一數控機床的主軸控制系統

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

01
數控機床主軸分類
雖然不同種類的數控機床采用的主軸類型不同，但總的來說，數控機床的主軸系統有如下四種類型。

1
帶有變速齒輪的主傳動
主軸電動機的旋轉通過變速齒輪降速，增大了輸出扭矩，以滿足主軸低速時對輸出扭矩特性的要求。滑移齒輪的移動大多采用液壓缸加拔義，或直接由液壓缸來實現。

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

3
雙電動機分別驅動主軸
高速時通過皮帶直接驅動主軸旋轉;低速時，由另一個電動機通過齒輪傳動驅動主軸旋轉，齒輪起降速和擴大變速范圍的作用。這樣使得恒功率區增大，同時克服了低速時扭矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。

4
電動機與主軸一體化的傳動
這種類型的主軸通常也稱電主軸，電動機本身就是主軸。這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結構，提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電動機發熱對主軸影響較大。數控磨床的許多主軸都是采用這種方式，速度可以達到數萬轉每分鐘，一般這種主軸電動機都采用循環水冷卻系統進行冷卻。

02
數控機床主軸的調速方式
現代的大部分數控機床的主軸都具有調速功能，主軸調速是按照數控系統的控制指令白動執行的。為了能同時滿足對主傳動的調速和輸出扭矩的要求，數控機床常采用機電結合的方式，即同時采用電動機和機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大調速范圍。

1
電動機調速
用于主軸驅動的調速電動機主要有直流電動機和交流電動機兩大類。

直流電動機
直流電動機主軸調速由于主軸電動機要求輸出較大的功率，所以主軸直流電動機在結構上不適用永磁式，一般使用它激式。為縮小體積，改善冷卻效果，以免電動機過熱，常采用軸向強迫風冷或采用熱管冷卻技術。 

直流主軸電動機一般都采用轉速、電流雙閉環調速系統控制，可以保證主軸旋轉速度的穩定。

交流電動機
交流電動機主軸調速近年來，交流主軸電動機調速系統日益增多。主軸交流電動機多采用鼠籠式感應電動機，使用交流變頻控制主軸轉速。使用這種調速方式使主軸系統的維護要求和故障率都大大降低。

2
機械齒輪變速
用此種變速方式的機床通常采用電動機無級調速，使主軸齒輪箱的結構大大簡化，但其低速段的輸出扭矩常常無法滿足機床強力切削的要求。因此數控機床常采用1 ^-4擋齒輪變速與電動機無級調速相結合的方式，即所謂分段無級變速。采用機械齒輪減速，增大了輸出扭矩，并利用齒輪換擋擴大了調速范圍。 

機械齒輪白動換擋執行機構是一種電一機轉換裝置，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控機床的PLC控制，白動進行換擋。

3
數控機床主軸系統的常見故障
數控機床的主軸系統是一些機床(如數控車床、數控加工中心以及數控磨床等)的主要輔助裝置，主軸系統的故障也是數控機床的常見故障。當主軸系統出現故障時，通常有以下三種表現形式: 

1)在數控系統顯示器上顯示報警號和報警信息。 

2)在主軸驅動裝置上用報警燈或數碼顯示器顯示主軸驅動裝置的故障。 3)主軸工作不正常，但無任何報警。

主軸驅動系統的常見故障見表8-10

二西門子611A主軸驅動系統

01
西門子611A主軸驅動系統的基本構成
西門子SIMODRIVE611A主軸驅動裝置是交流模擬驅動裝置，與進給伺服裝置共用一個電源模塊，如圖8-1所示。主軸驅動模塊與電源模塊和進給伺服驅動模塊通過設備總線進行連接，與伺服進給模塊共用直流電壓母線。

西門子611A系列驅動裝置可以安裝多個主軸驅動模塊，每一個主軸驅動模塊都有獨立的液晶顯示器與操作按鍵，用于顯示驅動模塊的工作狀態與設定驅動裝置的內部數據。

西門子611A的主軸驅動模塊是由功率驅動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定參數，也可以顯示主軸系統運行狀態和報警代碼。

02
西門子611A主軸驅動系統的連接
西門子6ma系列主軸驅動模塊與外部連接的信號連接端了位于驅動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
主軸電動機電樞連接
主軸電動機電樞連接端了位于主軸驅動模塊的下方。在安裝、調試、檢修時需要注意保證驅動模塊的U2/V2/W2與電動機的UN/W一一對應，防止出現電動機“相序”的錯誤。

2
驅動使能與可定義輸入的連接
端子排X431連接驅動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連接主軸電動機的測速反饋，其信號描述見表8-5。

03
西門子611A主軸驅動系統的報警顯示信息
西門子611A主軸驅動系統出現故障時往往在控制模塊的液晶顯示器上顯示故障代碼，報警代碼在液晶顯示器的后4位顯示。發生故障時，顯示器的右邊第4位顯示“F"，右邊第3位、第2位顯示報警號代碼，右邊第1位顯示“二”符號時，代表驅動裝置存在一個故障;顯示“三”符號時，代表驅動裝置存在多個報警，這時可以通過主軸驅動模塊操作面板上的“+”鍵，查看其他報警代碼。西門子611A主軸驅動裝置常見的報警號以及可能的原因見表8-6。