数控机床主轴伺服系统的组成（数控机床维修之主轴伺服系统）

主轴驱动系统是动力装置的一部分，完成系统中的主要运动。它带动工件或刀具做相应的旋转运动，从而配合进给运动，加工出理想的零件。目前主轴驱动变速主要有两种形式：一种是主轴电机换挡，目的是降低主轴转速，提高传动比，放大主轴功率，以适应切削的需要；第二，主轴电机通过同步齿形带或皮带驱动主轴。这种主轴电机也叫广域电机或强切电机，具有恒功率、宽宽度的特点。由于不需要机械变速，主轴箱中省略了齿轮和离合器，实际上变成了主轴支架，简化了主传动系统，从而提高了传动链的可靠性。

一、数控机床对主轴驱动系统的要求。主轴驱动系统是数控系统中完成主要运动的动力装置。主轴驱动系统通过传动机构转化为安装在主轴上的刀具(如数控铣床、加工中心)或工件(如数控车床)的切削扭矩和切削速度，配合进给运动即可加工出理想的零件。

1、调速范围宽，实现无级调速。

2、宽恒定功率范围

3、具有四象限驱动能力。

4、，带位置控制功能

5、精度和刚性高，传动平稳，噪音低。

6、良好的抗振性和热稳定性

二、常用主轴驱动系统介绍1、FANUC主轴驱动系统

从20世纪80年代开始，FANUC公司使用交流主轴驱动系统，DC驱动系统被交流驱动系统取代。目前三大系列交流主轴电机分别是：S系列电机，额定输出功率从1.5~37kW到37kW不等；额定输出功率从1.5~22kW到22kW的h系列电机；p系列电机，额定输出功率从3.7~37kW到37kW不等。该公司交流主轴驱动系统的特点：

1)采用微处理器控制技术进行矢量计算，实现最佳控制；2)主电路采用晶体管PWM逆变器，使电机电流非常接近正弦波；

3)具有主轴方向控制、数字和模拟输入接口等功能。

2、西门子公司主轴驱动系统

西门子生产的DC主轴电机有四个系列：1GG5、1GF5、1GL5和1GH5，与上述四个系列电机配套的6RA24、6RA27系列驱动装置由晶闸管控制。

80年代初，公司推出了1PH5和1PH6两个系列的交流主轴电机，功率范围为3~100kW。该驱动装置

6SC650系列交流主轴驱动装置或6C611A (SIMO驱动611A)主轴驱动模块，主电路采用晶体管SPWM变频控制，具有能量再生制动功能。此外，微处理器80186可用于闭环速度控制、转矩控制和磁场计算，从而完成矢量控制。

三、主轴伺服系统常见故障形式及维修1、外部干扰

由于电磁干扰、屏蔽和接地措施不良，使主轴转速指令信号或反馈信号受到干扰，使主轴驱动随机无规律波动。判断是否有干涉的方法是：当主轴转速指令为零时，主轴仍来回转动，调整零速平衡和漂移补偿即可不能排除故障。

2、过载

切削量过大，频繁的正反转会引起过载报警。具体表现为主轴电机过热，主轴驱动系统显示过电流报警等。

3、主轴定位抖动

主轴准停用于换刀、精镗退刀、换挡等场合。有三种方法可以实现它：

(1)机械准停止控制

(2)磁传感器的电气准停控制

(3)编码器类型的准停止控制

4、主轴速度与进给速度不匹配。

当螺纹切削或每转进给指令切削发生时，进给将停止，主轴将继续运行。为了执行每转进给指令，主轴必须有每转一个脉冲的反馈信号。一般是主轴编码器有问题。它可以通过以下方法确定

3)用每分钟进给量指令代替每转进给量执行程序，观察故障是否消失。

5、速度偏离指令值

当主轴速度超过技术要求中规定的范围时，请考虑：

1)电机过载。

2)CNC系统(通常为0 -10V)输出的主轴速度模拟值没有达到速度指令对应的值。

3)测速装置故障或速度反馈信号断开。

4)主轴驱动装置故障。

6、主轴异常噪音和振动

首先要区分异常的噪音和振动是发生在主轴的机械部分还是电气驱动部分。

1)减速过程中发生的情况一般是由驱动装置引起的，如交流驱动中的再生电路故障。

2)是匀速产生的，可以通过观察主轴电机自由停车时是否有噪音和振动来辨别。如果有，就是主轴机械部分有问题。3.检查振动周期是否与速度有关。如果没有，一般是主轴驱动装置没有调整好；如果有，检查主轴机械部分是否完好，测速装置是否坏。

7、主轴电机不转动

除了速度模拟控制信号外，CNC系统对主轴驱动装置也有一个使能控制信号，它一般是DC 24V继电器线圈电压。

1)检查CNC系统是否有速度控制信号输出。

2)检查信号是否可以接通。通过CRT观察I/O状态，分析机床的PLC图(或流程图)来判断是否满足主轴的润滑、冷却等启动条件。

3)主轴驱动装置故障。

4)主轴电机故障。

四、数控机床主轴伺服系统故障维修实例故障现象

1.8m卧铺的主轴停车时发出很大的响声，但安全没有烧坏。

支票

根据说明中的步骤，使用诊断板重新调整系统参数。调整过程中发现线路时间应该是15s，但故障时已经调整到10s了。此外，即使增益增加，增益电位计的位置也会调整得高于要求。

分析

所谓行时间，是指系统的上升和下降时间。如果控制56kW电机的控制系统的线路时间由15s改为10s，电机停止时产生的机械惯性会对齿轮产生很大的噪音，从而损坏齿轮。

提高增益可以减少死区和速度误差，但如果增益过大，超调严重，会给系统的瞬态响应带来麻烦，线路时间的减少会加剧机械噪声。

传动系统中的各种参数都要经过严格计算，并根据各电机和机械的实际情况反复调整确定。虽然机床运行多年，部分参数发生了变化，但这种变化很小。一般情况下，不要随意改变每个电位器的箭头位置。

处理

(1)将线路时间调整为15s(2)降低增益。

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