數(shù)控原理與系統(tǒng)-第5章 主軸驅動系統(tǒng)

1、第第5 5章章 數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)u 5.1 概概 述述 u 5.2 主軸驅動裝置及連接主軸驅動裝置及連接u 5.3 主軸變速控制主軸變速控制u 5.4 主軸準?？刂浦鬏S準?？刂苪 5.5 主軸與進給軸的關聯(lián)控制主軸與進給軸的關聯(lián)控制 u 5.6 高速電主軸高速電主軸2 數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)是主運動的動力裝置部分。主軸驅動系統(tǒng)提供的動力通過傳動機構轉變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，再配合進給運動，就可以加工出理想的零件。它是零件加工的成型運動裝置之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。因此，在數(shù)控機床中，主軸驅動系統(tǒng)是很重要的一部分。5.1 5.1 概

2、概 述述3動態(tài)存儲動態(tài)存儲器器DRAMDRAM模模塊塊FROM/SRAFROM/SRAM M 模塊模塊系統(tǒng)系統(tǒng)ROMROM主軸控主軸控制模塊制模塊軸控軸控制模制模塊塊PMCPMC控控制模塊制模塊系統(tǒng)主系統(tǒng)主CPUCPU顯示顯示控制控制模塊模塊軸控制模塊軸控制模塊主軸驅動系統(tǒng)在數(shù)控系統(tǒng)中的位置及連接主軸驅動系統(tǒng)在數(shù)控系統(tǒng)中的位置及連接4動態(tài)存儲動態(tài)存儲器器DRAMDRAM模模塊塊FROM/SRAFROM/SRAM M 模塊模塊系統(tǒng)系統(tǒng)ROMROM主軸控主軸控制模塊制模塊軸控軸控制模制模塊塊PMCPMC控控制模塊制模塊系統(tǒng)主系統(tǒng)主CPUCPU顯示顯示控制控制模塊模塊軸控制模塊軸控制模塊5JA40_

3、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67提出問題：提出問題：1 1、主軸驅動、主軸驅動系統(tǒng)包括哪系統(tǒng)包括哪些硬件設備？些硬件設備？2 2、這些設備、這些設備是如何連接是如何連接的？的？3 3、模擬主軸、模擬主軸和伺服主軸和伺服主軸分別使用什分別使用什么驅動放大么驅動放大裝置？裝置？8一、數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)組成一、數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)組成 主軸驅動系統(tǒng)包括主軸驅動放大器、主軸電動機、傳動機構、主軸信號檢測裝置及主軸輔助裝置。l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，實施主軸電動機控制信號。它可以是變頻器也可以是系統(tǒng)專用的主軸放大器。l主軸電動機：主

4、軸電動機是主軸驅動的動力來源，可以使普通型電動機、變頻專用型電動機及系統(tǒng)專用的主軸電動機。l傳動機構：數(shù)控機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直接驅動的主傳動方式（詳細內容見數(shù)控機床結構）。l主軸信號檢測裝置：主軸信號檢測裝置能夠實現(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、主軸電動機內裝傳感器及外接一轉信號配合電動機內裝傳感器檢測裝置。l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。 9二、數(shù)控機床對主軸控制的要求二、數(shù)控機床

5、對主軸控制的要求 隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅動已不能滿足要求?，F(xiàn)代數(shù)控機床對主傳動提出了更高的要求：（1）調速范圍要寬（2）主軸的旋轉精度和運動精度（3）數(shù)控機床主軸的變速（4）恒功率范圍要寬（5）具有四象限驅動能力（6）具有高精度的準停控制。（7）在車削中心上，還要求具有旋轉進給軸的控制功能。 10 為滿足上述要求，數(shù)控機床絕大多數(shù)均采用籠型交流電動機配置矢量變換變頻調速的主軸驅動系統(tǒng)。回顧電機課程，電機的發(fā)展歷程？115.2 5.2 主軸驅動裝置及連接主軸驅動裝置及連接一、主軸驅動裝置的特點 主軸驅動系統(tǒng)是數(shù)控機床的大功率執(zhí)行機構，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的S碼（速度指令）

