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1、项目七 与主轴关联参数设定,数控机床调试与维修,一、主运动实现方式及应用场合,1数控机床主轴分段无级变速（1）,数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为 恒功率。般要求： 在低速段为恒转矩传动恒转矩特性 中、高速段为恒功率传动恒功率特性,1数控机床主轴分段无级变速（2）,为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变 速范围尽可能大，有的数控机床在交流电机无级变速的 基础上配以齿轮变速，用以解决电机驱动和主轴传动功 率的匹配问题，使之成为分段无级变速，如图所示。,1数控机床主轴分段无级变速（3）,手动换挡 自动换挡,1数控机床主轴分段无级变速（4）,在带有齿轮变速的分段无级变速系统
2、中： 主轴的正、反向启动与停止、制动是由伺服电动机来实现； 主轴变速由电动机无级变速与齿轮有级变速相配合来实现； 这种配置适合于大中型机床，确保主轴低速时输出大扭矩、 高速时输出恒功率特性的要求。 对于这种配置形式，机械设计时都带有主轴换档机构。,2数控机床主轴带传动变速（1）,主轴带传动变速主要是将电机的旋转运动通过带传动传递 给主轴。 这种传动方式多见于数控车床和中、小型加工中心，它可 避免齿轮传动时引起的振动与噪声。 这种结构的配置型式如图所示。,2数控机床主轴带传动变速（2）,2数控机床主轴带传动变速（3）,数控机床主轴带传动变速常用采用多楔带和同步带。 多楔带传动综合了带和平皮带的优
3、点，运转时振动小， 发热少，运转平稳，重量轻，因此可在40m/s的线速度 下使用。 多楔带与带轮的接触好，负载分布均匀，即使瞬时超载， 也不会产生打滑，而传动功率比带大2030。 能够满足加工中心主传动要求的转速、大转矩和不打滑的 条件。 楔带安装时需要较大的张紧力，使得主轴和电机承受较大 的径向负载，这是多楔带的一大缺点。,2数控机床主轴带传动变速（4）,3调速电机直接驱动主轴传动（1）,数控机床采用交流主轴伺服电动机直接驱动主轴实现主轴 无级变速，如图所示。,3调速电机直接驱动主轴传动（2）,3调速电机直接驱动主轴传动（3）,方式一电机直接驱动 交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交
4、流电动 机配置矢量变换变频调速系统），由于没有电刷不产生火 花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平， 甚至在噪声方面还有所降低。因此，目前应用较为广泛。,3调速电机直接驱动主轴传动（4）,方式二电主轴 主轴直接驱动还有一种方式是内置电动机主轴变速。将调速 电动机与主轴合成一体（电动机转子轴即为机床主轴），称 为电主轴，这是近年来新出现的一种结构。这种变速方式大 大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的 刚度，但主轴的输出转矩较小，电动机发热对主轴精度影响 较大。,3调速电机直接驱动主轴传动（5）,二、主轴驱动电机与主轴特性 的匹配,1主轴驱动电机与主轴特性的匹配（1）,
5、数控机床采用交流主轴伺服电动机驱动主轴实现变速，主轴 传递的功率或转矩与转速之间的关系如图所示。 当机床处在连续运转状态时，主轴的转速在4373500rmin 范围内，主轴传递电动机的全部功率为llkW，为主轴的恒功率 区域。 主轴转速在35437rmin范围内，主轴的输出转矩不变，称 为主轴的恒转矩区域。,1主轴驱动电机与主轴特性的匹配（2）,三、主轴分段无级变速换挡方式,对于分段无级变速主轴，其换档的方式有两种： M型换档 T型换档,M系列系统可以采用M型和T型两种换档方式，通过参数 3706#4进行设定； 如果系统使用恒表面切削速度控制功能，则不管该参数 如何设定，都认为是T型换档。 T
