1、第五章數控機床主軸驅動系統與維修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，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。本章主要內容：介紹數控機床主軸驅動系統組成及特點、分類等；介紹了通用變頻器及典型系統變頻主軸的連接線路、相關參數等；簡介了通用變頻主軸、伺服主軸的主要故障及處理方法，并介紹了一些維修實例。51 概述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

2、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。數控機床對主軸驅動系統的要求機床的主軸驅動和進給驅動有較大的差別。機床主軸的工作運動通常是旋轉運動，不像進給驅動需要絲杠或其它直線運動裝置作往復運動。數控機床通常通過主軸的回轉與進給軸的進給實現刀具與工件的快速的相對切削運動。在20 紀 60-70年代，數控機床的主軸一般采用三相感應電動機配上多級齒輪變速箱實現有級變速的驅動方式。隨著刀具技術、生產技術、加工工藝以及生產效率的不斷發展，上述傳統的主軸驅動已不能滿足生產的需要。現代數控機床對主軸傳動提出了更高的要求：1、調速范圍寬并實現無極調速44為保

3、證加工時選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。特別對于具有自動換刀功能的數控加工中心，為適應各種刀具、工序和各種材料的加工要求，對主軸的調速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉速范圍內根據數控系統的指令自動實現無級調速，并減少中間傳動環節，簡化主軸箱。目前主軸驅動裝置的恒轉矩調速范圍已可達1 100，恒功率調速范圍也可達1 30，一般過載 1.5 倍時可持續工作達到30min 。主軸變速分為有級變速、 無級變速和分段無級變速三種形式，其中有級變速僅用于經濟型數控機床，大多數數控機床均采用無級變速或分段無級變速。在無級變速中，變頻調速主軸一般用于普及型數控機床，交流伺服主軸則

4、用于中、高檔數控機床。2、恒功率范圍要寬主軸在全速范圍內均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內提供主軸電動機的最大功率。由于主軸電動機與驅動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉矩輸出。為滿足數控機床低速、強力切削的需要，常采用分級無級變速的方法（即在低速段采用機械減速裝置），以擴大輸出轉矩。3、具有 4 象限驅動能力要求主軸在正、反向轉動時均可進行自動加、減速控制，并且加、減速時間要短。目前一般伺服主軸可以在1 秒內從靜止加速到6000r/min 。4、具有位置控制能力即進給功能（C 軸功能）和定向功能 （準停功能），以滿足加工中心自動換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車削中心的某些加工工藝的需要。

5、5、具有較高的精度與剛度，傳動平穩，噪音低。數控機床加工精度的提高與主軸系統的精度密切相關。為了提高傳動件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動時齒輪齒面應采用高頻感應加熱淬火工藝以增加耐磨性。45最后一級一般用斜齒輪傳動，使傳動平穩。采用帶傳動時應采用齒型帶。應采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提高主軸的組件的剛性。在結構允許的條件下，應適當增加齒輪寬度，提高齒輪的重疊系數。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動，采用內徑定心。側面定心的花鍵對降低噪聲更為有利，因為這種定心方式傳動間隙小，接觸面大，但加工需要專門的刀具和花鍵磨床。6、良好的抗振性和熱穩定性。數控機床加工時，可能由于持續切削、加工余量不均勻、

6、運動部件不平衡以及切削過程中的自振等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至可能損壞刀具和主軸系統中的零件，使其無法工作。主軸系統的發熱使其中的零部件產生熱變形，降低傳動效率，影響零部件之間的相對位置精度和運動精度，從而造成加工誤差。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進行循環潤滑。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

7、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，日本發那克公司的系列等。1、普通籠型異步電動機配齒輪變速箱46這是最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

8、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最高轉速的限制，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

9、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，但同樣受最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

10、 、400V 可選；輸出功率： 1.5-18.5KW ；變頻范圍 2-200Hz ；（最高轉速 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47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。5、伺服

