數(shù)控原理與系統(tǒng)-第5章主軸驅(qū)動系統(tǒng)

第5章數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動系統(tǒng)

5.1概述

5.2主軸驅(qū)動裝置及連接

5.3主軸變速控制

5.4主軸準(zhǔn)?？刂?/p>

5.5主軸與進(jìn)給軸的關(guān)聯(lián)控制

5.6高速電主軸2023/2/41數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動系統(tǒng)是主運(yùn)動的動力裝置部分。主軸驅(qū)動系統(tǒng)提供的動力通過傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，再配合進(jìn)給運(yùn)動，就可以加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動裝置之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。因此，在數(shù)控機(jī)床中，主軸驅(qū)動系統(tǒng)是很重要的一部分。5.1概述2動態(tài)存儲器DRAM模塊FROM/SRAM模塊系統(tǒng)ROM主軸控制模塊軸控制模塊PMC控制模塊系統(tǒng)主CPU顯示控制模塊軸控制模塊主軸驅(qū)動系統(tǒng)在數(shù)控系統(tǒng)中的位置及連接3動態(tài)存儲器DRAM模塊FROM/SRAM模塊系統(tǒng)ROM主軸控制模塊軸控制模塊PMC控制模塊系統(tǒng)主CPU顯示控制模塊軸控制模塊4JA40_模擬量主軸的速度接口JA7A_串行主軸/主軸位置編碼器信號接口56提出問題：1、主軸驅(qū)動系統(tǒng)包括哪些硬件設(shè)備？2、這些設(shè)備是如何連接的？3、模擬主軸和伺服主軸分別使用什么驅(qū)動放大裝置？7一、數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動系統(tǒng)組成

主軸驅(qū)動系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動放大器、主軸電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、主軸信號檢測裝置及主軸輔助裝置。放大器：主軸放大器用于接收系統(tǒng)發(fā)出的主軸速度及功能控制信號，實(shí)施主軸電動機(jī)控制信號。它可以是變頻器也可以是系統(tǒng)專用的主軸放大器。主軸電動機(jī)：主軸電動機(jī)是主軸驅(qū)動的動力來源，可以使普通型電動機(jī)、變頻專用型電動機(jī)及系統(tǒng)專用的主軸電動機(jī)。傳動機(jī)構(gòu)：數(shù)控機(jī)床主軸傳動主要有三種配置方式，即帶變速齒輪的主傳動方式、通過帶傳動的主傳動方式及由變速電動機(jī)直接驅(qū)動的主傳動方式（詳細(xì)內(nèi)容見《數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)》）。主軸信號檢測裝置：主軸信號檢測裝置能夠?qū)崿F(xiàn)主軸的速度和位置反饋，以及主軸功能的信號檢測（如主軸定向和剛性攻螺紋控制等），可以使主軸外置編碼器、主軸電動機(jī)內(nèi)裝傳感器及外接一轉(zhuǎn)信號配合電動機(jī)內(nèi)裝傳感器檢測裝置。輔助裝置：輔助裝置主要包括主軸刀具鎖緊/松開控制裝置、主軸自動換擋控制裝置、主軸冷卻和潤滑裝置等。

8二、數(shù)控機(jī)床對主軸控制的要求

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已不能滿足要求?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對主傳動提出了更高的要求：（1）調(diào)速范圍要寬（2）主軸的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動精度（3）數(shù)控機(jī)床主軸的變速（4）恒功率范圍要寬（5）具有四象限驅(qū)動能力（6）具有高精度的準(zhǔn)?？刂啤＃?）在車削中心上，還要求具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的控制功能。

