08-数控机床主轴的驱动-hqg

1、HQH1226QQ.COM 2013年年1月月17日日 韩庆国韩庆国 吉林航空工程学校 机械工程系 欢迎数控维修班欢迎数控维修班 各位老师光临吉林航各位老师光临吉林航 空工程校空工程校 QQ:410080075 2 08-08-数控机床主轴的驱动数控机床主轴的驱动 1.伺服与变频器的区别伺服与变频器的区别 2.数控机床主轴传动系统简介数控机床主轴传动系统简介 3.变频器的连接及调试变频器的连接及调试 4.主轴的制动原理主轴的制动原理 5.主轴的定向主轴的定向 QQ:410080075 3 一、伺服与变频器的区别一、伺服与变频器的区别 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控伺服的基本

2、概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控 制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进 行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行 控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机 是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的 交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制， 很难

3、做到很大的功率，十几很难做到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格及其昂贵，以上的同步伺服价格及其昂贵， 这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多 驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就 是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频 之争。之争。 QQ:410080075 4 一、变频电机和普通电机的区别一、变频电机和普通电机的区别 目前国内厂家生产变频专用电机尚没有制定统一的标准。基本上是以自

4、行研目前国内厂家生产变频专用电机尚没有制定统一的标准。基本上是以自行研 制开发为主的。与普通电机主要区别是：制开发为主的。与普通电机主要区别是： （1）、采用原有机座号和各种标准尺寸。这就为选择和应用提供了方便。）、采用原有机座号和各种标准尺寸。这就为选择和应用提供了方便。 在选择变频专用电机时可以按照普通异步电动机的标准尺寸选择。在选择变频专用电机时可以按照普通异步电动机的标准尺寸选择。 （2）、采用强迫风冷，在电动机的端部配有专用的风桶，装有风机，对电）、采用强迫风冷，在电动机的端部配有专用的风桶，装有风机，对电 机进行强迫风冷。因为变频调速在低速时会出现散热不良的问题。机进行强迫风冷。因

5、为变频调速在低速时会出现散热不良的问题。 （3）、磁路或材料适当改进对高次谐波抑制效果更好一些，在低速时保证）、磁路或材料适当改进对高次谐波抑制效果更好一些，在低速时保证 有足够的转矩输出。有足够的转矩输出。 （4）、增加绝缘等级，由）、增加绝缘等级，由E级改为级改为F级。级。 由于标准尚不统一，所以详细的技术规范对各生产厂来说一般不对外公布。由于标准尚不统一，所以详细的技术规范对各生产厂来说一般不对外公布。 所以只能做一些定性和形式上的描述。简单的变频电机在普通电机上加装风所以只能做一些定性和形式上的描述。简单的变频电机在普通电机上加装风 机即可。机即可。 QQ:410080075 5 一、

6、变频电机和普通电机的区别一、变频电机和普通电机的区别 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技 术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机 的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺 服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控 制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式 交流伺服

7、电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似 （脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较 大的差异。大的差异。 QQ:410080075 6 二、二、概述概述 主轴驱动系统就是在系统中完成主运动的动力装置部分主轴驱动系统就是在系统中完成主运动的动力装置部分。 它带动工件（车）或刀具（铣）作相应的旋转运动，配合它带动工件（车）或刀具（铣）作相应的旋转运动，配合 进给运动，加工出理想的零件。进给运动，加工出理想的零件。 主轴驱动变速目前主要有三种形式主轴驱动变速目前主要有三种形式:

8、 一一、主轴电动机齿主轴电动机齿+ +轮换档轮换档， 目的在于降低主轴转速，增大传动比，放大主轴功率以适目的在于降低主轴转速，增大传动比，放大主轴功率以适 应切削的需要；应切削的需要； 二二、主轴电动机通过同步齿形带或皮带驱动主轴主轴电动机通过同步齿形带或皮带驱动主轴， 该类主轴电动机又称宽域电机或强切削电动机，具有恒功该类主轴电动机又称宽域电机或强切削电动机，具有恒功 率宽的特点。由于无需机械变速，主轴箱内省却了齿轮和离合率宽的特点。由于无需机械变速，主轴箱内省却了齿轮和离合 器，主轴箱实际上成了主轴支架，简化了主传动系统，从而提器，主轴箱实际上成了主轴支架，简化了主传动系统，从而提 高了传

9、动链的可靠性。高了传动链的可靠性。 QQ:410080075 7 二、二、概述概述 三、电主轴三、电主轴 电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主 轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带 轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而 把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动零传动”。 这种主轴电动机与机床主轴这种主轴电动机与机床主轴“合二为一合二为一”