11、主軸驅動系統伺服主軸驅動系統具有響應快、速度高、過載能力強的特點，還可以實現定向和進給功能， 當然價格也是最高的， 通常是同功率變頻器主軸驅動系統的2-3 倍以上。伺服主軸驅動系統主要應用于加工中心上，用以滿足系統自動換刀、 剛性攻絲、主軸 C 軸進給功能等對主軸位置控制性能要求很高的加工。6、電主軸電主軸是主軸電動機的一種結構形式，驅動器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅動器。電主軸由于電機和主軸合二為一，沒有傳動機構，因此，大大簡化了主軸的結構，并且提高了主軸的精度，但是抗沖擊能力較弱，而且功率還不能做得太大，一般在 10KW 以下。由于結構上的優勢，電主軸主要向高速方向發展，一般在 1

12、0000r/min 以上。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，48恒線速加工， G95 轉進

13、給等）。注：當機床主軸驅動單元使用了帶速度反饋的驅動裝置以及標準主軸電機時，主軸可以根據需要工作在伺服狀態。此時，主軸編碼器作為位置反饋元件使用。5.2 通用變頻主軸驅動裝置及維修隨著交流調速技術的發展， 目前數控機床的主軸驅動多采用交流主軸電動機配變頻器控制的方式。目前作為主軸驅動裝置市場上流行的變頻器有德國西門子公司、日本三肯、安川等。下面以西門子（ MM420 ）為例，講解模擬量控制主軸運動裝置的工作原理、端部接線、功能參數的設定、相關數控系統參數的設定及維修技術。MM420 西門子的供電電源電壓為三相交流 （380V 至 480V ）或單相交流（200V至 240V ），具有現場總線接

14、口的選件，功率范圍： 0.12KW 11KW ；控制：線性 v/f 控制特性，多點設定的 v/f 控制特性， FCC （磁通電流控制）。過程控制：內置 PI 控制器。輸入： 3 個數字輸入， 1 個模擬輸入。輸出： 1 個模擬輸出， 1 個繼電器輸出。與自動化系統的接口：是SIMATICS7-200,SIMATIC S7-300/400（TIA ）或 SIMOTION 自動化系統的理想配套設備。MM420 變頻器接線方框圖如下：49圖 5-1 MM420 變頻器接線方框圖1）變頻器主電路主電路的功能是將固定頻率（50-60HZ ）的交流電轉換成頻率連續可調（ 0-400HZ ）的三相交流電，包

15、括交-直電路、制動單元電路及直交電路。MM42050變頻器主電路輸入端子有三相或單相可選，為 L、N 或 L1 、L2、L3 ，輸出端子為 U、V、W。2）變頻器控制回路功能及端子接線掌握變頻器控制回路接線端子功能在維修中是非常重要的，西門子變頻器的控制端子有開關量輸入控制端子（ 5、 6、 7、 8），主要用于控制電機的正反向運行等功能；模擬量輸入端子（ 3、4），主要用于控制接受 0-10V 的模擬量信號；報警信號輸出（ 10 、11）。其中多功能端子 5、 6、 7的具體功能是分別由變頻器參數 P0701 、 P0702 、P0703 等設定，以數控系統 802C 為例，根據西門子 80

16、2C PLC 程序的主軸控制輸出特點，其相應的端子功能設定如下表：表 5.1 變頻器控制端子功能設定參數3）變頻器輸入接線實際使用注意事項:（ 1）根據變頻器輸入規格選擇正確的輸入電源。（ 2）變頻器輸入側采用斷路器 (不宜采用熔斷器 )實現保護 ,其斷路器的整定值應按變頻器的額定電流選擇而不應按電動機的額定電流來選擇。（ 3） 變頻器三相電源實際接線無需考慮電源的相序。（ 4）面板上的 SDP 有兩個 LED ，用于顯示變頻器當前的運行狀態變頻器輸出接線實際使用注意事項：（ 1）輸出側接線須考慮輸出電源的相序。若相序錯誤，將會造成主軸電機反51115% 是，驅動器將發出報警并進行保護。轉，機

17、床不能正常加工而報警。（ 2）實際接線時 ,決不允許把變頻器的電源線接到變頻器的輸出端。 若接反了，會燒毀變頻器。（ 3）一般情況下 ,變頻器輸出端直接與電動機相連 ,無需加接觸器和熱繼電器。4）通用變頻器常見報警及保護為了保證驅動器的安全， 可靠的運行，在主軸伺服系統出現故障和異常等情況時，設置了較多的保護功能，這些保護功能與主軸驅動器的故障檢測與維修密切相關。當驅動器出現故障時，可以根據保護功能的情況，分析故障原因。接地保護在伺服驅動器的輸出線路以及主軸內部等出現對地短路時， 可以通過快速熔斷器間切斷電源，對驅動器進行保護。過載保護當驅動器、 負載超過額定值時， 安裝在內部的熱開關或主回路

