項(xiàng)目4：主軸故障 - 任務(wù)1：主軸電機(jī)不轉(zhuǎn)

主軸單元連接

來源于動(dòng)詞『Ｓｅｒｖｅ』；服從、服務(wù)。服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作，在訊號(hào)來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；訊號(hào)來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)訊號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求，對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力距、速度和位置控制得非常靈活方便。什么是伺服？實(shí)物：數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)介紹1、定義數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位移和速度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。2、伺服系統(tǒng)的組成一般由驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行部件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。比較環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制單元執(zhí)行元件傳動(dòng)裝置機(jī)床指令速度反饋位置反饋伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖伺服系統(tǒng)一般是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，通過輸入給定值與反饋值進(jìn)行比較，利用比較后產(chǎn)生的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到消除偏差、使被調(diào)節(jié)量與給定值一致的目的。伺服系統(tǒng)是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中作速度反饋的檢測(cè)裝置是測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。位置控制主要是對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸進(jìn)行控制，可用光柵、光電編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器等進(jìn)行位置檢測(cè)。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的程序指令及數(shù)據(jù)，經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算后得到位置控制指令，同時(shí)，位置檢測(cè)裝置將實(shí)際位置檢測(cè)反饋于數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)位置比較后，數(shù)控系統(tǒng)輸出速度控制指令至各坐標(biāo)軸的驅(qū)動(dòng)裝置，經(jīng)速度控制單元驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而構(gòu)成全閉環(huán)或半閉環(huán)的位置控制。伺服系統(tǒng)實(shí)際上是外環(huán)為位置環(huán)、內(nèi)環(huán)為速度環(huán)的控制系統(tǒng)。對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的維護(hù)及故障診斷將落實(shí)到位置環(huán)和速度環(huán)上。機(jī)床移動(dòng)部件上的位置檢測(cè)裝置（如光電編碼器）將機(jī)床移動(dòng)的位移信號(hào)與實(shí)際的位置控制指令比較，構(gòu)成位置環(huán)控制。

伺服電動(dòng)機(jī)上的測(cè)速裝置（如測(cè)速發(fā)電機(jī)）將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)與速度控制指令比較，構(gòu)成速度環(huán)控制。3、伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制主軸的起動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等，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(shí)，對(duì)主軸提出了相應(yīng)的位置控制要求。一般只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)?？刂聘髯鴺?biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)，是數(shù)控機(jī)床中要求最高的伺服控制。（1）按進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)分類3、伺服系統(tǒng)的分類（2）按調(diào)節(jié)理論分類1）開環(huán)伺服系統(tǒng)典型代表：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋3、伺服系統(tǒng)的分類（2）按調(diào)節(jié)理論分類3）半閉環(huán)系統(tǒng)位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋3、伺服系統(tǒng)的分類（3）按使用的伺服電機(jī)來分類1）步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：將電脈沖激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的離散值控制電動(dòng)機(jī)，每輸入一個(gè)電脈沖就動(dòng)一步。特點(diǎn)：精度差、能耗高、速度低，且功率越大，速度越低，易于失步、越步，主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。3、伺服系統(tǒng)的分類（3）按使用直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)分類2）直流伺服系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)：用直流電信號(hào)控制的伺服電動(dòng)機(jī)，特指永磁直流有刷伺服電機(jī)，是一個(gè)單輸入單輸出的單變量控制系統(tǒng)。特點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、調(diào)速性能優(yōu)異，曾占據(jù)主導(dǎo)地位，但其引入了機(jī)械換向裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、故障多、維護(hù)困難，因?yàn)橛须娝?，?jīng)常會(huì)因碳刷產(chǎn)生的火花而影響生產(chǎn)，對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，且限制了轉(zhuǎn)速的提高，一般額定轉(zhuǎn)速為1000-1500r/min。3、伺服系統(tǒng)的分類（3）按使用直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)分類