10、的传动结构形式，使的传动结构形式，使 主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此 可做成可做成“主轴单元主轴单元”，俗称，俗称“电主轴电主轴”。 QQ:410080075 8 二、二、概述概述 QQ:410080075 9 二、二、概述概述 QQ:410080075 10 二、二、概述概述 QQ:410080075 11 一）调速范围宽 为保证加工时选用合适的切削用量，以获得最佳的生产 率、加工精度和表面质量，特别对于具有自动换刀功能的数控 加工中心，为适应各种刀具、工序和材料的加工要求，对主轴 的调速范围提出了更高的要求，要求

11、主轴能在较宽的转速范围 内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并尽量减少中间传 动环节。 二）恒功率范围要宽 要求主轴在调速范围内均能提供所需的切削功率，并尽可 能在调速范围内提供主轴电机的最大功率。由于主轴电机与驱 动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。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（即在 低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。 二、对主轴传动系统的要求二、对主轴传动系统的要求 QQ:410080075 12 三）具有四象限驱动能力三）具有四象限驱动能力 要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制

12、， 并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在1S1S内从内从 静止加速到静止加速到6000r/min6000r/min。 四）具有位置控制能力四）具有位置控制能力 即进给功能（即进给功能（C C轴功能）和定向功能（准停功能），以轴功能）和定向功能（准停功能），以 满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中 心的某些加工工艺的需要。心的某些加工工艺的需要。 QQ:410080075 13 调速的意义调速的意义 1、提高产品质量：、提高产品质量： 2、提高工作效率：、提高工作效率： 3、节约能

13、源：、节约能源： 风机和泵类（如恒压供水），风机和泵类（如恒压供水）， 调速后的工作特性 对大多数负载，越硬越好；特性越硬，负载变化时速度变 化越少。 特殊情况：电车、电梯要求特性较软。 QQ:410080075 14 调速的意义调速的意义 1、提高产品质量：、提高产品质量： 2、提高工作效率：、提高工作效率： 3、节约能源：、节约能源： 风机和泵类（如恒压供水），风机和泵类（如恒压供水）， 调速后的工作特性 对大多数负载，越硬越好；特性越硬，负载变化 时速度变化越少。 特殊情况：电车、电梯要求特性较软。 QQ:410080075 15 日立变频器日立变频器 SJ100SJ100系列系列 外型

14、及按键外型及按键 华中数控华中数控 QQ:410080075 16华中数控 QQ:410080075 17 变频器频率给定的方法变频器频率给定的方法 1、面板设定： 2、预置设定： 通过预置程序进行设定，利用智能短子进行控制。 3、外接给定： 华中数控 QQ:410080075 18 2 2、预置设定：、预置设定： 利用智能短子进行控制变频器的输出频率 华中数控 QQ:410080075 19 通过变频器上的控制端子进行频率控制 华中数控 QQ:410080075 20 脚号 描述 说明 P24 为逻辑输入提供 +24V 24V直流，最大电流30mA （禁止与端子L短接） 1,2,3,4,5,

15、6, 独立的逻辑输入 使用p24或相当于L的外部输入 L（上端） 逻辑输入地 输入1-6的电流和（流入） 11,12 分离逻辑输出 闭合状态下最大电流为50mA CM2 逻辑输出地 100mA：11、12的电流和（流入） FM PWM（模拟/数字） 输出 0 10VDC，1mA，PWM和占空比为50的数字 量 L(下端) 模拟输入地 OI、O、H的电流和（流入） OI 模拟电流输入 范围为4 19.6mA，标称值为20mA O 模拟电压流入 范围为0 9.6VDC，标称值为10VDC，输入阻 抗为10K H +10V模拟基准源 标称值为10V，最大电流为10mA 华中数控 QQ:4100800

16、75 21 脚号 描述 说明 AL0 通用继电器 250VAC,，最大电流2.5A（电阻负载） 250VAC,，最大电流0.2A（感 性负载， 功率因数为0.4） 100VDC，最小电流10mA 30VDC，最大电流3A（电阻 负载） 30VAC，最大电流0.7A（感 性负载，功率因数为0.4） 5VDC，最小电流100mA AL1 继电器，运行中 为常闭 AL2继电器，运行中 为常开 +1,RB 直流母线抑制器 配件（提供动态制动，抑制干扰等） + ,- 制动电阻 L1,L2,L3 主电源供电输入 主电路强电部分 T1,T2,T3 电机供电输出 华中数控 QQ:410080075 22 西门