9

為滿足上述要求，數(shù)控機(jī)床絕大多數(shù)均采用籠型交流電動機(jī)配置矢量變換變頻調(diào)速的主軸驅(qū)動系統(tǒng)。回顧電機(jī)課程，電機(jī)的發(fā)展歷程？105.2主軸驅(qū)動裝置及連接一、主軸驅(qū)動裝置的特點(diǎn)主軸驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的S碼（速度指令）及M碼（輔助功能指令），驅(qū)動主軸進(jìn)行切削加工。它接受來自CNC的驅(qū)動指令，經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩(功率)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動主電動機(jī)轉(zhuǎn)動，同時接受速度反饋實(shí)施速度閉環(huán)控制。它還通過PLC將主軸的各種現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)通告CNC用以完成對主軸的各項(xiàng)功能控制。111．直流主軸驅(qū)動裝置

直流主軸電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與永磁式伺服電動機(jī)不同，要求能輸出大的功率，所以一般是他磁式。為縮小體積，改善冷卻效果，以免電動機(jī)過熱，常采用軸向強(qiáng)迫風(fēng)冷或采用熱管冷卻技術(shù)。

直流驅(qū)動裝置有晶閘管和脈寬調(diào)制PWM調(diào)速兩種形式。由于脈寬調(diào)制PWM調(diào)速具有很好的調(diào)速性能，因而在數(shù)控機(jī)床特別是對精度、速度要求較高的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動裝置上廣泛使用。而三相全控晶閘管調(diào)速裝置則在大功率應(yīng)用方面具有優(yōu)勢，因而常用于直流主軸驅(qū)動裝置。

122．交流主軸驅(qū)動裝置主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能。但當(dāng)要求機(jī)床有螺紋加工、準(zhǔn)停和恒線速加工等功能時，對主軸也提出了相應(yīng)的位置控制要求。因此，要求其輸出功率大，具有恒轉(zhuǎn)矩段及恒功率段，有準(zhǔn)?？刂?，主軸與進(jìn)給聯(lián)動。與進(jìn)給伺服一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動機(jī)傳動到直流主軸傳動。隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的進(jìn)展，現(xiàn)在又進(jìn)入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代。

13①交流異步伺服系統(tǒng)交流異步伺服通過在三相異步電動機(jī)的定子繞組中產(chǎn)生幅值、頻率可變的正弦電流，該正弦電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與電動機(jī)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)。其中，正弦電流的幅值可分解為給定或可調(diào)的勵磁電流與等效轉(zhuǎn)子力矩電流的矢量和；正弦電流的頻率可分解為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差之和，以實(shí)現(xiàn)矢量化控制。交流異步伺服通常有模擬式、數(shù)字式兩種方式。與模擬式相比，數(shù)字式伺服加速特性近似直線，時間短，且可提高主軸定位控制時系統(tǒng)的剛性和精度，操作方便，是機(jī)床主軸驅(qū)動主要的采用形式。然而交流異步伺服存在兩個主要問題：一是轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低，轉(zhuǎn)矩密度較小，體積較大；二是功率因數(shù)較低，因此，要獲得較寬的恒功率調(diào)速范圍，要求較大的逆變器容量。14②交流同步伺服系統(tǒng)近年來，隨著高能低價永磁體的開發(fā)和性能的不斷提高，使得采用永磁同步調(diào)速電動機(jī)的交流同步伺服系統(tǒng)的性能日益突出，為解決交流異步伺服存在的問題帶來了希望。與采用矢量控制的異步伺服相比，永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子溫度低，軸向連接位置精度高，要求的冷卻條件不高，對機(jī)床環(huán)境的溫度影響小，容易達(dá)到極小的低限速度。即使在低限速度下，也可作恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，特別適合強(qiáng)力切削加工。同時其轉(zhuǎn)矩密度高，轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)特性好，特別適合高生產(chǎn)率運(yùn)行。較容易達(dá)到很高的調(diào)速比，允許同一機(jī)床主軸具有多種加工能力，既可以加工鋁等低硬度材料，也可以加工很硬很脆的合金，為機(jī)床進(jìn)行最優(yōu)切削創(chuàng)造了條件。15二、數(shù)控裝置與模擬主軸連接信號原理

問題的提出：數(shù)控裝置和模擬主軸間要傳遞哪些信號？實(shí)現(xiàn)何種功能？1.主軸啟停（M03、M04、M05----輸出信號Y1.0、Y1.1）2.主軸速度控制（S800-----10V～+10V）3.