6、及M碼（輔助功能指令），驅動主軸進行切削加工。它接受來自CNC的驅動指令，經速度與轉矩(功率)調節(jié)輸出驅動信號驅動主電動機轉動，同時接受速度反饋實施速度閉環(huán)控制。它還通過PLC將主軸的各種現(xiàn)實工作狀態(tài)通告CNC用以完成對主軸的各項功能控制。121直流主軸驅動裝置 直流主軸電動機的結構與永磁式伺服電動機不同，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，以免電動機過熱，常采用軸向強迫風冷或采用熱管冷卻技術。 直流驅動裝置有晶閘管和脈寬調制PWM調速兩種形式。由于脈寬調制PWM調速具有很好的調速性能，因而在數(shù)控機床特別是對精度、速度要求較高的數(shù)控機床的進給驅動裝置上廣泛使用。而三

7、相全控晶閘管調速裝置則在大功率應用方面具有優(yōu)勢，因而常用于直流主軸驅動裝置。 132交流主軸驅動裝置 主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調速及正反轉功能。但當要求機床有螺紋加工、準停和恒線速加工等功能時，對主軸也提出了相應的位置控制要求。因此，要求其輸出功率大，具有恒轉矩段及恒功率段，有準?？刂?，主軸與進給聯(lián)動。與進給伺服一樣，主軸伺服經歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動。隨著微處理器技術和大功率晶體管技術的進展，現(xiàn)在又進入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代。 14o 交流異步伺服系統(tǒng)o交流異步伺服通過在三相異步電動機的定子繞組中產生幅值、頻率可變的正弦電流，該正弦電流產

8、生的旋轉磁場與電動機轉子所產生的感應電流相互作用，產生電磁轉矩，從而實現(xiàn)電動機的旋轉。其中，正弦電流的幅值可分解為給定或可調的勵磁電流與等效轉子力矩電流的矢量和；正弦電流的頻率可分解為轉子轉速與轉差之和，以實現(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，是機床主軸驅動主要的采用形式。然而交流異步伺服存在兩個主要問題：一是轉子發(fā)熱，效率較低，轉矩密度較小，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速范圍，要求較大的逆變器容量。15o 交流同步伺服系統(tǒng)o近年來，隨著高能低價永磁

9、體的開發(fā)和性能的不斷提高，使得采用永磁同步調速電動機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，永磁同步電動機轉子溫度低，軸向連接位置精度高，要求的冷卻條件不高，對機床環(huán)境的溫度影響小，容易達到極小的低限速度。即使在低限速度下，也可作恒轉矩運行，特別適合強力切削加工。同時其轉矩密度高，轉動慣量小，動態(tài)響應特性好，特別適合高生產率運行。較容易達到很高的調速比，允許同一機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，為機床進行最優(yōu)切削創(chuàng)造了條件。 16二、數(shù)控裝置與模擬主軸連接信號原理二、數(shù)控裝置與模擬主軸連

10、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、轉速在系統(tǒng)上顯示-差分編碼器）17圖5-2 FANUC Oi Mate-TC數(shù)控系統(tǒng)與三菱變頻器接線圖 181.CNC到變頻器的信號（1） 主軸正轉信號、主軸反轉信號用于手動操作（JOG狀態(tài)）和自動狀態(tài)（自動加工M03、M04、M05）中，實現(xiàn)主軸的正轉、反轉及停止控制。系統(tǒng)在點動狀態(tài)時，利用機床面板上的主軸正轉和反轉按鈕發(fā)出主軸正轉或反轉信號，通過系統(tǒng)PMC控制KA3、