18、的熱繼電器將動作，對進行過載保護。速度偏差過大報警當主軸的速度由于某種原因， 偏離了指令速度且達到一定的誤差后，將產生報警，并進行保護。瞬時過電流報警當驅動器中由于內部短路、 輸出短路等原因產生異常的大電流時， 驅動器將發出報警并進行保護。速度檢測回路斷線或短路報警當測速發電動機出現信號斷線或短路時，驅動器將產生報警并進行保護。速度超過報警當檢測出的主軸轉速超過額定值的52勵磁監控如果主軸勵磁電流過低或無勵磁電流，為防止飛車， 驅動器將發出故障并進行保護。短路保護當主回路發生短路時，驅動器可以通過相應的快速熔斷器進行短路保護。相序報警當三相輸入電源相序不正確或缺相狀態時，驅動器將發出報警。變頻

19、器出現保護性的故障時（也叫報警），首先通過變頻器自身的指示燈以報警的形式反映出內容，具體說明見表 8.2。表 5.2 變頻器常見報警報警時的報警名稱動作內容LED 顯示檢測到變頻器輸出電路對地短路時動作（一般為 30kW）。而對 22kW變頻器發生對地短路時，作對地短路 對地短路故障 為過電流保護動作。 此功能只是保護變頻器。 為保護人身和防止火警事故等應采用另外的漏電保護繼電器或漏電短路器等進行保護。加速時過電壓由于再生電流增加，使主電路直流電壓達到過電壓檢過電壓減速時過電流出值（有些變頻器為 800VDC ）時，保護動作。（但是：如果由變頻器輸入側錯誤地輸入控制電路電壓值恒速時過電流時，將

20、不能顯示此報警）欠電壓欠電壓電源電壓降低等使主電路直流電壓低至欠電壓檢出53值（有點變頻器為400VDC ）以下時，保護功能動作。注意：當電壓低至不能維持變頻器控制電路電壓值時，將不顯示報警。連接的 3 相輸入電源 L1/R 、L2/S 、L3/T 中任何 1 相缺時，有點變頻器能在 3 相電壓不平衡狀態下運行，電源缺相電源缺相 但可能造成某些器件 （如：主電路整流二極管和主濾波電容器損壞） ，這種情況下，變頻器會報警和停止運行。如內部的冷卻風扇發生故障， 散熱片溫度上升， 則產散熱片過熱生的保護動作變頻器內部過如變頻器內通風散熱不良等， 則其內部溫度上升， 保過熱熱護動作當采用制動電阻且使用

21、頻度過高時，會使其溫度上制動電阻過熱升，為防止制動電阻燒損（有點會有“叭”的很大的爆炸聲），保護動作當控制電路端子連接控制單元、制動電阻、外部熱繼外部報警外部報警 電器等外部設備的報警常閉接點時， 按這些節點的信號動作。當電動機所拖動的負載過大使超過電子熱繼電器的電動機過負載電流超過設定值時，按反時限性保護動作。過載此報警一般為變頻器主電路半導體元件的溫度保護，變頻器過負載按變頻器輸出電流超過過載額定值時保護動作。54通訊錯誤RS 通信錯誤當通信時出錯，則保護動作。5.3 西門子數控系統與主軸裝置的連接802C 系統的 ENC 最多控制 3個模擬坐標軸和一個模擬主軸。1、西門子 802C 數控

22、系統和 MM420 變頻器的連接圖5-2西門子 802C 數控系統和 MM420 變頻器的連接802C 系統通過 X7軸接口中的 A04/GND4 模擬量輸出端口可控制主軸轉速，當系統接受主軸旋轉指令后， 在輸出口輸出 0-10V 的模擬量電壓， 同時 PLC 輸出 Q0.0 、 Q0.1 控制主軸裝置的正反轉及停止， 一般定義高電平有效， 這樣當 Q0.0 輸出高電平時可控制主軸裝置正轉 , Q0.0 、 Q0.1 同時為高電平時 ,主軸裝置反轉 ,二者都為低電平時 ,主軸裝置停止停轉。數控系統 X5 口接受主軸編碼器反饋回來的信號， 主要用來速度檢測和螺紋切削55加工，對于普通主軸變頻器和

