機(jī)床常采用1 ^-4擋齒輪變速與電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速相結(jié)合的方式，即所謂分段無級變速。采用機(jī)械齒輪減速，增大了輸出扭矩，并利用齒輪換擋擴(kuò)大了調(diào)速范圍。 

機(jī)械齒輪白動(dòng)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種電一機(jī)轉(zhuǎn)換裝置，常采用如下兩種方式: 

①液壓缸撥義換擋。 

②電磁離合器換擋。 

兩種方式都是通過數(shù)控機(jī)床的PLC控制，白動(dòng)進(jìn)行換擋。

3
數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的常見故障
數(shù)控機(jī)床的主軸系統(tǒng)是一些機(jī)床(如數(shù)控車床、數(shù)控加工中心以及數(shù)控磨床等)的主要輔助裝置，主軸系統(tǒng)的故障也是數(shù)控機(jī)床的常見故障。當(dāng)主軸系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通常有以下三種表現(xiàn)形式: 

1)在數(shù)控系統(tǒng)顯示器上顯示報(bào)警號和報(bào)警信息。 

2)在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上用報(bào)警燈或數(shù)碼顯示器顯示主軸驅(qū)動(dòng)裝置的故障。 3)主軸工作不正常，但無任何報(bào)警。

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的常見故障見表8-10

二西門子611A主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

01
西門子611A主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成
西門子SIMODRIVE611A主軸驅(qū)動(dòng)裝置是交流模擬驅(qū)動(dòng)裝置，與進(jìn)給伺服裝置共用一個(gè)電源模塊，如圖8-1所示。主軸驅(qū)動(dòng)模塊與電源模塊和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)模塊通過設(shè)備總線進(jìn)行連接，與伺服進(jìn)給模塊共用直流電壓母線。

西門子611A系列驅(qū)動(dòng)裝置可以安裝多個(gè)主軸驅(qū)動(dòng)模塊，每一個(gè)主軸驅(qū)動(dòng)模塊都有獨(dú)立的液晶顯示器與操作按鍵，用于顯示驅(qū)動(dòng)模塊的工作狀態(tài)與設(shè)定驅(qū)動(dòng)裝置的內(nèi)部數(shù)據(jù)。

西門子611A的主軸驅(qū)動(dòng)模塊是由功率驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊兩部分組成，主軸控制模塊帶有液晶顯示器，如圖8-1所示，可以顯示和修改主軸的設(shè)定參數(shù)，也可以顯示主軸系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警代碼。

02
西門子611A主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接
西門子6ma系列主軸驅(qū)動(dòng)模塊與外部連接的信號連接端了位于驅(qū)動(dòng)模塊正面的控制模塊上，如圖8-2所示。具體的連接詳述如下:

1
主軸電動(dòng)機(jī)電樞連接
主軸電動(dòng)機(jī)電樞連接端了位于主軸驅(qū)動(dòng)模塊的下方。在安裝、調(diào)試、檢修時(shí)需要注意保證驅(qū)動(dòng)模塊的U2/V2/W2與電動(dòng)機(jī)的UN/W一一對應(yīng)，防止出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)“相序”的錯(cuò)誤。

2
驅(qū)動(dòng)使能與可定義輸入的連接
端子排X431連接驅(qū)動(dòng)使能輸入和可定義的輸入。表8-2是對端子排X431信號的描述。

3
速度給定信號的連接
速度給定信號連接到端子排X421。端子排X421信號描述見表8-30。

4
模擬量輸出的連接
模擬量輸出通過端子排X451連接。端子排X451信號描述見表8-40。

5
測速反饋信號接口
接口X412連接主軸電動(dòng)機(jī)的測速反饋，其信號描述見表8-5。

03
西門子611A主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的報(bào)警顯示信息
西門子611A主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)往往在控制模塊的液晶顯示器上顯示故障代碼，報(bào)警代碼在液晶顯示器的后4位顯示。發(fā)生故障時(shí)，顯示器的右邊第4位顯示“F"，右邊第3位、第2位顯示報(bào)警號代碼，右邊第1位顯示“二”符號時(shí)，代表驅(qū)動(dòng)裝置存在一個(gè)故障;顯示“三”符號時(shí)，代表驅(qū)動(dòng)裝置存在多個(gè)報(bào)警，這時(shí)可以通過主軸驅(qū)動(dòng)模塊操作面板上的“+”鍵，查看其他報(bào)警代碼。西門子611A主軸驅(qū)動(dòng)裝置常見的報(bào)警號以及可能的原因見表8-6。