主軸編碼器連接（螺紋、攻絲、轉(zhuǎn)速在系統(tǒng)上顯示---差分編碼器）16圖5-2

FANUCOiMate-TC數(shù)控系統(tǒng)與三菱變頻器接線圖171.CNC到變頻器的信號（1）主軸正轉(zhuǎn)信號、主軸反轉(zhuǎn)信號用于手動操作（JOG狀態(tài)）和自動狀態(tài)（自動加工M03、M04、M05）中，實(shí)現(xiàn)主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止控制。系統(tǒng)在點(diǎn)動狀態(tài)時，利用機(jī)床面板上的主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)按鈕發(fā)出主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號，通過系統(tǒng)PMC控制KA3、KA4的通斷，向變頻器發(fā)出信號，實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn)控制，此時主軸的速度是由系統(tǒng)存儲的S值與機(jī)床主軸的倍率開關(guān)決定的。系統(tǒng)在自動加工時，通過對程序輔助功能代碼M03、M04、M05的譯碼，利用系統(tǒng)的PMC實(shí)現(xiàn)繼電器KA3、KA4的通斷控制，從而達(dá)到主軸的正反轉(zhuǎn)及停止控制，此時的主軸速度是由系統(tǒng)程序中的S指令值與機(jī)床的倍率開關(guān)決定的。輸入輸出信號的分類：CNC到變頻器的信號變頻器到CNC的信號變頻器到機(jī)床側(cè)的信號18（2）系統(tǒng)故障輸入：當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障時，通過系統(tǒng)PMC發(fā)出信號控制KA6獲電動作，使變頻器停止輸出，實(shí)現(xiàn)主軸自動停止控制，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。（3）系統(tǒng)復(fù)位信號：當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時，通過系統(tǒng)PMC控制KA7獲電動作，進(jìn)行變頻器的復(fù)位控制。（4）主軸電動機(jī)速度模擬量信號：用來接收系統(tǒng)發(fā)出的主軸速度信號（模擬量電壓信號），實(shí)現(xiàn)主軸電動機(jī)的速度控制。FANUC系統(tǒng)將程序中的S指令與主軸倍率開關(guān)的乘積轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量電壓（0~10V），輸入到變頻器的模擬量電壓頻率給定端，從而實(shí)現(xiàn)主軸電動機(jī)的速度控制。192.變頻器到CNC的信號（1）變頻器故障輸入信號當(dāng)變頻器出現(xiàn)任何故障時，數(shù)控系統(tǒng)也停止工作并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警（機(jī)床報(bào)警燈亮及發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息）。主軸故障信號是通過變頻器的故障輸出端發(fā)出，再通過PMC向系統(tǒng)發(fā)出急停信號，使系統(tǒng)停止工作。20（2）主軸頻率到達(dá)信號數(shù)控機(jī)床自動加工時，主軸頻率到達(dá)信號實(shí)現(xiàn)切削進(jìn)給開始條件的控制。當(dāng)系統(tǒng)的功能參數(shù)（主軸速度到達(dá)檢測）設(shè)定為有效時，系統(tǒng)執(zhí)行進(jìn)給切削指令前要進(jìn)行主軸速度到達(dá)信號的檢測，即系統(tǒng)通過PMC檢測來自變頻器發(fā)出的頻率到達(dá)信號，系統(tǒng)只有檢測到該信號，切削進(jìn)給才能開始，否則系統(tǒng)進(jìn)給指令一直處于待機(jī)狀態(tài)，使用SU作為信號的輸入。21（3）主軸零速信號數(shù)控機(jī)床有些動作需要主軸停止才能進(jìn)行，如：當(dāng)數(shù)控車床的卡盤采用液壓控制時，主軸零速信號用來實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)與液壓卡盤的連鎖控制。只有主軸速度為零時，液壓卡盤控制才有效；主軸旋轉(zhuǎn)時，液壓卡盤控制無效，使用Y13作為信號輸入。3.變頻器到機(jī)床側(cè)的信號；主軸負(fù)載表的信號，變頻器將實(shí)際輸出電流轉(zhuǎn)換成模擬量電壓信號（0~10V），通過變頻器輸出接口（5-AM）輸出到機(jī)床操作面板上的主軸負(fù)載表（模擬量或數(shù)顯表），實(shí)現(xiàn)主軸負(fù)載監(jiān)控。2223仿真軟件演示模擬主軸連接24四、數(shù)控裝置與伺服主軸裝置的連接