23、系統的連接除了硬件上接線外，系統和變頻器的參數設置也非常重要。2、802D 數控系統中 變頻器與 611U 伺服驅動的連接802D 數控系統配置變頻主軸時 ,變頻器 0-10V 的指令電壓是通過 611UE 的X411端口上的 75.A 和 15給出的 ,正反轉指令是通過 X453 端口上的 Q0.A 和Q1.A 給出的，具體接線如下：圖 5-3 802D 數控系統中變頻器與611U 伺服驅動的連接3、802C 系統主軸 相關參數設置根據不同的機床類型，通過設定主軸參數，使機床具有各種豐富的功能。主軸參數正確與否，直接影響機床的正常運行如果。采用交流電機加變頻器，或者采用伺服主軸；在加工螺紋或

24、每轉進給編程時， 則機床數據 MD30130 設為 1。MD30134為 1 時，Q0.0= 伺服使能，Q0.1= 負方向運行，也就是當 Q0.0=1 時主軸正轉，Q0.0=1 、 Q0.1=1 時，主軸反轉。當 MD30134=2 時， Q0.0= 伺服使能正方向運行， Q0.1= 伺56服使能負方向運行。表 5.3 802C 系統主軸 相關參數軸參數名單位軸值參數定義參數號30130CTRLOUT-TSP1/0有 /無 -10V10V模擬量輸YPE出30134IS-UNIPOLASP0雙極性主軸 Q0.0和 Q0.1R-OUTPUT可以由 PLC 使用1單極性主軸 Q0.0和 Q0.1不可

25、以由 PLC 使用2單極性主軸 Q0.0和 Q0.1不可以由 PLC 使用30200NUM-ENCS0主軸有 /無編碼器反饋30240ENC-TYPESP2主軸帶測量系統類型31020ENC-RESOLSP102編碼器每轉脈沖數432260RATEDRPMSP300主軸額定轉速VELO036200AXVELOMM/SP3 主軸最大監控速度LIMITMIN300036300MAENCHZSP5 主軸監控頻率FPEQ LIMIT500057除了這些主軸相關參數外， 還有與主軸機械換檔相關的參數設置，這里不一一表述，具體內容參看調試說明書。5.4華中世紀星 HNC-21TF 系統主軸的連接華中世紀星

26、 HNC-21TF 系統的 XS9 為主軸控制接口，包括主軸速度模擬電壓指令輸出和主軸編碼器反饋輸入，其信號定義如下表圖1-1 。圖 5-4 HNC-21TF 系統主軸接口表 5.4 主軸接口引腳說明信號名說明SA+ 、 SA-主軸編碼器 A 相位反饋信號SB+ 、 SB-主軸編碼器 B 相位反饋信號SZ+ 、SZ-主軸編碼器 Z 脈沖反饋+5V 、-5V 地DC5V 電源AOUT1主軸模擬量指令 -10V+10V輸出AOUT2主軸模擬量指令 0+10V 輸出GND模擬量輸出地58系統與變頻器的連接如下：圖 5-5 主軸變頻器與 CNC( 華中世紀星 )系統連接圖系統通過 XS9 主軸接口中的

27、模擬量輸出可控制主軸轉速， 其中 AOUT1 的輸出范圍為 -10V +10V ，用于雙極性速度指令輸入的主軸驅動單元或變頻器，這時采用使能信號控制主軸的啟停； AOUT2 的輸出范圍為 0+10V ， 用于單極性速度指令輸入的主軸驅動單元或變頻器， 這時采用主軸正轉、 主軸反轉信號控制主軸的正反轉，負載電流： 最大 10mA ；主軸編碼器連接通過主軸接口 XS9 ， 可外接主軸編碼器用于螺紋切割攻絲等，本數控裝置可接入兩種輸出類型的編碼器，差分TTL 方波或單極性 TTL 方波，一般建議使用差分編碼器從而確保長的傳輸距離的可靠性及提高抗干擾能力，主軸編碼器接口電源輸出： +5V 最大 200