3）交流伺服系統(tǒng)交流異步伺服電動(dòng)機(jī)：一般用于主軸伺服電動(dòng)機(jī)；永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)：一般用于進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子慣量較直流電動(dòng)機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，輸出功率大，容量大，可達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。如今交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位。4、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求主軸伺服系統(tǒng)主要完成切削加工時(shí)主軸刀具旋轉(zhuǎn)（銑）或主軸工件旋轉(zhuǎn)（車）速度（指令S提供）的控制，主軸要求調(diào)速范圍寬，當(dāng)數(shù)控機(jī)床有螺紋加工、準(zhǔn)停和恒線速度加工等功能時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī)需要裝配脈沖編碼器位置檢測(cè)元件作為主軸位置反饋。數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸一般有如下要求：1）調(diào)速范圍足夠大，以滿足各種工況切削，獲得最合理的切削速度，以保證加工質(zhì)量、效率。盡可能在全速度范圍內(nèi)提供主軸電動(dòng)機(jī)的最大功率。功率P=轉(zhuǎn)矩*轉(zhuǎn)速=使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力*轉(zhuǎn)動(dòng)的速度低速恒轉(zhuǎn)矩（扭矩），中、高速恒功率恒轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩不變，低速時(shí)功率小，高速時(shí)功率大。恒功率：低速時(shí)，轉(zhuǎn)矩大；高速時(shí)，轉(zhuǎn)矩小。數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸一般有如下要求：

2）實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。主軸的速度是由數(shù)控加工程序中的S指令控制的，要求能在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。

有級(jí)調(diào)速：有級(jí)調(diào)速一般采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。

無級(jí)調(diào)速：是自動(dòng)調(diào)速。沒有換檔動(dòng)作，方便，沒有換檔的頓挫感，傳動(dòng)效率高，加速快，油耗低，故障率相對(duì)較高，成本相對(duì)較高，不能用于高輸出發(fā)動(dòng)機(jī)。數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸一般有如下要求：

3）振動(dòng)、噪聲小。

4）電動(dòng)機(jī)可靠性高、壽命長(zhǎng)、容易維護(hù)。

5）車削中心上，要求主軸具有C軸控制功能。在車削中心上，為了使之具有螺紋車削功能，要求主軸與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)實(shí)行同步控制，即主軸具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸（C軸）的控制功能。6）加工中心上要求主軸具有準(zhǔn)停功能加工中心在自動(dòng)換刀時(shí)，主軸須停止在一個(gè)固定不變的方位上，以保證換刀位置的準(zhǔn)確以及某些加工工藝的需要，即主軸要具有高精度的準(zhǔn)停功能。數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸一般有如下要求：

7）具有恒線速度切削控制功能

車床和磨床在進(jìn)行工件端面加工時(shí)，為保證端面加工時(shí)粗糙度一致，要求刀具切削的線速度為恒定值。線速度：V=nЛDn為主軸轉(zhuǎn)速，D為加工時(shí)切削直徑。隨著刀具的徑向進(jìn)給，切削直徑逐漸減少，應(yīng)不斷提高主軸轉(zhuǎn)速。D可由坐標(biāo)軸的進(jìn)給量算出，然后計(jì)算出對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速n,以保證V不變。5、常用主軸系統(tǒng)的速度控制在CNC中，主軸轉(zhuǎn)速通過S指令進(jìn)行編程，S指令通過數(shù)控系統(tǒng)處理可以轉(zhuǎn)換為模擬電壓或數(shù)字量信號(hào)輸出，因此主軸轉(zhuǎn)速有兩種控制方式：利用模擬量進(jìn)行控制（模擬主軸）利用串行總線進(jìn)行控制（串行主軸。）FANUC0i