問題的提出：數(shù)控裝置和數(shù)字主軸間要傳遞哪些信號？實(shí)現(xiàn)何種功能？25四、數(shù)控裝置與伺服主軸裝置的連接

圖5-3S系列主軸伺服系統(tǒng)的連接方法K1為從伺服變壓器副邊輸出的AC200V三相電源電纜，應(yīng)接到主軸伺服單元的R、S、T和G端。26圖5-3S系列主軸伺服系統(tǒng)的連接方法K2為從主軸伺服單元的U、V、W和G端輸出到主軸電機(jī)的動力線，應(yīng)與接線盒蓋內(nèi)面的指示相符。

K3為從主軸伺服單元的端子T1上的R0，S0和T0輸出到主軸風(fēng)扇電機(jī)的動力線，應(yīng)使風(fēng)扇向外排風(fēng)。K4為主軸電機(jī)的編碼器反饋電纜，其中PA、PB、RA和RB用作速度反饋信號，O1H和O2H為電機(jī)溫度接點(diǎn)，SS為屏蔽線。

27圖5-3S系列主軸伺服系統(tǒng)的連接方法K5為從NC和PMC輸出到主軸伺服單元的控制信號電纜，接到主軸伺服單元的50芯插座CN1

28芯號信號功能1，2SAR1，2主軸速度到達(dá)信號（輸出）3，4SST1，2主軸零速信號（輸出）5TLML主軸扭矩限制信號（小扭矩）（輸入）6OTTLML，TLMH信號地線（0V）7，8MRDY1，2主軸運(yùn)行準(zhǔn)備信號（輸入）9，10TLM5，6主軸扭矩限制信號（輸出）11，12ALM1，2主軸故障（輸出）13OR主軸故障報(bào)警公共線14OS主軸速度連續(xù)修調(diào)，正反轉(zhuǎn)信號地線（0V）15，16STD1，2主軸速度檢測信號（輸出）17CTH主軸高速檔信號（輸入）18OM主軸功率/轉(zhuǎn)速表地線19，20ARST1，2主軸報(bào)警復(fù)位信號（輸入）21TLMH主軸扭矩限制信號（大扭矩）（輸入）22，23ORAR1，2主軸定向完成信號（輸出）24CTM主軸中速檔信號（輸入）25，26ORCM1，2主軸定向命令信號（輸入）27，28OVR1，2主軸速度連續(xù)修調(diào)命令信號（輸入）29+15V電源30，31DA2，E主軸速度信號（模擬電壓）（輸入）45SFR主軸正轉(zhuǎn)命令（輸入）46SRV主軸反轉(zhuǎn)命令（輸入）47，48ESP1，2主軸緊急停機(jī)命令（輸入）49LM1主軸功率表信號（輸出）50SM1主軸轉(zhuǎn)速表信號（輸出）50芯插座CN1