6、系列系统则只能使用T型换档。,1M型换档方式（1）,对于M型换档，如同直接由S指令选择一样，CNC依据事先 在参数37413744 中定义的各齿轮档的速度范围来选择齿 轮档，并且通过使用齿轮档选择信号(GR30，GR20， GR10)通知 PMC 选择相应的齿轮档，同时，CNC 根据 选择的齿轮档位输出主轴电机速度。,1M型换档方式（2）,37413744参数设定,接受主轴运动信号 如”M03 S400;”,确定主轴运动对应档位,明确档位选择信号 GR30，GR20、GR10,PMC,液压拨叉换挡,2T型换档方式（1）,对于T型换档，由齿轮档选择信号（GR1，GR2）确定机床 当前使用的齿轮档
7、（共4个齿轮档）。 由加工者决定如何使用各齿轮档位，CNC 输出与齿轮档 位相对应的速度指令。,3两种换档方式的区别（1）,M型换档和T型换档的最大区别在于： M型换档会根据设定各档位的最高转速，发出换档信号 （GR30，GR20，GR10），结合PMC 控制外围换档机 构(液压、电器驱动件等)选择合适档位工作； T型换档，需要在主轴转动之前，人为切换主轴档位机 构，并处理与之对应的齿轮档位信号（GR1，GR2）， 使得CNC 输出与齿轮档位相对应的速度指令。,4主轴最大、最小钳制速度确定（1）,根据主轴电机的具体型号，可以确认主轴电机的最大转速； 在主轴电机初始化完成后，该值自动设定在参数4
8、020中； 对于M系列系统，实际电机输出最大转速和最低转速和参 数3736 及参数3735设定有关，这两个参数作为串行主轴 数字量输出的钳制条件； 主轴电机最大、最小钳制速度与参数设置对应关系如图所 示。,4主轴最大、最小钳制速度确定（2）,4主轴最大、最小钳制速度确定（3）,一般情况下，我们需要钳制主轴电机速度，都可以通过参 数3735、3736实现，而参数4020（电机最高转速）就使用 电机初始化默认设定值。,5主轴各档位最高转速确定（1）,根据主轴电机的最大转速和高低档位的变速比，可以确定 各档位的主轴最高转速，每一档位的主轴最高转速设定在 参数37413744 中。,5主轴各档位最高转
9、速确定（2）,示例2-11使用8/8000i主轴电机，第一档变比为0.245， 第二档变比为0.865，设置主轴电机最大、最小钳制速度参数 3736、参数3735，各档位最高转速参数3741及参数3742。,5主轴各档位最高转速确定（3）,参数3735 的设定：参数3735 设定为50，为主轴电机最低 钳制速度。 参数3736 的设定：参数3736 按照下面表达式进行设定： 如果主轴电机最高钳制速度即为主轴电机最高转速，则参数 3736设定为4095。,5主轴各档位最高转速确定（3）,参数3741、3742的设定： 参数3741用于确定第一档主轴的最高转速，设定值为 80000.245=196
10、0； 参数3742用于确定第二档主轴的最高转速，设定值为 80000.8656920。 注意： 各档位主轴最高转速如果设定不准确，将会造成实际主 轴转速不正确。,6M型换档类型（1）,根据切换档位速度点的不同，M 型换档又分为： A型换档 B型换档 通过参数3705#2进行A型换档或B型换档方式设定。,6M型换档类型（2）,（1）A 型换档 当NO.3705#2=0时，确定为A 型换档，表明切换档 位的速度点为每一档的最高速度。如图所示。,6M型换档类型（3）,6M型换档类型（4）,图中： A、B、C 分别为设定在参数37413743 中每一档位的 最高转速； Vmin为设定在参数3735中的