11、KA4的通斷，向變頻器發(fā)出信號，實現(xiàn)主軸的正、反轉控制，此時主軸的速度是由系統(tǒng)存儲的S值與機床主軸的倍率開關決定的。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實現(xiàn)繼電器KA3、KA4的通斷控制，從而達到主軸的正反轉及停止控制，此時的主軸速度是由系統(tǒng)程序中的S指令值與機床的倍率開關決定的。輸入輸出信號的分類：lCNC到變頻器的信號l變頻器到CNC的信號l變頻器到機床側的信號19（2） 系統(tǒng)故障輸入：當數(shù)控機床出現(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，實現(xiàn)主軸自動停止控制，并發(fā)出相應的報警信息。（3）系統(tǒng)復位信號：當系統(tǒng)復位

12、時，通過系統(tǒng)PMC控制KA7獲電動作，進行變頻器的復位控制。（4）主軸電動機速度模擬量信號：用來接收系統(tǒng)發(fā)出的主軸速度信號（模擬量電壓信號），實現(xiàn)主軸電動機的速度控制。FANUC系統(tǒng)將程序中的S指令與主軸倍率開關的乘積轉換成相應的模擬量電壓（010V），輸入到變頻器的模擬量電壓頻率給定端，從而實現(xiàn)主軸電動機的速度控制。202. 變頻器到CNC的信號（1） 變頻器故障輸入信號當變頻器出現(xiàn)任何故障時，數(shù)控系統(tǒng)也停止工作并發(fā)出相應的報警（機床報警燈亮及發(fā)出相應的報警信息）。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。 21（2） 主軸頻率到達信號數(shù)控機床

13、自動加工時，主軸頻率到達信號實現(xiàn)切削進給開始條件的控制。當系統(tǒng)的功能參數(shù)（主軸速度到達檢測）設定為有效時，系統(tǒng)執(zhí)行進給切削指令前要進行主軸速度到達信號的檢測，即系統(tǒng)通過PMC檢測來自變頻器發(fā)出的頻率到達信號，系統(tǒng)只有檢測到該信號，切削進給才能開始，否則系統(tǒng)進給指令一直處于待機狀態(tài)，使用SU作為信號的輸入。 22（3） 主軸零速信號數(shù)控機床有些動作需要主軸停止才能進行，如：當數(shù)控車床的卡盤采用液壓控制時，主軸零速信號用來實現(xiàn)主軸旋轉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；主軸旋轉時，液壓卡盤控制無效，使用Y13作為信號輸入。3.變頻器到機床側的信號；主軸負載表的信號，變頻器

14、將實際輸出電流轉換成模擬量電壓信號（010V），通過變頻器輸出接口（5-AM）輸出到機床操作面板上的主軸負載表（模擬量或數(shù)顯表），實現(xiàn)主軸負載監(jiān)控。 2324仿真軟件演示模擬主軸連接25四、數(shù)控裝置與伺服主軸裝置的連接四、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？ 實現(xiàn)何種功能？26四、數(shù)控裝置與伺服主軸裝置的連接四、數(shù)控裝置與伺服主軸裝置的連接 強電柜 伺服 變壓器 380 /220V CN1 CN2 0M SM1 LM1 R S T G 3 2 1 PB PA +5V 6 5 4 RB RA 0V 9 8 7 02H SS 01H U V W G R0

15、S0 T0 S T G R 三相 AC 220V 三相 AC 380V K1 故障線 K6 功率 K7 轉速 反饋信號 K5 風扇線 K3 控制線 K5 動力線 K2 交流主軸伺服單元 CN 主軸 電機 風扇電機 主軸 編碼器 圖5-3 S系列主軸伺服系統(tǒng)的連接方法lK1為從伺服變壓器副邊輸出的AC200V三相電源電纜，應接到主軸伺服單元的R、S、T和G端。27 強電柜 伺服 變壓器 380 /220V CN1 CN2 0M SM1 LM1 R S T G 3 2 1 PB PA +5V 6 5 4 RB RA 0V 9 8 7 02H SS 01H U V W G R0 S0 T0 S T

