《数控机床调试与维修》项目三：主轴传动系统的故障维修与保养.pptx

数控机床调试与维修项目三：主轴传动系统的故障维护与保养【相关知识】任务1：变频主轴常见故障维修及保养一、主轴常识数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构主轴部件是影响机床加工精度的主要部件回转精度影响工件的加工精度功率与回转速度影响加工效率自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程序。主轴的功能是接受数控系统(CNC)的S码速度指令及M码辅助功能指令驱动主轴进行切削加工。对主轴驱动的要求：足够的转速范围；足够的功率和扭矩；各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性；噪声低、运行平稳；与进给同步功能：为了使数控车床具有螺纹切削功能要求主轴能与进给驱动实行同步控制；准停功能：在加工中心上为了自动换刀还要求主轴具有高精度的准停功能。主轴驱动系统包括主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴。通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工所对应的机床是车床类；主轴驱动切削刀具旋转的是铣削加工所对应的机床是铣床类。数控机床的主传动系统大多采用无级变速。目前无级变速系统根据控制方式的不同主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种一般采用交流主轴电机通过带传动带动主轴旋转或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。新兴的电主轴（一体化主轴）最高转速可达150000转/分钟额定功率可达100千瓦可实现恒转矩调速和恒功率调速。根据主轴速度控制信号的不同可分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字控制的主轴驱动装置两类。模拟量控制的的主轴驱动装置采用变频器实现主轴电动机控制有通用变频器控制通用电机和专用变频器控制专用电机两种形式。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。串行主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产如西门子公司的611系列日本发那克公司的α系列等如图3-1。控制关系：电机驱动主轴变频器控制电机正反转和转速变频器受数控系统控制包括用模拟直流电压（0—10V）控制变频器的频率用I/O口输出的开关信号控制变频器输出三相交流电的相序数控系统根据操作者或程序s或m要求以及由主轴速度传感器反馈信号确定主轴的控制输出。二、CK6136主轴传动系统CK6136数控车床主轴驱动系统采用通用变频器控制普通三相交流异步电动机实现主轴的变频无级调速利用编码器实现主轴位置（速度）检测。图3-2单轴无级调速主轴箱结构图1、主轴带轮2、同步带轮3、主轴4、同步带5、编码器支架6、编码器CK6136数控车床主轴驱动系统采用通用变频器控制普通三相交流异步电动机实现主轴的变频无级调速利用编码器实现主轴位置（速度）检测。图3-2是单轴无级调速主轴箱结构图。图3-3是手动两档变频调速主轴箱传动示意图。主轴电机通过皮带传动使轴Ⅰ获得旋转运动经过轴Ⅰ上的齿轮z1与轴Ⅱ的齿轮z2的齿轮传动轴Ⅱ转动同时Ⅱ轴上的齿轮双联滑移齿轮z3和z4开始旋转滑移齿轮在左边位置时轴Ⅱ的运动经z3/z54齿轮副传到主轴Ⅲ获得高档区转速215-2500r/min；滑移齿轮在右边位置时轴Ⅱ的运动经z4/z6齿轮副传到主轴Ⅲ获得低档区转速34-400r/min。同时主轴尾部的同步带轮Ⅳ转动通过同步带把主轴的转动传递给编码器检测主轴的转速。主轴箱变速手柄用来控制Ⅱ轴滑移齿轮位置位于机床前侧防护门内。按住门上的按钮并旋转90°可打开防护门。操作变速手柄当手柄手把指向“L”时主轴在低档转速区指向“H”时主轴在高档转速区。图3-3手动两档变频调速主轴箱三、三相交流感应异步电动机三相交流异步电动机主要有定子和转子组成见图3-4。定子绕组是三个匝数相同、节距相同、空间互差120电角度的对称绕组。转子绕组（鼠笼）闭合。在三相对称绕组中通入三相对称交流电就产生沿定子轴线旋转的旋转磁场转子中的导体（导条）切割磁力线产生感应电动势感应电动势在闭合的转子回路产生感应电流感应电流和旋转磁场作用产生电磁力产生电磁转矩该转矩如大于负载转矩转子就转起来。转子的转向和旋转磁场的转向相同可通过改变相序改变。转子的转速n=（1-s）ns=（1-s）60f/p式中:ns=60f/p为旋转磁场的转速也称为同步转速；f:交流电的频率；p：电动机的磁极对数只和电机结构有关；s：转差率。正常运转时s很小约为0.02——0.05结论：1、主轴有正反转可通过改变驱动交流电机的相序（调换三项电源接线中的任意两根线）实现。2、实现主轴调速：三项交流电机调速比较困难—调速性能不好。通常有两个实用调速方法：变极调速和变频调速。变极调速改变电机的磁极对数P该方法只能实现有级调速数控机床一般不采用；变频调速改变供电电源的频率f能实现无级调速变频主轴采用的就是这种方法。代价是必须在电机之外再增加一个