28、mA 。1、主軸啟停59主軸啟停控制由 PLC 承擔，標準銑床 PLC 程序和標準車床 PLC 程序中關于主軸啟停控制的信號如下表所示。表 5.5主軸啟停 PLC 接口信號信號說明標號（ X/Y 地址）所有借口信號名腳號銑車輸入開關量主軸速度到達X3.1X3.1XS11I2523主軸零速X3.2I2610輸出開關量主軸正轉Y1.0Y1.0XS200089主軸反轉Y1.1Y1.100921利用 Y1.0 Y1.1輸出即可控制主軸裝置的正、 反轉及停止，一般定義接通有效，這樣當 Y1.0 接通時可控制主軸裝置正轉,Y1.1 接通時 ,主軸裝置反轉 ,二者都不接通時 ,主軸裝置停止旋轉。 在使用某些

29、主軸變頻器或主軸伺服單元時也用Y1.0 Y1.1作為主軸單元的使能信號。2、主軸速度控制HNC-21 通過 XS9 主軸接口中的模擬量輸出可控制主軸轉速，其中 AOUT1 的輸出范圍為 -10V +10V 用于雙極性速度指令輸入的主軸驅動單元或變頻器，這時采用使能信號控制主軸的啟、停； AOUT2 的輸出范圍為 0+10V ，用于單極性速度指令輸入的主軸驅動單元或變頻器，這時采用主軸正轉、主軸反轉信號控制主軸的正、反轉和停止。3、主軸換檔控制主軸自動換檔通過 PLC 控制完成 , 標準銑床 PLC 程序和標準車床 PLC 程序中關于主軸換檔控制的信號如下表所示。表 5.6 自動換檔 PLC 接

30、口信號60信號說明標號（ X/Y 地址）所有借口信號名腳號銑車輸入開關量主軸一檔到位X2.0X2.0I165主軸二檔到位X2.1X2.1XS10I1717主軸三檔到位X2.2I184主軸四檔到位X2.3I1916輸出開關量主軸一檔到位Y1.4Y1.40127主軸二檔到位Y1.5Y1.5XS2001319主軸三檔到位Y1.60146主軸四檔到位Y1.7015185.5FANUC 0i Mate數控系統主軸驅動的連接FANUC0i Mate系統主軸控制可分為 主軸串行輸出 /主軸模擬輸出 （Spindleserial output/Spindle analog output）。用模擬量控制的主軸驅

31、動單元（如變頻器 ）和電動機稱為模擬主軸，主軸模擬輸出接口只能控制一個模擬主軸。按串行方式傳送數據（CNC 給主軸電動機的指令） 的接口稱為串行輸出接口；主軸串行輸出接口能夠控制兩個串行主軸，必須使用FANUC 的主軸驅動單元和電動機。1、FANUC 0i MateC數控系統模擬主軸的連接如下圖：61圖 5-6 802C 系統與變頻器的連接系統與主軸相關的系統接口有：JA40 ：模擬量主軸的速度信號接口 （010V ），CNC 輸出的速度信號 （0-10V ）與變頻器的模擬量頻率設定端連接，控制主軸電機的運行速度。JA7A ：串行主軸 /主軸位置編碼器信號接口，當主軸為串行主軸時，與主軸變頻器

32、的 JA7B 連接，實現主軸模塊與CNC 系統的信息傳遞；當主軸為模擬量主軸時，該接口又是主軸位置編碼的主軸位置反饋接口。2、FANUC Oi Mate主軸相關參數表 5.7 FANUC Oi Mate 主軸相關參數參數號符號意義0i-Mate3701/1ISI使用串行主軸O3701/4SS2用第二串行主軸O3705/0ESFS和SF的輸出O623705/1GSTSOR 信號用于換擋 /定向3705/2SGB換擋方法 A，B3705/4EVSS和SF的輸出O3706/4GTT主軸速度擋數（ T/M 型）3706/6,7CWM/TCWM03/M04 的極性O3708/0SAR檢查主軸速度到達信號