16、G R 三相 AC 220V 三相 AC 380V K1 故障線 K6 功率 K7 轉速 反饋信號 K5 風扇線 K3 控制線 K5 動力線 K2 交流主軸伺服單元 CN 主軸 電機 風扇電機 主軸 編碼器 圖5-3 S系列主軸伺服系統(tǒng)的連接方法lK2為從主軸伺服單元的U、V、W和G端輸出到主軸電機的動力線，應與接線盒蓋內面的指示相符。 lK3為從主軸伺服單元的端子T1上的R0，S0和T0輸出到主軸風扇電機的動力線，應使風扇向外排風。lK4為主軸電機的編碼器反饋電纜，其中PA、PB、RA和RB用作速度反饋信號，O1H和O2H為電機溫度接點，SS為屏蔽線。 28 強電柜 伺服 變壓器 380 /

17、220V CN1 CN2 0M SM1 LM1 R S T G 3 2 1 PB PA +5V 6 5 4 RB RA 0V 9 8 7 02H SS 01H U V W G R0 S0 T0 S T G R 三相 AC 220V 三相 AC 380V K1 故障線 K6 功率 K7 轉速 反饋信號 K5 風扇線 K3 控制線 K5 動力線 K2 交流主軸伺服單元 CN 主軸 電機 風扇電機 主軸 編碼器 圖5-3 S系列主軸伺服系統(tǒng)的連接方法lK5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 29芯號信號功 能1，2SAR1，2主軸速度到達信號（輸出）

18、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主軸運行準備信號（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主軸故障報警公共線14OS主軸速度連續(xù)修調，正反轉信號地線（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/轉速表地線19，20ARST1，2主軸報警復位信號（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

19、）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主軸正轉命令（輸入）46SRV主軸反轉命令（輸入）47，48ESP1，2主軸緊急停機命令（輸入）49LM1主軸功率表信號（輸出）50SM1主軸轉速表信號（輸出）50芯插座CN1 信號含義30 PE 經光纜到存儲 器板 PE 編碼器 K23 至NC184X 軸 K22M K2 R AC380V S 三相 T 編碼器 至 NCM185X 軸 K12 K23 K22 K23 K17 K22L K2 K5 K8 終端插頭

20、K34 K22L K8 K5 K2 K5 K22M K8 K4 緊停接點 至 NCM188Y 軸 火花 抑制器 主接觸器 MCC CX4 TB1 ESP P +24V N CX1A CX1B 200R 200R 200S 200S PE CX2B 24V CX3 0V ESP TB2 JX1B L1 L2 L3 PE TB1 TB2 P P N N CX1A CX2B 200R +24V 200S 0V CX2A ESP +24V 0V JX1B ESP JX1A JY1 JY2 JA7B TB2 U V W PE TB1 TB1 P P N N CX2A CX2B +24V +24V 0V

21、0V ESP ESP JX1A JX1B JV1B JV2B TS1B TS2B JF1 JF2 TB2 K33 VL VM UL WL UM WM 伺服 電動機Y 軸 伺服 電動機X 軸 TB1 TB1 P P N N CX2A CX2B +24V +24V 0V 0V ESP ESP JX1V JX1A JX1B JX2B TS1B TS2B JF1 JF2 TB2 K33 VL VM UL WL UM WM 伺服 電動機Y 軸 伺服 電動機X 軸 主軸電動機 風扇電動機 AC 扼流圈 副斷路器 BR2 主斷路器 BR1 伺服變壓器 至 NCM198 第四軸 至 NCM195Z 軸 編碼器

22、 編碼器 至NC197 第四軸 PE PE 經光纜到存儲 器板 至NC187Y 軸 l 主軸伺服單元和進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給伺服放大器模塊提供直流200V電源。31 PE 經光纜到存儲 器板 PE 編碼器 K23 至NC184X 軸 K22M K2 R AC380V S 三相 T 編碼器 至 NCM185X 軸 K12 K23 K22 K23 K17 K22L K2 K5 K8 終端插頭 K34 K22L