數(shù)控系統(tǒng)的硬件連接控制主模塊：MAIN電源模塊：PSM主軸模塊：SPM伺服模塊：SVM使用模擬主軸時(shí)，CNC通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器自動(dòng)將S指令轉(zhuǎn)換為-10V~+10V的模擬電壓。CNC所輸出的模擬電壓可通過主軸驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)主軸的速度控制。在數(shù)控銑床中，模擬主軸驅(qū)動(dòng)裝置主要應(yīng)用于中低檔數(shù)控銑床，常用通用變頻器來實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)控制。通用變頻器：1.可以和通用的籠型異步電動(dòng)機(jī)配套使用；

2.具有多種可供選擇的功能。模擬主軸：為了提高主軸控制精度和可靠性，利用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從CNC輸出的控制指令可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，在CNC與主軸驅(qū)動(dòng)裝置之間建立通信，這種通信一般使用CNC的串行接口，因此稱為串行主軸控制。串行主軸：電機(jī)上用Mzi傳感器可以進(jìn)行位置和速度的檢測(cè)華中數(shù)控系統(tǒng)主軸變頻器SJ00系列—矢量型變頻器1、矢量型變頻（0.2kw-7.5Kw）2、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小3、ISPM專利技術(shù)，集成了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率器件和控制電路元件，抗電磁干擾能力強(qiáng)4、速度調(diào)節(jié)旋鈕標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置5、電機(jī)參數(shù)自整定，具有兩套電機(jī)參數(shù)6、200%起動(dòng)力矩7、電網(wǎng)電壓自動(dòng)穩(wěn)壓，保持輸出穩(wěn)定8、瞬時(shí)失電重起動(dòng)9、內(nèi)置能耗制動(dòng)單元10、無速度傳感器矢量控制，低速大轉(zhuǎn)矩，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快11、V/f方式下，可手動(dòng)/自動(dòng)提升轉(zhuǎn)矩12、數(shù)字端子控制電機(jī)加/減（UP/DOWN）可預(yù)設(shè)16級(jí)多步速13、載波頻率0.5KHZ-16KHZ連續(xù)可調(diào)14、加減速過程中可分段改變加減速時(shí)間15、可內(nèi)部/外部啟動(dòng)直流制動(dòng)16、風(fēng)扇ON/OFF選擇（降噪并節(jié)能）SJ00系列具有輸出力矩大和響應(yīng)快的特點(diǎn)，可用于造紙、印刷、紡織，機(jī)床以及升降機(jī)，電動(dòng)葫蘆等機(jī)械上。日立變頻器操作界面RUN：給變頻器提供一個(gè)運(yùn)行的指令，按此鍵可以啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，前提是變頻器處在鍵盤控制方式下。STOP：給變頻器提供一個(gè)停止運(yùn)行的指令，按此鍵可以停止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，前提是變頻器處在鍵盤控制方式下。FUN：功能鍵，修改變頻器時(shí)，可以選擇參數(shù)模式以及在設(shè)置參數(shù)時(shí)使用。▲：修改參數(shù)時(shí)增大參數(shù)值▼：修改參數(shù)時(shí)減小參數(shù)值STR：可以對(duì)變頻器的修改參數(shù)進(jìn)行保存電位器：操作者可以通過電位器來改變變頻器的輸入模擬電壓指令。RS-232：串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)，一般用于20m以內(nèi)的通信，雙工RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn),在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，半雙工變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)最常用的3種方式：變頻器運(yùn)行的兩個(gè)基本條件，除了頻率信號(hào)，還有一個(gè)就是變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)。變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式：操作器鍵盤控制、端子控制和通信控制3種。這些運(yùn)轉(zhuǎn)指令方式必須按照實(shí)際的需要進(jìn)行選擇設(shè)置，同時(shí)也可以根據(jù)功能進(jìn)行相互之間的方式切換。