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1、主轴部分控制 第一部分 常用的主轴控制方式一 .普通主轴电机的控制方式(一)、三相笼型转子感应电动机的起动1.直接启动直接起动是最简单的起动方法。起动时用刀开关、电磁起动器或接触器将电动机定子绕组直接接到电源上，其接线图如左图所示。取熔体的额定电流为电动机额定电流的2.53.5倍。一般对于小型笼型异步电动机如果电源容量足够大时，应尽量采用直接起动方法。对于某一电网，多大容量的电动机才允许直接起动，可按经验公式确定。 3 + (电源总容量 / 电动机额定功率) / 4电动机的起动电流倍数KI需符合上式中电网允许的起动电流倍数，才允许直接起动。一般10kW以下的电动机都可以直接起动。随电网容量的加
2、大，允许直接起动的电动机容量也变大。需要注意的是，对于频繁起动的电动机不允许直接起动，否则应采取降压起动。2.降压起动降压起动是指电动机在起动时降低加在定子绕组上的电压，起动结束时加额定电压运行的起动方式。降压起动虽然能降低电动机起动电流，但由于电动机的转矩与电压的平方成正比，因此降压起动时电动机的转矩也减小较多，故此法一般适用于电动机空载或轻载起动。降压起动的方法有以下几种。 （1） 定子串接电抗器或电阻的降压起动 方法：起动时，电抗器或电阻接入定子电路；起动后，切除电抗器或电阻，进入正常运行，如上图所示。三相异步电动机定子边串入电抗器或电阻器起动时定子绕组实际所加电压降低，从而减小起动电流
3、。但定子绕组串电阻起动时，能耗较大，实际应用不多。 （2） 星形三角形(Y)降压起动 方法：起动时定子绕组接成Y形，运行时定子绕组则接成形，其接线图如上图所示。对于运行时定子绕组为Y形的笼型异步电动机则不能用Y起动方法。Y起动时，定子绕组承受的电压只有做三角形联结时的，起动电流为直接起动时的起动电流，而起动转矩也未直接起动时的。Y起动方法简单，价格便宜，因此在轻载起动条件下，应优先采用。我国采用Y起动方法的电动机额定电压都是380V，绕组是接法。 (二)变频器控制方式上面控制三相感应电动机，在正常工作时电机转速是固定的不可调的，要想三相感应电动机电气实现的无极调速，在三相感应电动机前端加上变频
4、器，而数控系统通过S指令的大小，输出0-10V的模拟电压来控制变频器的输出电压，从而实现主轴的无极调速。变频器原理介绍简介: 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 二 . 伺服主轴电机的控制方
5、式1主轴模拟输出控制方式系统（CNC）输出模拟电压（电流）量作为主轴电动机指令的接口，这种控制主轴电机的方式叫做主轴模拟输出控制方式11系统模拟指令口控制FANUC模拟主轴单元、FANUC主轴电机连接框图如下交流主轴单元CN1 50芯HONDA插头信号表CN11SAR133R012SAR234R023SST119ARST135R034SST220ARST236R045TLML21TLMH37R056OT22ORAR138R067MRDY123ORAR239R078MRDY224NC40R089T1M525ORCM141R0910T1M626ORCM242R1011ALM127OVR143R11
6、12ALM228OVR244R1213OR29+15V45SFR14OS30DA146SRV 15SDT131DA247ESP116SDT232E48ESP217CTH49LM118OM50SM1例如：1. 主轴正反转信号SFR、SRV 需要在PMC中给定输出，输出有效时CN1 45 （管脚号）SFR或则46 （管脚号）SRV 与14（管脚号）OS（主轴单元0V）相连2.带有位置控制反馈元件的机床,主轴单元带有定向板。定向完成时,主轴单元定向完成信号CN1 22 （管脚号）ORAR1和CN1 23 （管脚号）ORAR2为继电器输出,连接在一起.作为PMC的输入信号X地址，来确认主轴定向是否完成
7、。12系统模拟指令口控制第三方的变频器从而控制异步电动机目前大部分的经济型机床均采用数控系统模拟量输出+变频器+感应（异步）电机的形式，性价比很高，这时也可以将模拟主轴称为变频主轴连接框图如下注：I/O IN 输入单元的X8.3为变频器报警信号，I/O OUT 输出单元的Y2.3、Y2.4为控制变频器的正反转信号早期的FANUC 3、6、5、7 和0 MATE 系统配置只有模拟主轴接口（没有串行主轴接口），可以实现以上两种主轴模拟输出的控制方式。2主轴串行输出控制方式CNC给主轴电动机的指令按串行方式传送数据的接口称为串行输出，通过串行输出控制主轴的这种控制方式叫做主轴串行输出控制方式21串行