信號含義29主軸伺服單元和進(jìn)給伺服單元由一個電源模塊統(tǒng)一供電。由三相電源變壓器副邊輸出的線電壓為200V的電源（R，S，T）經(jīng)總電源斷路器BK1，主接觸器MCC和扼流圈L加到電源模塊上，電源模塊的輸出端（P，N）為主軸伺服放大器模塊和進(jìn)給伺服放大器模塊提供直流200V電源。30急停控制信號接到電源模塊的+24V和ESP端子后，再由其相應(yīng)的輸出端接到主軸和進(jìn)給伺服放大器模塊，同時控制急停狀態(tài)。從NC發(fā)出的主軸控制信號和返回信號經(jīng)光纜傳送到主軸伺服放大器模塊。控制電源模塊的輸入電源的主軸接觸器MCC安裝在模塊外部。3132仿真軟件演示數(shù)字主軸連接335.3主軸變速控制主軸變速：有級變速：配以齒輪變速的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床無級變速：直流或交流主軸伺服電動機(jī)（常用）分段無級變速：在交流或直流主軸伺服電動機(jī)無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速（常用）34圖5-5主軸功率轉(zhuǎn)矩特性一、無級變速35二、分段無級變速帶有變速齒輪的主傳動通過帶傳動的主傳動用兩個電動機(jī)分別驅(qū)動主軸內(nèi)裝電動機(jī)主軸變速36數(shù)控系統(tǒng)齒輪自動換擋功能：M41~M44首先需要在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設(shè)置M41~M44四擋對應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速，數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前S指令值，判斷應(yīng)處的擋，并自動輸出相應(yīng)的M41~M44指令給可編程控制器（PLC）、控制更換相應(yīng)的齒輪擋，數(shù)控裝置輸出相應(yīng)的模擬電壓。

三、自動換擋控制圖5-6主軸分段無極變速結(jié)構(gòu)示意圖37當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)讀到有擋的變化S指令時，則輸出相應(yīng)的M代碼（M41、M42、M43、M44)。輸出信號送至PMC。50ms后，CNC發(fā)出M選通信號Mstrobe，指示可編程控制器可以讀取并執(zhí)行M代碼，選通信號持續(xù)l00ms。延遲50ms讀取，是為了讓M代碼穩(wěn)定，保證讀取的數(shù)據(jù)正確。

可編程控制器接收到Mstrobe信號后，立即使M完成信號為無效，告訴數(shù)控系統(tǒng)M代碼正在執(zhí)行。圖5-7自動換擋時序圖384）PMC開始對M代碼進(jìn)行譯碼，并執(zhí)行相應(yīng)的換擋控制邏輯。5）M代碼輸出200ms后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)置輸出一定的主軸蠕動量，從而使主軸慢速轉(zhuǎn)動或振動，以解決齒輪頂齒問題。6）可編程控制器完成換擋后，置M信號有效，并告訴數(shù)控系統(tǒng)換擋工作已經(jīng)完成。7）數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)置的每擋主軸最高轉(zhuǎn)速，自動輸出新的模擬電壓，使主軸轉(zhuǎn)速為給定的S值。圖5-7自動換擋時序圖39一、概述軸準(zhǔn)停功能又稱主軸定位功能(SpindleSpecifiedPositionStop)，即當(dāng)主軸停止時，控制其停于固定的位置，這是自動換刀所必須的功能。在自動換刀的數(shù)控鏜銑加工中心上，切削轉(zhuǎn)矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的。這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位于圓周上特定角度的功能，見圖5-8。當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必須先讓刀，后再退刀，而要讓刀，刀具必須具有準(zhǔn)確功能，如圖5-9所示。