33、O3708/1SAT螺紋切削開始檢查 SARO3730主軸模擬輸出的增益調整O3731主軸模擬輸出時電壓偏移的補償O3732定向 /換擋的主軸速度O3735主軸電機的允許最低速度3736主軸電機的允許最低速度3740檢查 SAR 的延時時間O3741第一擋主軸最高速度O3742第二擋主軸最高速度O3743第三擋主軸最高速度O3744第四擋主軸最高速度O3751第一至第二擋的切換速度3752第二至第三擋的切換速度3771G96 的最低主軸速度O3772最高主軸速度O4019/7主軸電機初始化O4133主軸電機代碼O631）FANUC 0i 的模擬主軸設置和siemens802s/c的模擬主軸設置

34、基本類似，也可以分為單極性主軸和雙極性主軸。單/雙極性主軸的設置首先通過CNC 主軸參數 3706#6 、 #7 設置極性。TCW 、 CWM 為主軸速度輸出時電壓極性。其次，通過變頻器參數選擇頻率控制輸入信號的類型，以FUJI FRENIC-Multi為例，設置 F01 為 1。F01 ， C30 分別是頻率設定，頻率設定選擇頻率設定的設定方法。64通過端子 12 輸入兩極（DC0 ±10V ）的模擬電壓時， 請將功能代碼 C35 設置為 0 。C35 的數據為 1 時僅 DC0 +10V 有效，負極輸入DC0 -10V 視為 0(零)V 。端子 C1 通過接口印刷電路板上的開關S

35、W7 和功能代碼E5 的設定，可作為電流輸入 (C1 功能 )或電壓輸入（V2 功能）使用。除了本設定以外，還有優先級較高的設定手段 （通信、多段頻率等）。有關詳情，請參照 FRENIC-Multi用戶手冊。2）參數 NO.3735 設定主軸電機最低箝制速度，參數 NO.3736 設定主軸電機最高箝制速度，設定數據的范圍為：04095 。但是，主軸電機箝制速度的設定并不是一直有效的，如果指定了恒表面速度控制功能或 GTT （ NO.3706. 4），這兩個參數無效。在這種情況下，不能指定主軸電機的最大箝制速度。 但是可以由參數NO.3772 （第一軸）、NO.380 2（第二軸） 、NO.38

36、22 （第三軸）設定主軸最大速度。653）數控機床一般采用手動換檔和自動換檔兩種方式，前一種方式是在主軸停止后，根據所需要的主軸速度人工撥動機械檔位至相應的速度范圍；后者，首先執行 S 功能，檢查所設定的主軸轉速，然后根據所在的速度范圍發出信號，一般采用液壓方式換到相應的檔位。所以在程序當中或使用MDI 方式， S 功能應該寫在M3（ M4）之前，在某些嚴格要求的場合，S 指令要寫在 M3（M4 ）的前一行，使機床能夠先判斷、切換檔位后啟動主軸。對手動換檔機床，當S 功能設定的主軸速度和所在檔位不一致時， M3 （M4 ）若寫在 S 功能前，可以看到主軸首先轉動，然后立即停止，再報警的情況，這

37、對機床有一定的傷害。因此，應注意書寫格式。對每一個檔位，都需要設置它的主軸最高轉速，這是由參數NO.3741、NO.3742 、NO.3743 和 NO.3744 （齒輪檔 1、2、3 和 4 的主軸最高轉速）所設定的，它們的數據單位是 min-1 ，數據范圍： 032767 。顯然，參數的設置是和實際機床的齒輪變比有關系，當選定了齒輪組后，相應的參數也就能夠設定了。如果M 系選擇了 T型齒輪換檔（恒表面速度控制或參數 GTT（NO.3706#4 ）設定為 1），還必須設定參數 NO.3744 。即使如此，剛性攻絲也只能用 3 檔速度。檔位的選擇，由參數 NO.3751 （檔 1檔 2 切換點