日立變頻器的三種控制方式：（1）手操鍵盤給定通過變頻器的操作鍵盤以及變頻器自身提供的控制參數(shù)來對(duì)變頻器進(jìn)行控制，用戶可以通過變頻器操作器鍵盤上的運(yùn)行鍵、停止/復(fù)位健、正反轉(zhuǎn)/點(diǎn)動(dòng)鍵來直接控制變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)。電位器設(shè)定：SJ100面板上配有調(diào)速電位器，可通過其旋鈕來調(diào)節(jié)變頻器所需要的指令電壓，來控制變頻器的輸出頻率，改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。（1）手操鍵盤給定具體操作步驟如下：①將參數(shù)A01設(shè)為02，A02設(shè)為02；②通過▲或▼鍵改變參數(shù)F01的參數(shù)值（變頻器的頻率給定）來增加或減少給定頻率；③完成上述步驟后，變頻器進(jìn)行待命狀態(tài)，按RUN鍵，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；④按STOP/RESET鍵，停止電動(dòng)機(jī)；⑤設(shè)置參數(shù)F04的參數(shù)值為00或01，改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；⑥按RUN鍵，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，但方向已經(jīng)改變。（2）電位器設(shè)定采用這種控制方式的具體操作步驟如下：①將參數(shù)A01設(shè)為00，A02設(shè)為02，A04設(shè)為60；②通過調(diào)節(jié)電位器來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，將電位器轉(zhuǎn)過一定的角度；③完成上述步驟后，變頻器進(jìn)入待命狀態(tài)，按RUN鍵，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過改變電位器的旋轉(zhuǎn)角度來改變變頻器的輸出頻率，控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度；日立變頻器的三種控制方式：（2）外部端子控制----數(shù)控系統(tǒng)給定變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)指令通過其外接輸入端子，從外部輸入開關(guān)信號(hào)來進(jìn)行控制的方式。這些由按鈕、選擇開關(guān)、繼電器、PLC或繼電器模塊，就替代了操作器鍵盤上的運(yùn)行健、停止鍵、點(diǎn)動(dòng)鍵和復(fù)位鍵，可以在遠(yuǎn)距離來控制變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）數(shù)控系統(tǒng)給定（外部控制端子操作）采用數(shù)控系統(tǒng)控制具體步驟如下：①將變頻器、異步電動(dòng)機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)正確連接，接通電源；②按照手操鍵盤給定方式，將A01和A02恢復(fù)到01；③通過華中世紀(jì)星的主軸控制命令，控制變頻器的運(yùn)行，例如在MDI下執(zhí)行M03S500，電機(jī)就會(huì)以500轉(zhuǎn)/分正轉(zhuǎn)；（3）通信控制---無通信控制的方式與通信給定的方式相同，在不增加線路的情況下，只需對(duì)上位機(jī)給變頻器的傳輸數(shù)據(jù)改一下，即可對(duì)變頻器進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、故障復(fù)位等控制。上位機(jī)與變頻器采用主從方式進(jìn)行通信，上位機(jī)為主機(jī)，變頻器為從機(jī)，1個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能有1臺(tái)主機(jī)，主機(jī)通過站號(hào)區(qū)分不同的從機(jī)，從機(jī)只在收到主機(jī)的讀寫命令后才發(fā)送數(shù)據(jù)。日立變頻器常見參數(shù)設(shè)定A組基本參數(shù)設(shè)定H組：無傳感器矢量功能F組基本參數(shù)設(shè)定1、以A03的設(shè)置為例電動(dòng)機(jī)基本頻率的設(shè)置步驟：2、以設(shè)定電動(dòng)機(jī)極數(shù)H03為例電動(dòng)機(jī)的極數(shù)決定于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的繞組排列。在電動(dòng)機(jī)的銘牌上通常標(biāo)明極數(shù)，正常工作時(shí)，要確保參數(shù)設(shè)置與電動(dòng)機(jī)極數(shù)相符。大多數(shù)工業(yè)電動(dòng)機(jī)極數(shù)為4，這也是變頻器中缺省設(shè)定的值。操作任務(wù)：1、完成實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書任務(wù)5中的第一題。2、練習(xí)日立變頻器三種控制方式的設(shè)置：將