17、子变频器440与华中世纪星数控系统的连接图 三相 电源 OUT2 AIN+ AIN1+ 输入 GND AIN- AIN1- 主轴正转 DIN1 DIN1 主轴反转 DIN2 DIN2 24伏地 报警 报警 HNC-21 XS9 14 15 XS20 9 21 15 XS11 11 15 Micromaster L1 440 L2 3 L3 4 变频器 5 6 28 U V 18 W 20 IM 华中数控华中数控 QQ:410080075 23 主轴电机 主轴编码器 U V W 0V 5V U11 V11 W11 主轴报警 主轴零速 主轴速度到达 19 25 26 20，27 X30 X32 X

18、31 24V 地 27 0V 2 +5V 3 A+ 4 A- 5 B+ 6 B- 7 TA2(E) B1 B2 制动电阻 600 100W TA1 位置卡 A+ A- B+ B- R(L1) S(L2) T(L3) U(T1) V(T2) W(T3) 主轴变频器 CIMR-G5A45P51A 5.5KW 主轴风扇 4KW 主轴正转 主轴反转 100 AC380V 3P 带速度反馈的主轴驱动器接口图 14 15 主轴复位 XS9 KA5 KA4 KA4 KA5 Y01 1 2 4 11 12 13 17 7,8,15 AOUT2 GND GND CNC 010V 27 华中数控华中数控 QQ:4

19、10080075 24 变频器关键参 数 在运行电机前，首先确认下列参数是否正确： 电动机额定电压 A82=380V 电动机额定功率 H03=0.55KW 电动机的磁极数 H04=4极 电动机额定频率 A03=50Hz 电动机最小频率 A15=01（0Hz） 电动机最大频率 A04=50Hz 斜坡上升时间 F02=10S 斜坡下降时间 F03=10S 华中数控 QQ:410080075 25 频率来源 设定； A01通过此参数可以指定变频器的频率来源，0 1 、 00 02 运行指令 来源设定： A02变频器进行输出频率时的指令来源，通过此 参数，可以选择变频器启动和停止的指令来 源，一般情况

20、有两种情况，一种是外部的指 令来源，也就是可以通过多功能输入端子控 制变频器的启动和停止，一种是通过变频器 的操作面板来控制变频器的启动和停止。 01 02 基频设定A03设置电机的运行基频50 60 最大频率 设定 A04允许变频器输出的最大频率50 转矩提升 模式选择 A41选择变频器的转矩提升模式选择00 华中数控 QQ:410080075 26 矢 量 控 制 选择 A44 选择变频器的控制方式0 输 出 频 率 上 下 限 设 置 A61 A62 变频器输出频率的上、下限幅值。0.0 0.0 跳频设置A63 A65 A67 变频器在运转时有时会出现共振现象，可以通 过参数设置直接跳过

21、引起共振的频率段，变频 器在启动或运转时可以直接跳过所设置的频率。 0.0 0.0 0.0 调 频 宽 度 设置 A64 A66 A68 设置调频时的频带宽度，此参数值可以设定跳 频时的上下频率范围，与调频设置有相对应的 关系，比如将A63设置为20Hz，将A64设置为 5Hz，则变频器在15-25Hz的时候进行跳跃。 0.5 0.5 0.5 电 机 电 压 等级选择 A82选择电机的额定电压，要根据电机的额定电压 进行设置，另外此项功能还具有稳压的功能， 可以在变频器电源电压出现较大波动时，保持 输出电压不变。 200 - 460 华中数控 QQ:410080075 27 输出频率 显示：

22、D01 选择此参数后可以实时显示变频器向电机 输出的频率，空载时可以通过此参数换算 出电机的运行转速， 0- 360 输出电流 监视： D02此参数是显示的变频器向电机输出的电流， 一般情况下，电机在运行时电流的波动范 围较大，显示的数值是经过滤波以后的电 流， A 旋转方向 监视 D03 通过此参数，可以显示电机的旋转方向 F r 华中数控 QQ:410080075 28 输 出 频 率设定： F01 当采用变频器内部控制方式时， 可以设定一个恒定的输出频率，让 电机以一个恒定的转速运转， 0- 360 斜 坡 上 升/下降 时间 （ 加 减 速时间 F02 F03 加速时间就是输出频率从0上升到 最大频率所需时间，减速时间是指 从最大频率下降到0所需时间。 0.5 600 电 机 转 向 的 设 定： F04 通过此参数可以改变电机的旋转方 向。 00 01 华中数控 QQ:410080075 29 电 机 容 量选择 H03 可以选择所带电机的容量，根据 电机的实际功率大