5.4主軸準(zhǔn)?？刂?0機(jī)械準(zhǔn)停一般要求主軸具有無級調(diào)速的功能，接受到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停指令（如M19）后，控制主軸電動機(jī)帶動主軸以可以設(shè)定的準(zhǔn)停速度（一般為小于100r/min的低速，如60r/min）和方向旋轉(zhuǎn)。1）接收到無觸點(diǎn)開關(guān)有效信號后，停止主軸，主軸電動機(jī)與主軸傳動件依慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時控制定位銷伸出壓向主軸定位盤。2）接收到定位銷到位信號后，通知系統(tǒng)準(zhǔn)停指令完成。二、機(jī)械準(zhǔn)停主軸準(zhǔn)?？煞譃闄C(jī)械準(zhǔn)停與電氣準(zhǔn)停，它們的控制過程是一樣的，如圖5-10所示。

41根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的具體特點(diǎn)，為防止定位銷提前頂死主軸而使準(zhǔn)停失敗，定位銷伸出的同時也可以不停止主軸，而是待定位銷到位后立即停止主軸。若接收到取消主軸準(zhǔn)停的指令（如M20）則控制定位銷退回，檢測到定位銷退回到位的回答信號后，表示主軸準(zhǔn)停取消的指令完成。采用機(jī)械準(zhǔn)停的方式，主軸準(zhǔn)停定位銷的伸出和退回必須分別有到位檢測信號，并且必須和主軸的運(yùn)行有互鎖關(guān)系，即：1）主軸以非準(zhǔn)停速度旋轉(zhuǎn)時不得伸出定位銷；2）若定位銷退回到位信號無效則禁止主軸旋轉(zhuǎn)；3）若定位銷伸出到位信號無效則禁止換刀動作繼續(xù)進(jìn)行。42

圖5-11為典型的端面螺旋凸輪準(zhǔn)停裝置。在主軸1上固定有一個定位滾子2，主軸上空套有一個雙向端面凸輪3，該凸輪和液壓缸5中活塞桿4相連接，當(dāng)活塞帶動凸輪3向下移動時(不轉(zhuǎn)動)，通過撥動定位滾子2并帶動主軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)定位銷落入端面凸輪的V形槽內(nèi)，便完成了主軸準(zhǔn)停。因?yàn)槭请p向端面凸輪，所以能從兩個方向撥動主軸轉(zhuǎn)動以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停。這種雙向端面凸輪準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)，動作迅速可靠，但是凸輪制造較復(fù)雜。機(jī)械準(zhǔn)停還有其他實(shí)現(xiàn)方式，如端面螺旋凸輪準(zhǔn)停等，但基本原理是一樣的。

43

目前中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準(zhǔn)?？刂?，采用電氣準(zhǔn)?？刂朴腥缦聝?yōu)點(diǎn)：(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單與機(jī)械準(zhǔn)停相比，電氣準(zhǔn)停只需在主軸旋轉(zhuǎn)部件和固定部件上安裝傳感器即可。(2)準(zhǔn)停迅速準(zhǔn)停時間包括在換刀時間內(nèi)，而換刀時間是加工中心的一項(xiàng)重要指標(biāo)。采用電氣準(zhǔn)停，即使主軸在高速旋轉(zhuǎn)時完成，大大縮短了準(zhǔn)停時間。

三、電氣準(zhǔn)?？刂?/p>

44

(3)可靠性高由于無需復(fù)雜的機(jī)械、開關(guān)、液壓缸等裝置，也沒有機(jī)械準(zhǔn)停所形成的機(jī)械沖擊、磨損，因而準(zhǔn)?？刂频膲勖c可靠性大大增加。

(4)控制簡單通常只需要主軸準(zhǔn)停指令信號、準(zhǔn)停完成回答信號即可實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)?？刂?。

(5)性能價格比提高由于簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)和強(qiáng)電控制邏輯，這部分的成本大大降低。但電氣準(zhǔn)停常作為選擇功能，定購電氣準(zhǔn)停附件需要另外的費(fèi)用。但從總體來看，性能價格比提高。

