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數控機床主軸驅動系統故障維修

發布時間：2023-04-28

數控機床的主軸驅動系統也就是主傳動系統，它的性能直接決定了加工工件的表面質量，它結構復雜，機、電、氣聯動，故障率較高，它的可靠性將直接影響數控機床的安全和生產率。因此，在數控機床的維修和維護中，主軸驅動系統顯得很重要。 維修人員根據維修單，到現場進行故障詢問調查，確定維修方案、擬定維修工作計劃、計劃工時和費用；通過查閱數控機床PLC的相關顯示界面和電路原理圖、數控系統和就變頻器說明書等維修資料，分析故障原因；使用通用工具及萬用表，檢測判斷故障部位，在機床現場快速排除故障，填寫維修記錄并交接驗收。

主軸相關知識

數控機床主軸驅動系統是數控機床的大功率執行機構，其功能是接受數控系統(CNC)的S碼速度指令及M碼輔助功能指令，驅動主軸進行切削加工。它包括主軸驅動裝置、主軸電動機、主軸位置檢測裝置、傳動機構及主軸。通常主軸驅動被加工工件旋轉的是車削加工，所對應的機床是車床類；主軸驅動切削刀具旋轉的是銑削加工，所對應的機床是銑床類。

主軸系統分類及特點

全功能數控機床的主傳動系統大多采用無級變速。目前，無級變速系統根據控制方式的不同主要有變頻主軸系統和伺服主軸系統兩種，一般采用直流或交流主軸電機，通過帶傳動帶動主軸旋轉，或通過帶傳動和主軸箱內的減速齒輪(以獲得更大的轉矩)帶動主軸旋轉。另外根據主軸速度控制信號的不同可分為模擬量控制的主軸驅動裝置和串行數字控制的主軸驅動裝置兩類。模擬量控制的的主軸驅動裝置采用變頻器實現主軸電動機控制，有通用變頻器控制通用電機和專用變頻器控制專用電機兩種形式。目前大部分的經濟型機床均采用數控系統模擬量輸出+變頻器+感應（異步）電機的形式，性價比很高，這時也可以將模擬主軸稱為變頻主軸。串行主軸驅動裝置一般由各數控公司自行研制并生產，如西門子公司的611系列，日本發那克公司的α系列等。

1、普通籠型異步電動機配齒輪變速箱

這是Z經濟的一種方法主軸配置方式，但只能實現有級調速，由于電動機始終工作在額定轉速下，經齒輪減速后，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強，非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工產品比較單一，對主軸轉速沒有太高的要求，配置在數控機床上也能起到很好的效果；它的缺點是噪音比較大，由于電機工作在工頻下，主軸轉速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場合。

2、普通籠型異步電動機配簡易型變頻器

可以實現主軸的無級調速，主軸電動機只有工作在約500轉/分鐘以上才能有比較滿意的力矩輸出，否則，特別是車床很容易出現堵轉的情況，一般會采用兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸仍然只能工作在中高速范圍，另外因為受到普通電動機Z高轉速的限制，主軸的轉速范圍受到較大的限制。

這種方案適用于需要無級調速但對低速和高速都不要求的場合，例如數控鉆銑床。國內生產的簡易型變頻器較多。

3、通籠型異步電動機配通用變頻器

目前進口的通用變頻器，除了具有U/f曲線調節，一般還具有無反饋矢量控制功能，會對電動機的低速特性有所改善，配合兩級齒輪變速，基本上可以滿足車床低速（100—200轉/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受Z高電動機速度的限制。這是目前經濟型數控機床比較常用的主軸驅動系統。

4、專用變頻電動機配通用變頻器

一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進給的功能，是非常有競爭力的產品。以先馬YPNC系列變頻電動機為例，電壓：三相200V、220V、380V、400V可選；輸出功率：1.5-18.5KW；變頻范圍2-200Hz；（Z高轉速r/min）；30min150%過載能力；支持V/f控制、V/f+PG（編碼器）控制、無PG矢量控制、有PG矢量控制。提供通用變頻器的廠家以國外公司為主，如：西門子、安川、富士、三菱、日立等。

中檔數控機床主要采用這種方案，主軸傳動兩擋變速甚至僅一擋即可實現轉速在100—200r/min左右時車、銑的重力切削。一些有定向功能的還可以應用與要求精鏜加工的數控鏜銑床，若應用在加工中心上，還不很理想，必須采用其他輔助機構完成定向換刀的功能，而且也不能達到剛性攻絲的要求。

安裝電主軸的機床主要用于精加工和高速加工，例如高速精密加工中心。另外，在雕刻機和有色金屬以及非金屬材料加工機床上應用較多，這些機床由于只對主軸高轉速有要求，因此，往往不用主軸驅動器。

就電氣控制而言，機床主軸的控制是有別于機床伺服軸的。一般情況下，機床主軸的控制系統為速度控制系統，而機床伺服軸的控制系統為位置控制系統。換句話說，主軸編碼器一般情況下不是用于位置反饋的（也不是用于速度反饋的），而僅作為速度測量元件使用，從主軸編碼器上所獲取的數據，一般有兩個用途，其一是用于主軸轉速顯示；其二是用于主軸與伺服軸配合運行的場合（如螺紋切削加工，恒線速加工，G95轉進給等）。

（來源：大牛數控技術）