23、K8 K5 K2 K5 K22M K8 K4 緊停接點 至 NCM188Y 軸 火花 抑制器 主接觸器 MCC CX4 TB1 ESP P +24V N CX1A CX1B 200R 200R 200S 200S PE CX2B 24V CX3 0V ESP TB2 JX1B L1 L2 L3 PE TB1 TB2 P P N N CX1A CX2B 200R +24V 200S 0V CX2A ESP +24V 0V JX1B ESP JX1A JY1 JY2 JA7B TB2 U V W PE TB1 TB1 P P N N CX2A CX2B +24V +24V 0V 0V ESP ES

24、P JX1A JX1B JV1B JV2B TS1B TS2B JF1 JF2 TB2 K33 VL VM UL WL UM WM 伺服 電動機Y 軸 伺服 電動機X 軸 TB1 TB1 P P N N CX2A CX2B +24V +24V 0V 0V ESP ESP JX1V JX1A JX1B JX2B TS1B TS2B JF1 JF2 TB2 K33 VL VM UL WL UM WM 伺服 電動機Y 軸 伺服 電動機X 軸 主軸電動機 風扇電動機 AC 扼流圈 副斷路器 BR2 主斷路器 BR1 伺服變壓器 至 NCM198 第四軸 至 NCM195Z 軸 編碼器 編碼器 至NC1

25、97 第四軸 PE PE 經光纜到存儲 器板 至NC187Y 軸 l急停控制信號接到電源模塊的+24V和ESP端子后，再由其相應的輸出端接到主軸和進給伺服放大器模塊，同時控制急停狀態(tài)。l從NC發(fā)出的主軸控制信號和返回信號經光纜傳送到主軸伺服放大器模塊。l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。3233仿真軟件演示數(shù)字主軸連接345.3 5.3 主軸變速控制主軸變速控制主軸變速：l有級變速：配以齒輪變速的經濟型數(shù)控機床l無級變速：直流或交流主軸伺服電動機（常用）l分段無級變速：在交流或直流主軸伺服電動機無級變速的基礎上配以齒輪變速（常用）35圖5-5 主軸功率轉矩特性一、無級變速

26、36二、分段無級變速l帶有變速齒輪的主傳動l通過帶傳動的主傳動l用兩個電動機分別驅動主軸l內裝電動機主軸變速37數(shù)控系統(tǒng)齒輪自動換擋功能： M41M44首先需要在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設置M41M44四擋對應的最高主軸轉速，數(shù)控系統(tǒng)會根據當前S指令值，判斷應處的擋，并自動輸出相應的M41M44指令給可編程控制器（PLC）、控制更換相應的齒輪擋，數(shù)控裝置輸出相應的模擬電壓。 三、自動換擋控制 圖5-6主軸分段無極變速結構示意圖38l 當數(shù)控系統(tǒng)讀到有擋的變化S指令時，則輸出相應的M代碼（M41、M42、M43、M44)。輸出信號送至PMC。l 50ms后，CNC發(fā)出M選通信號Mstrobe，指示可編程控

27、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)據正確。l 可編程控制器接收到M strobe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39l 4）PMC開始對M代碼進行譯碼，并執(zhí)行相應的換擋控制邏輯。l 5）M代碼輸出200ms后，數(shù)控系統(tǒng)根據參數(shù)設置輸出一定的主軸蠕動量，從而使主軸慢速轉動或振動，以解決齒輪頂齒問題。l 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)換擋工作已經完成。l 7）數(shù)控系統(tǒng)根據參數(shù)設置的每擋主軸最高轉速，自動輸出新的模擬電壓，使主軸轉速為給定的S值。 圖5-7自動

28、換擋時序圖40一、概述一、概述軸準停功能又稱主軸定位功能(Spindle Specified Position Stop)，即當主軸停止時，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確定位于圓周上特定角度的功能，見圖5-8。當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，刀具必須具有準確功能，如 圖5-9所示。 5.4 5.4 主軸準停控制主軸準?？刂?1o 機械準停一般要求主軸具有無級調速的功能，接受到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準停指令（如M19）后