38、的主軸電機速度）、參數 NO.3752 （檔 2檔 3 切換點的主軸電機速度）決定，其數據范圍： 04095 ，其設定值為：這兩個參數的設定要考慮到主軸電機轉速和扭矩。另外，要注意在攻絲循環時的檔位切換有專用的參數： 參數 NO.3761 （攻絲循環時檔 1檔 2 切換點的主軸電機速度）、參數 NO.3762 （攻絲循環時檔 1檔 2 切換點的主軸電機速度），其數據單位： rpm，數據范圍： 032767 。而不由參數 NO.3751 、 NO.3752 決定。5)主軸速度到達信號SAR 是 CNC 啟動切削進給的輸入信號。該信號通常用于切削進給必須在主軸達到指定速度后方能啟動的場合。66此時

39、，用傳感器檢測主軸速度。 所檢測的速度通過PMC 送至 CNC 。當用梯形圖連續執行以上操作時，如果主軸速度改變指令和切削進給指令同時發出時，則 CNC 系統會根據表示以前主軸狀態（主軸速度改變前）的信號SAR ，錯誤啟動切削進給。 為避免上述問題，在發出 S 指令和切削進給指令后， 對 SAR 信號進行延時監測。延遲時間由參數No.3740設定。使用 SAR 信號時，需將參數No.3708第 0 位（ SAR ）設定為 1。當該功能使切削進給處于停止狀態時，診斷畫面上的No.06 （主軸速度到達檢測）保持為 1。5.6 串行數字控制的主軸驅動裝置的連接不同數控系統的串行數字控制的主軸驅動裝置

40、是不同的，下面以 FANUC 公司產品系列為例，說明主軸驅動裝置的功能連接及設定、調整。圖 5-7 Fanuc 0i 主軸連接示意圖電源模塊原理及作用 (FANUC 系統系列)67圖 5-8 電源模塊主電路電源模塊將 L1 、L2 、L3 輸入的三相交流電（200V ）整流、濾波成直流電（ 300V ），為主軸驅動模塊和伺服模塊提供直流電源； 200R 、200S 控制端輸入的交流電轉換成直流電（ DC24V 、DC5V ），為電源模塊本身提供控制回路電源；通過電源模塊的逆塊把電動機的再生能量反饋到電網，實現回饋制動。1、FANUC 系統系列電源模塊的端子功能68圖 5-9FANUC的系列的電

41、源模塊 DC Link 盒：直流電源（ DC300V ）輸出端，該接口與主軸模塊、伺服模塊的直流輸入端連接。狀態指示窗口（） ：（綠色）表示電源模塊控制電源工作（紅色）表示電源模塊故障表示電源模塊未啟動表示電源模塊啟動就緒69表示電源模塊報警信息控制電路電源輸入200V 、 3.5A：交流輸出，該端口與主軸模塊的 /：均為輸出直流母排電壓顯示（充電批示燈）：該指示燈完全熄滅后才能對模塊電纜進行各種操作。 JX1B ：模塊之間的連接接口。與下一個模塊的接口 JX1A 相連。進行各模塊之間的報警住處及使能信號的傳遞。 最后一個模塊的 JX1B 必須用短接盒 （5、6）腳短接）將模塊間的使能信號短接

42、，否則系統報警。 CX3 ：主電源 MCC （常開點）控制信號接口。一般用于電源模塊三相交流電源輸入主接觸器的控制。 CX4 ：*ESP 急停信號接口。 一般與機床操作面板的急停開關的常閉點相接，不用該信號時，必須將 CX4 短接，否則系統處于急停報警狀態。：再生制動電阻的選擇開關檢測腳的測試端： IRIS 為電源模塊交流輸入（ L1、L2）的瞬時電流值； 24V 、 5V 分別為控制電路電壓的檢測端。 ：三相交流輸入，一般與三相伺服變壓器輸出端連接。2、FANUC 系統系列電源模塊的連接70DCLink ：DC300V輸出，連接到主軸模塊及進給模塊CX1A：交流 200V控制電源輸入，連接到機床控制變壓器CX1B：交流 200V電壓輸出，CX2A、CX2B：直流電連接到主軸模塊的 CX1A壓 DC24V輸出，連接到主軸模塊的 CX2AJX1B：模塊之間信息連接，CX3：MCC動作確認信連接到主軸模塊的 JX1ACX4：系統急停信號， 連接號，連接到主接觸器到機床面板的急停開關的控制線圈回路中L1、 L2、 L3：三相交流電源輸入，經接觸器連接