11、主轴电机最小钳制速度； Vmax为设定在参数3736 中的主轴电机最大钳制速度。,6M型换档类型（5）,示例2-12使用8/8000i主轴电机，第一档变比为0.245， 第二档变比为0.865，进行相关参数设定。 1）参数3735 设定为50； 2）3736 设定为4095； 3）参数3741设定值为80000.245=1960；,6M型换档类型（6）,示例2-12使用8/8000i主轴电机，第一档变比为0.245， 第二档变比为0.865，进行相关参数设定。 4）参数3742设定值为80000.8656920； 5）参数3705#2 设定位0，表明使用A方式换档； 6）第一档切换档位速度点为
12、1960，第二档切换档位速度点 为6920。 当指定S代码时，S代码速度值和1960以及6920比较，确定 对应的运行档位，系统自动发出GR30、GR20、GR10信号， 结合该信号，在PMC中进行处理并驱动外围换档机构。,6M型换档类型（7）,（2）B 型换档 当NO.3705#2=1时，确定为B型换档，表明切换档位的速度 点低于每一档的最高速度，如图所示。,6M型换档类型（8）,6M型换档类型（9）,档位12切换点速度设定（数字量设定）对应参数3751； 档位23切换点速度设定（数字量设定）对应参数3752。,6M型换档类型（10）,示例2-13使用8/8000i 主轴电机，第一档变比为0
13、.245， 第二档变比为0.865，进行相关参数设定。 1）参数3735设定为50； 2）参数3736设定为4095； 3）参数3741 设定为80000.245=1960，参数3742 设定 为80000.8656920； 4）参数3705#2 设定位1，表明使用B方式换档；,6M型换档类型（11）,示例2-13使用8/8000i 主轴电机，第一档变比为0.245， 第二档变比为0.865，进行相关参数设定。 5）要求设计档位12 的切换速度点为1500，档位23 切换 速度点为4000，各档位切换点速度设定值按照下面的公式 计算：,四、主轴电动机类型及型号规格,FANUC数控系统配置主轴电
14、机类型分为： i系列 i系列 Ci系列,1i主轴电机常用系列及特征（1）,FANUC i主轴电机常用系列及其特征如表所示。,1i主轴电机常用系列及特征（2）,2i主轴电机常用规格 （1）,i主轴电机常用规格如表所示。,2i主轴电机常用规格 （2）,3主轴电机代码、电机型号及主轴放大 器匹配（1）,主轴电机代码、主轴电机型号及主轴放大器匹配关系 如表所示。,3主轴电机代码、电机型号及主轴放大 器匹配（2）,五、主轴参数设定流程,1确定与主轴参数设定相关部件规格（1）,在进行主轴参数设定前，应确定与主轴硬件连接相关部件 型号规格，具体如下： CNC型号规格； 主轴电机型号； 电源模块型号； 主轴放
15、大器型号; 主轴检测系统型号规格。,2主轴参数设定流程（1）,2主轴参数设定流程（2）,在参数4133中输入电机代码； 把3111#1设定为1显示SP设定软键； 把4019#7设定为1执行主轴参数初始化设定； 断电后再上电； 系统自动加载部分主轴电机参数； 然后再参考主轴参数说明书，对诸如主轴串行输出类型、 主轴运行最高、最低钳制速度、主轴换挡方式、主轴反 馈装置、主轴准停等参数进行手工设定。,六、“主轴设定”画面操作,1进入主轴设定画面（1）,进入主轴设定画面步骤如下： 1）在急停状态下接通数控系统电源； 2）按下功能键 几次，进入”参数设定支援”画 面， 如图所示；,SYSTEM,1进入主轴设定画面（2）,1进入主轴设定画面（3）,进入主轴设定画面步骤如下： 3）选择“主轴设定”，即进入主轴设定画面如图所示。,1进入主轴设定画面（4）,40564059 37413744 4020 4021,2“主轴设定”画面参数说明（1）,（1）齿轮选择 显示机床一侧的齿轮选择状态。 参数值设定选择如表所示。,2“主轴设定”画面参数说明（2）,2“主轴设定”画面参数说明（3）,（2）主轴 选择属于相对于哪个主轴的数据，参数设定值如表所示。,2“主轴设定”画面参数说明（4）,2“主轴设定”画面参数说明（5）,（3）其它项目对应参数 “齿轮比”、