29、，控制主軸電動機帶動主軸以可以設定的準停速度（一般為小于100r/min的低速，如60r/min）和方向旋轉。o 1）接收到無觸點開關有效信號后，停止主軸，主軸電動機與主軸傳動件依慣性繼續(xù)旋轉，同時控制定位銷伸出壓向主軸定位盤。o 2）接收到定位銷到位信號后，通知系統(tǒng)準停指令完成。 二、機械準停二、機械準停主軸準停可分為機械準停與電氣準停，它們的控制過程是一樣的，如圖5-10所示。 42 根據機械結構的具體特點，為防止定位銷提前頂死主軸而使準停失敗，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

30、答信號后，表示主軸準停取消的指令完成。采用機械準停的方式，主軸準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行有互鎖關系，即： 1）主軸以非準停速度旋轉時不得伸出定位銷； 2）若定位銷退回到位信號無效則禁止主軸旋轉； 3）若定位銷伸出到位信號無效則禁止換刀動作繼續(xù)進行。43 圖5-11為典型的端面螺旋凸輪準停裝置。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，當活塞帶動凸輪3向下移動時(不轉動)，通過撥動定位滾子2并帶動主軸轉動，當定位銷落入端面凸輪的V形槽內，便完成了主軸準停。因為是雙向端面凸輪，所以能從兩個方向撥動主軸轉

31、動以實現(xiàn)準停。這種雙向端面凸輪準停機構，動作迅速可靠，但是凸輪制造較復雜。機械準停還有其他實現(xiàn)方式，如端面螺旋凸輪準停等，但基本原理是一樣的。 44 目前中高檔數(shù)控系統(tǒng)均采用電氣準停控制，采用電氣準?？刂朴腥缦聝?yōu)點： (1)機械結構簡單 與機械準停相比，電氣準停只需在主軸旋轉部件和固定部件上安裝傳感器即可。 (2)準停迅速 準停時間包括在換刀時間內，而換刀時間是加工中心的一項重要指標。采用電氣準停，即使主軸在高速旋轉時完成，大大縮短了準停時間。 三、電氣準?？刂迫㈦姎鉁释？刂?45 (3)可靠性高 由于無需復雜的機械、開關、液壓缸等裝置，也沒有機械準停所形成的機械沖擊、磨損，因而準?？刂频膲?/p>

32、命與可靠性大大增加。 (4)控制簡單 通常只需要主軸準停指令信號、準停完成回答信號即可實現(xiàn)主軸準?？刂?。 (5)性能價格比提高 由于簡化了機械結構和強電控制邏輯，這部分的成本大大降低。但電氣準停常作為選擇功能，定購電氣準停附件需要另外的費用。但從總體來看，性能價格比提高。 46o 目前電氣準停通常有磁傳感器準停、編碼器準停和數(shù)控系統(tǒng)準停三種。o 1磁傳感器主軸準停o 磁傳感器主軸準?？刂朴蓴?shù)控系統(tǒng)和主軸驅動器共同完成，與機械準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，在聚磁性體外12mm外固定一個磁性傳感器。磁性傳感器信號經放大器與主軸控制單元連接，當主軸需要定位準停

33、時即進行控制，其步驟如下：47 1）轉動或停止時，數(shù)控裝置發(fā)出準停指令后，立即控制主軸加速或減速至某一準停速度（一般很慢）。 2）主軸到達定向速度并且檢測到準停位置信號時（即磁發(fā)體與磁傳感器對準），立即控制主軸停止，并向主軸驅動器發(fā)出位控工作模式指令，主軸驅動器控制主軸電動機在位控模式下靜止鎖死。 3）若取消主軸準停狀態(tài)，只需撤銷主軸驅動器的位控工作模式指令，恢復到速度工作模式即可。這種準停方式參考位置和準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半徑影響，準停精度不是很高。 48 安川YASKAWA主軸驅動VS-626MT使用不同的選件可具有三種主軸電氣準停方式，即磁傳感器型