45目前電氣準(zhǔn)停通常有磁傳感器準(zhǔn)停、編碼器準(zhǔn)停和數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)停三種。1．磁傳感器主軸準(zhǔn)停磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂朴蓴?shù)控系統(tǒng)和主軸驅(qū)動器共同完成，與機(jī)械準(zhǔn)停的控制過程有些類似。在主軸上安裝了一個磁性體，使之與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在聚磁性體外1~2mm外固定一個磁性傳感器。磁性傳感器信號經(jīng)放大器與主軸控制單元連接，當(dāng)主軸需要定位準(zhǔn)停時即進(jìn)行控制，其步驟如下：461）轉(zhuǎn)動或停止時，數(shù)控裝置發(fā)出準(zhǔn)停指令后，立即控制主軸加速或減速至某一準(zhǔn)停速度（一般很慢）。2）主軸到達(dá)定向速度并且檢測到準(zhǔn)停位置信號時（即磁發(fā)體與磁傳感器對準(zhǔn)），立即控制主軸停止，并向主軸驅(qū)動器發(fā)出位控工作模式指令，主軸驅(qū)動器控制主軸電動機(jī)在位控模式下靜止鎖死。3）若取消主軸準(zhǔn)停狀態(tài)，只需撤銷主軸驅(qū)動器的位控工作模式指令，恢復(fù)到速度工作模式即可。這種準(zhǔn)停方式參考位置和準(zhǔn)停位置都是由磁性傳感器決定，受磁性傳感器的精度及磁性體回轉(zhuǎn)半徑影響，準(zhǔn)停精度不是很高。47

安川YASKAWA主軸驅(qū)動VS-626MT使用不同的選件可具有三種主軸電氣準(zhǔn)停方式，即磁傳感器型、編碼器型以及由數(shù)控系統(tǒng)控制完成的主軸準(zhǔn)停。YASKAWA主軸驅(qū)動加上可選定位件(OrientationCard)后，可具有磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂乒δ?。磁傳感器主軸準(zhǔn)?？刂朴芍鬏S驅(qū)動自身完成。當(dāng)執(zhí)行M19時，數(shù)控系統(tǒng)只需發(fā)出準(zhǔn)停起動命令ORT，主軸驅(qū)動完成準(zhǔn)停后會向數(shù)控系統(tǒng)回答完成信號ORE，然后數(shù)控，系統(tǒng)再進(jìn)行下面的工作。其基本結(jié)構(gòu)如圖5-12所示，基本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格如表5-2所示。

48

由于采用了磁傳感器，故應(yīng)避免將產(chǎn)生磁場的元件如電磁線圈、電磁閥等與磁發(fā)體和磁傳感器安裝在一起，另外磁發(fā)體(通常安裝在主軸旋轉(zhuǎn)部件上)與磁傳感器(固定不動)的安裝是有嚴(yán)格要求的，應(yīng)按說明書要求的精度安裝。

采用磁傳感器準(zhǔn)停時，接受到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的準(zhǔn)停開關(guān)量信號ORT，主軸立即加速或減速至某一準(zhǔn)停速度(可在主軸驅(qū)動裝置中設(shè)定)。49

