第9章-数控诊修

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1、 第第9章主轴驱动系统故障诊断与维章主轴驱动系统故障诊断与维修修9.1主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围不同类型主轴系统的特点和使用范围9.3主轴驱动系统介绍主轴驱动系统介绍9.4主轴电动机驱动方式主轴电动机驱动方式9.5主轴准停控制主轴准停控制9.6交流伺服主轴驱动系统交流伺服主轴驱动系统电路分析电路分析9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法主轴伺服系统常见故障及诊断方法9.1主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述主轴驱动系统通过传动机构转变成主轴上安装的主轴驱动系统通过传动机构转变成主轴上安装的刀刀具或工件具或工件的切削力矩和切削速度，完成主运动的动的切削力矩和

2、切削速度，完成主运动的动力装置部分，配合进给运动加工出合格的零件。主力装置部分，配合进给运动加工出合格的零件。主运动是运动是零件加工的成形运动零件加工的成形运动，其精度对零件的，其精度对零件的加工加工精度精度影响较大。影响较大。数控机床主轴的工作运动通常是旋转运动，与进给数控机床主轴的工作运动通常是旋转运动，与进给轴的进给共同实现刀具与工件的快速相对切削运动。轴的进给共同实现刀具与工件的快速相对切削运动。早期的数控机床的主轴一般采用三相感应电动机早期的数控机床的主轴一般采用三相感应电动机+多级齿轮变速箱实现多级齿轮变速箱实现有级变速有级变速的驱动方式。现代数的驱动方式。现代数控机床对主轴传动提

3、出了更高的要求。控机床对主轴传动提出了更高的要求。下一页返回9.1主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述调速范围宽并实现无级变速调速范围宽并实现无级变速为保证加工时能选用合适的为保证加工时能选用合适的切削用量切削用量，为适应各种，为适应各种刀具、工序和各种材料刀具、工序和各种材料的加工要求，要求主轴能在的加工要求，要求主轴能在较宽的转速范围较宽的转速范围内根据数控系统的指令内根据数控系统的指令自动实现无自动实现无级调速级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。，并减少中间传动环节，简化主轴箱。目前主轴驱动装置的目前主轴驱动装置的恒转矩调速恒转矩调速范围已可达范围已可达 ，恒功率调速恒功率调速范围也可达

4、范围也可达 ，一般，一般过载过载倍时可持续工作。倍时可持续工作。上一页返回下一页9.1主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述恒功率范围宽恒功率范围宽主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。由于能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为主轴在低速段均为恒转矩输出恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分段无级变速的方法，以要，常采用分段无级变速的方法，以扩大输出转矩。扩大输出转矩。上一页返回下一

5、页9.1主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述具有象限驱动能力具有象限驱动能力要求主轴在要求主轴在正、反向转动正、反向转动时均可进行自动时均可进行自动加、减速加、减速控制，并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴控制，并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在内从静止加速到。可以在内从静止加速到。具有位置控制能力具有位置控制能力即具有进给功能即具有进给功能 （轴功能）和定向功能（轴功能）和定向功能 （准停（准停功能），以满足加工中心功能），以满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削纹切削及车削中心的某些加工工艺的需要及车削中心的某些加工工艺的需要。上一页返回下一页9.1主轴驱动

6、系统概述主轴驱动系统概述有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关。为了数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关。为了提高传动件的制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应提高传动件的制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增加采用高频感应加热淬火工艺以增加耐磨性耐磨性，最后一级一般用，最后一级一般用斜齿轮斜齿轮传动，使传动平稳。传动，使传动平稳。采用带传动时应采用采用带传动时应采用齿型带齿型带。为提高主轴组件的刚性，应采。为提高主轴组件的刚性，应采用用精度高的轴承及合理的支撑跨距精度高的

7、轴承及合理的支撑跨距。在结构允许的条件下，应适当在结构允许的条件下，应适当增加齿轮宽度增加齿轮宽度，提高齿轮的，提高齿轮的重重叠系数叠系数。变速滑移齿轮一般都用花键传动，采用内径定心。变速滑移齿轮一般都用花键传动，采用内径定心。侧面定心的花键对降低噪声更为有利侧面定心的花键对降低噪声更为有利，因为这种定心方式传，因为这种定心方式传动间隙小，接触面大，但需要采用专门的刀具和花键磨床加动间隙小，接触面大，但需要采用专门的刀具和花键磨床加工。工。上一页返回下一页9.1主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述良好的抗振性和热稳定性良好的抗振性和热稳定性在长时间在长时间持续切削、加工余量不均匀、运动部件不持续切

8、削、加工余量不均匀、运动部件不平衡及切削过程中的自振平衡及切削过程中的自振等，会使主轴等，会使主轴产生振动产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，甚至损坏刀具和主轴影响加工精度和表面粗糙度，甚至损坏刀具和主轴系统中的零件，使其无法工作。系统中的零件，使其无法工作。主轴系统的发热使其中的零部件产生主轴系统的发热使其中的零部件产生热变形热变形，降低，降低传动效率，影响零部件之间的相对位置精度和运动传动效率，影响零部件之间的相对位置精度和运动精度，从而造成加工误差。因此，主轴组件要有较精度，从而造成加工误差。因此，主轴组件要有较高的固有频率，较好的动平衡，且要保持合适的配高的固有频率，较好的动平衡，且要

9、保持合适的配合间隙，并要进行循环润滑。合间隙，并要进行循环润滑。上一页返回9.2不同类型主轴系统的特点和使用不同类型主轴系统的特点和使用范围范围普通鼠笼式异步电动机配齿轮变速箱普通鼠笼式异步电动机配齿轮变速箱这是这是最经济的最经济的一种主轴配置方式，但只能实现有级一种主轴配置方式，但只能实现有级调速。由于电动机始终工作在额定转速下，经齿轮调速。由于电动机始终工作在额定转速下，经齿轮减速后，在主轴减速后，在主轴低速下输出力矩大低速下输出力矩大，重切削能力强，重切削能力强，非常适合粗加工和半精工的要求。如果加工产品比非常适合粗加工和半精工的要求。如果加工产品比较单一，对主轴转速没有太高的要求，配置

10、在数控较单一，对主轴转速没有太高的要求，配置在数控机床上也能起到很好的效果；机床上也能起到很好的效果；它的它的缺点是噪声比较大缺点是噪声比较大，由于电动机工作在工频下，由于电动机工作在工频下，主轴转速范围不大，主轴转速范围不大，不适合有色金属切削和需要频不适合有色金属切削和需要频繁变换主轴速度的加工场合繁变换主轴速度的加工场合。返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用不同类型主轴系统的特点和使用范围范围普通鼠笼式异步电动机配简易型变频器普通鼠笼式异步电动机配简易型变频器可实现主轴的可实现主轴的无级调速无级调速，主轴电动机只有工作在，主轴电动机只有工作在以上时才能有比较满意的力矩输出，以上时

11、才能有比较满意的力矩输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况；一般采否则，特别是车床很容易出现堵转的情况；一般采用两挡齿轮或皮带变速，主轴仍然只能用两挡齿轮或皮带变速，主轴仍然只能工作在中高工作在中高速速范围。范围。因为受到普通电动机最高转速的限制，主轴的转速因为受到普通电动机最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限制。这种方案适用于需要无级调范围受到较大的限制。这种方案适用于需要无级调速但速但对低速和高速都无要求的场合对低速和高速都无要求的场合。上一页返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用不同类型主轴系统的特点和使用范围范围普通鼠笼式异步电动机配通用变频器普通鼠笼式异步电动机配通用