34、、編碼器型以及由數(shù)控系統(tǒng)控制完成的主軸準停。YASKAWA主軸驅動加上可選定位件(Orientation Card)后，可具有磁傳感器主軸準?？刂乒δ?。磁傳感器主軸準?？刂朴芍鬏S驅動自身完成。當執(zhí)行M19時，數(shù)控系統(tǒng)只需發(fā)出準停起動命令ORT，主軸驅動完成準停后會向數(shù)控系統(tǒng)回答完成信號ORE，然后數(shù)控，系統(tǒng)再進行下面的工作。其基本結構如圖5-12所示，基本標準規(guī)格如表5-2所示。 49 由于采用了磁傳感器，故應避免將產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部件上)與磁傳感器(固定不動)的安裝是有嚴格要求的，應按說明書要求的精度安裝。 采用磁

35、傳感器準停時，接受到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的準停開關量信號ORT，主軸立即加速或減速至某一準停速度(可在主軸驅動裝置中設定)。50 主軸到達準停速度且準停位置到達時(即磁發(fā)體與磁傳感器對準)，主軸即減速至某一爬行速度(可在主軸驅動裝置中設定)。然后當磁傳感器信號出現(xiàn)時，主軸驅動立即進入磁傳感器作為反饋元件的閉環(huán)控制，目標位置即為準停位置。準停完成后，主軸驅動裝置輸出準停完成ORE停號給數(shù)控系統(tǒng)，從而可進行自動換刀(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?？刂茣r序如圖5-14所示。51 編碼器主軸準停功能由主軸驅動器完成，數(shù)控系統(tǒng)只需發(fā)出準停指令信號然后監(jiān)測主軸驅動器返回

36、的準停完成信號即可。在準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。準停中主軸驅動器的工作過程如下： 1）接收到準停指令后，控制主軸電動機以準停速度和準停旋轉方向旋轉。 2）監(jiān)測到準停參考位置信號后，控制主軸電動機相對準停參考位置轉過一個角度（該角度可以在主軸驅動器內部設定和修改）后靜止鎖死。編碼器準停與磁傳感器的相對位置。這種準停方式可以在主軸驅動器內部隨意修改調整。 2 2編碼器型主軸準停編碼器型主軸準停 52 主軸準停參考位置由磁性傳感器獲得時，可以采用主軸電動機內部安裝的編碼器信號（來自于主軸驅動裝置），也可以在主軸上直接安裝其他編碼器，用于控制主軸轉過的相對角度；若采

37、用編碼器Z脈沖來獲得主軸準停參考位置，則必須安裝與主軸同步旋轉的編碼器。 另外需要說明的是，無論采用何種準停方式（特別是磁傳感器定位方式），當需要在主軸上安裝元件時應注意平衡問題。因為數(shù)控機床的主軸精度、轉速都很高，因此對動平衡要求很嚴格。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)式磁傳感器主軸準停裝置，由于磁性體采用整環(huán)形式，動平衡較好。 53 安川YASKAWA主軸驅動VS-626MT配置選件板則可具有編碼器主軸準停功能。這種準?？刂埔彩峭耆芍鬏S驅動完成的，CNC只需發(fā)出準停命令ORT即可，主軸驅動完成準停后回答準停完成ORE信號?；疽?guī)格如表5-3 位置檢測方式使用編碼器A，B，C信號準停位置基本準停位置為編碼器零位C脈沖到達處，準停位置偏移可在主軸驅動內部或外部指定重復準停精度小于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表表5-3 YASKAWA5-3 YASKAWA編碼器準停規(guī)格編碼器準停規(guī)格 54 圖5-15為編碼器主軸準?？刂平Y構圖。可采用主軸電動機內置安裝的編碼器信號(來自主軸驅動裝置)