8、主轴单元、串行主轴电机FANUC 0T、0C、0i、 和16i/18i/21i 系统都配置的是主轴串行接口和模拟主轴接口，可以单独或同时实现主轴串行接口输出和主轴模拟接口输出的控制方式。连接框图如下带串行主轴连接图 同时带串行主轴和模拟主轴连接图JYA2 主轴速度反馈口时，JYA3 主轴位置反馈口（主轴位置编码器、接近开关或磁传感器）带SENSOR 类传感器时，进JYA2口串行主轴的主轴控制单元信号 (输入)(输出) 用于第1 串行主轴 (输入)，(输出) 用于第2 串行主轴 这些地址是CNC 侧的地址。但实际上，它们是串行主轴的主轴控制单元的输入/输出信例如：1.用于第1 串行主轴进行正反转
9、的信号G70.5 SFR(主轴正转)G70.4 SRV(主轴反转) ,需要在PMC中满足逻辑条件下指定。2.带有位置控制反馈元件的机床,主轴定向完成时,主轴单元定向完成信号F45.7 ORARA来确认主轴定向是否完成。下表列出了相关的主轴串行控制单元和主轴模拟控制单元直接控制的不同点 用于主轴串行输出接口的主轴控制单元用于主轴模拟输出接口的 主轴控制单元主轴控制单元的参数作为CNC 的参数指定（40004351/ S1，S2）传送到主轴控制单元后使用由主轴控制单元直接指定主轴控制单元的控制信号通过CNC 连接到PM CG0070G0073 和 F0045F0048： 第一主轴的地址 G0074
10、G0077 和 F0049F0052： 第二主轴的地址通过外部接点连接到PMC主轴速度指令接口0最高主轴电机速度 范围内的数字数据010V 的模拟电压（不包括偏移电压的调整部分）位置编码器接口通过主轴控制单元连接到CNC直接连接到CNC电主轴电主轴是“高频主轴”（High Frequency Spindle）的简称，有时也称作“直接传动主轴”（Direct Drive Spindle），是内装式电机主轴单元。它把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”，具有结构紧凑、机械效率高、可获得极高的回转速度、回转精度高、噪声低、振动小等优点，因而在现代数控机床中获得了愈来愈广泛的应用。在国外
11、，电主轴已成为一种机电一体化的高科技产品。内装主轴电动机结构如下图所示。机床的主轴压装在电动机转子内部，转子的转速就是主轴的转速。主轴上装有位置传感器。转子短、直径大且直接装配，大大地提高了主轴的刚性。有利于减小或消除机械振动，从而大大提高工件的加工精度和表面光洁度。内装主轴电动机为了满足机械加工需要主轴在低速（重切削）时恒定钮矩，高速时恒定功率的需要，FANUC提供带有绕组切换功的电主轴电机, 电主轴电机上绕有两个绕组，分别用于低速和高速工作。根据实际需要进行高低转速时两个绕组的切换。具体时序图参考ai主轴参数B-65280输出切换请求信号(RSLA)3 12位二进制代码控制主轴电机转速的方
12、法 第二部分 主轴换档 常用换档控制方式：手动换档、自动换档一手动换档主轴为普通异步电动机控制，主轴在静止时通过手动换档搬把开关来换档，通过不同的齿轮组合来形成主轴电机和主轴不同的转动比，从而换档到加工工艺所需要的转速。主要用于传统结构简单的机床。 二自动换档1 . S代码（S2位数）-电磁离合器方式主轴为电磁离合器控制普通异步电动机方式，电磁离合器的不同组合使主轴电机和主轴之间的传动齿轮形成不同的转动比，从而换档到加工工艺所需要的转速。每一个S代码（S2位数）对应主轴一个固定的转数 如主轴转速为16档 可以用S01、S02S16来对应16个档位，不同档位所需要的不同电磁离合器的不同组合在PM
13、C中编制。2 带伺服主轴的机床实现（机械设计带有主轴换档机构）主轴换档21 概述由主轴的工作特性我们知道，很多时候需要它在低速时能够提供足够的扭矩，而在高速时能够提供足够的功率，为解决该问题，机械设计时带有主轴的换档机构。 也可以使用FANUC带有绕组切换功能的电机来取代机械2.2 主轴各档位的最高转速主轴电机的最大转速，自动设定在参数NO.4020 而对于M系列系统,实际电机输出的最高转速和最低转速还和参数NO.3735和NO.3736有关,具体对应关系如下图 需要钳制主轴电机速度时,通过参数NO.3735和NO.3736实现,而NO.4020参数使用电机初始化默认设定值,建议不要修改。根据
14、主轴电机的最大转速和高低档位的变速比，就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NO.3741NO.3744中。例如 ： 一台配置FANUC 0iMC的立式加工中心1.主轴分两档 1档主轴转数10-555r/min ,传动比1:6.31(抵挡)2.档主轴转数556-3500r/min ,传动比1:1(高挡) 配置的主轴电机ai 15/7000的最高转数是7000 r/min2.通过计算可知在1档主轴电机的最高转数555x6.31=3500r/min2档主轴电机的最高转数3500X1=3500r/min参数NO.3735 P6 （主轴电机的最低嵌制速度）=主轴电机的最低嵌制转速*4095/主轴电机的最高转速 =10*4095/7000 得出X=6 ,所以含义为主轴10 r/min以下的转速嵌制到10r/min参数NO.3