主軸到達(dá)準(zhǔn)停速度且準(zhǔn)停位置到達(dá)時(即磁發(fā)體與磁傳感器對準(zhǔn))，主軸即減速至某一爬行速度(可在主軸驅(qū)動裝置中設(shè)定)。然后當(dāng)磁傳感器信號出現(xiàn)時，主軸驅(qū)動立即進(jìn)入磁傳感器作為反饋元件的閉環(huán)控制，目標(biāo)位置即為準(zhǔn)停位置。準(zhǔn)停完成后，主軸驅(qū)動裝置輸出準(zhǔn)停完成ORE停號給數(shù)控系統(tǒng)，從而可進(jìn)行自動換刀(ATC)或其他動作。磁發(fā)體與磁傳感器在主軸上位置示意如圖5-13所示，準(zhǔn)?？刂茣r序如圖5-14所示。50編碼器主軸準(zhǔn)停功能由主軸驅(qū)動器完成，數(shù)控系統(tǒng)只需發(fā)出準(zhǔn)停指令信號然后監(jiān)測主軸驅(qū)動器返回的準(zhǔn)停完成信號即可。在準(zhǔn)停參考位置的獲取上可以分為磁性傳感器式和編碼器Z脈沖式兩種。準(zhǔn)停中主軸驅(qū)動器的工作過程如下：1）接收到準(zhǔn)停指令后，控制主軸電動機(jī)以準(zhǔn)停速度和準(zhǔn)停旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。2）監(jiān)測到準(zhǔn)停參考位置信號后，控制主軸電動機(jī)相對準(zhǔn)停參考位置轉(zhuǎn)過一個角度（該角度可以在主軸驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)定和修改）后靜止鎖死。編碼器準(zhǔn)停與磁傳感器的相對位置。這種準(zhǔn)停方式可以在主軸驅(qū)動器內(nèi)部隨意修改調(diào)整。

2．編碼器型主軸準(zhǔn)停

51主軸準(zhǔn)停參考位置由磁性傳感器獲得時，可以采用主軸電動機(jī)內(nèi)部安裝的編碼器信號（來自于主軸驅(qū)動裝置），也可以在主軸上直接安裝其他編碼器，用于控制主軸轉(zhuǎn)過的相對角度；若采用編碼器Z脈沖來獲得主軸準(zhǔn)停參考位置，則必須安裝與主軸同步旋轉(zhuǎn)的編碼器。另外需要說明的是，無論采用何種準(zhǔn)停方式（特別是磁傳感器定位方式），當(dāng)需要在主軸上安裝元件時應(yīng)注意平衡問題。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的主軸精度、轉(zhuǎn)速都很高，因此對動平衡要求很嚴(yán)格。一般中速以下的主軸的不平衡影響不是很大，但高速主軸的不平衡會引起主軸振動。為適應(yīng)主軸高速化的需要，國外已開發(fā)出整環(huán)式磁傳感器主軸準(zhǔn)停裝置，由于磁性體采用整環(huán)形式，動平衡較好。52

安川YASKAWA主軸驅(qū)動VS-626MT配置選件板則可具有編碼器主軸準(zhǔn)停功能。這種準(zhǔn)?？刂埔彩峭耆芍鬏S驅(qū)動完成的，CNC只需發(fā)出準(zhǔn)停命令ORT即可，主軸驅(qū)動完成準(zhǔn)停后回答準(zhǔn)停完成ORE信號?；疽?guī)格如表5-3

位置檢測方式使用編碼器A，B，C信號準(zhǔn)停位置基本準(zhǔn)停位置為編碼器零位C脈沖到達(dá)處，準(zhǔn)停位置偏移可在主軸驅(qū)動內(nèi)部或外部指定重復(fù)準(zhǔn)停精度小于±0.20誤差修正力矩額定力矩/±0.10誤差選件板JPAC-C236編碼器型號PC-1024ZLH表5-3YASKAWA編碼器準(zhǔn)停規(guī)格53

圖5-15為編碼器主軸準(zhǔn)?？刂平Y(jié)構(gòu)圖?？刹捎弥鬏S電動機(jī)內(nèi)置安裝的編碼器信號(來自主軸驅(qū)動裝置)，也可在主軸上直接安裝另一個編碼器。采用前一種方式要注意傳動鏈對主軸準(zhǔn)停精度的影響。主軸驅(qū)動裝置內(nèi)部可自動轉(zhuǎn)換，使主軸驅(qū)動處于速度控制或位置控制狀態(tài)。采用編碼器準(zhǔn)停，準(zhǔn)停角度可由外部開關(guān)量(十三位)隨意設(shè)定，這一點(diǎn)與磁準(zhǔn)停不