FANUC（法那科）公司主軸驅動系統(tǒng)

從80年代開始，該公司已使用了交流主軸驅動系統(tǒng),，直流驅動系統(tǒng)已被交流驅動系統(tǒng)所取代,。目**個系列交流主軸電動機為：S系列電動機，額定輸出功率范圍1.5～37KW,；H系列電動機，額定輸出功率范圍1.5～22KW,；P系列電動機,，額定輸出功率范圍3.7～37KW。該公司交流主軸驅動系統(tǒng)的特點為：①采用為處理器控制技術,，進行矢量計算,，從而實現*佳控制。②主回路采用晶體管PWM逆變器,，使電動機電流非常接近正弦波性,。③具有主軸定向控制、數字和模擬輸入接口等功能,。

伺服驅動器內部結構：

伺服驅動器內部結構由電源電路,、繼電器板電路、主控板電路,、驅動板電路及功率變換電路組成,。電源電路作用，將外部輸入的直流電轉換為大小不同的直流電輸出,，為后續(xù)的繼電器板,、驅動板、功率變換電路提供直流電源,。繼電器板作用,，提供直流電完成控制信號、檢測信號傳遞,。

機電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結構,，類型繁多,，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器,，被控對象,，執(zhí)行環(huán)節(jié)，檢測環(huán)節(jié),，比較環(huán)節(jié)等五部分,。

比較環(huán)節(jié)

比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié),，通常由專門的電路或計算機來實現,。

控制器

控制器通常是計算機或PID控制電路，其主要任務是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理,，以控制執(zhí)行元件按要求動作,。

執(zhí)行環(huán)節(jié)

執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉化成機械能,，驅動被控對象工作,。機電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機或液壓，氣動伺服機構等,。

被控對象

機械參數量包括位移,，速度，加速度,，力,，和力矩為被控對象。

檢測環(huán)節(jié)

檢測環(huán)節(jié)是指能夠對輸出進行測量并轉換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置,，一般包括傳感器和轉換電路,。

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三菱FR主軸驅動器主軸噪聲大的故障維修

故障現象：一臺使用MELDAS M3控制器和三菱FR-SF-22K主軸控制器的數控機床，出現主軸噪聲較大,，且在主軸空載情況下,，負載表指示超過40%。

分析與處理過程：考慮到主軸負載在空載時已經達到40%以上,，初步認為機床機械傳動系統(tǒng)存在故障,。維修的*步是脫開主軸的運轉情況。

經試驗,，發(fā)現主軸負載表指示已恢復正常,，但主軸仍有噪聲，由此判定該主軸系統(tǒng)的機械,、電氣兩方面都存在故障,。

在機械方面,，檢查了主軸機械傳動系統(tǒng)，發(fā)現主軸轉動明顯過緊,，進一步檢查發(fā)現主軸軸承已經損壞,，更換后，主軸機械傳動系統(tǒng)恢復正常,。

在電氣方面,，首先檢查了主軸驅動器的參數設定，包括驅動放大器的型號,，的型號以及伺服環(huán)增益等參數,，經檢查發(fā)現機床參數設定無誤，由此判定故障原因是驅動系統(tǒng)硬件存在故障,。

為了進一步分析原因,，維修時將主軸驅動器的00號參數設定為1，讓主軸驅動系統(tǒng)進行開環(huán)運行,，轉動主軸后,，發(fā)現噪聲消失，運行平穩(wěn),，由此可以判定故障原因是在速度檢測器件PLG上。

進一步檢查發(fā)現PLG的安裝位置不正確,，重新調整PLG安裝位置后,，在進行閉環(huán)運行，噪聲消失,。

重新安裝與機械傳動系統(tǒng),，機床恢復正常工作。

不執(zhí)行螺紋加工的故障維修

故障現象：配套某系統(tǒng)的數控車床,，在自動加工時,，發(fā)現機床不執(zhí)行螺紋加工程序。

分析與處理過程：數控車床加工螺紋,，其實質是主軸的轉角與Z軸進給之間進行的插補,。主軸的角度位移是通過主軸編碼器進行測量。

在本機床上,，由于主軸能正常旋轉與變速,，分析故障原因主要有以下幾種：

①    主軸編碼器與主軸驅動器之間的連接不良。

②    主軸編碼器故障,。

③    主軸驅動器與數控裝置之間的位置反饋信號電纜連接不良,。

經查主軸編碼器與主軸驅動器的連接正常，故可以排除第1項,；且通過CRT的顯示,，可以正常顯示主軸轉速,，因此說明主軸編碼器的A、-A,、B,、-B信號正常；在利用示波器檢查Z,、-Z信號,，可以確認編碼器零脈沖輸出信號正確。

繼續(xù)檢查,，可以確定主軸位置監(jiān)測系統(tǒng)工作正常,。根據數控系統(tǒng)的說明書，進一步分析螺紋加工功能與信號的要求,，可以知道螺紋加工時,，系統(tǒng)進行的是主軸每轉進給動作，因此它與主軸的速度到達信號有關,。

在FANUC 0-TD系統(tǒng)上,，主軸的每轉進給動作與參數PRM24.2的設定有關，當該位設定為“0”時,，Z軸進給時不監(jiān)測“主軸速度到達”信號,；設定為“1”時，Z軸進給時需要檢測“主軸速度到達”信號,。

DYNAPATH 20M系統(tǒng)主軸不能正常旋轉的故障維修

故障現象：一臺配套美國DYNAPATH 20M系統(tǒng)的立式加工中心（二手機床）,，在機床通電后，主軸便在逆時針方向以100r/min的轉速自行旋轉,。但輸入M03或M04及S**時,，系統(tǒng)卻不執(zhí)行，系統(tǒng)亦無報警,。

分析與故障處理：由于DYNAPATH系統(tǒng)為PLC可編程控制器內置式系統(tǒng),，主軸正轉、主軸反轉信號由PLC程序輸出,。根據故障現象,，為了區(qū)分故障部位，維修時首先斷開了PLC輸出的M03/M04信號,；再次啟動機床,，主軸無自動旋轉現象。

通過檢查PLC梯形圖,，發(fā)現該機床的程序設計思路是：在機床通電后,，主軸應立即進行定向準停,，以便更換刀具。因此,，開機后主軸旋轉不停,，且不執(zhí)行M、S代碼的原因可能是主軸定向裝置存在問題,，導致主軸定向準停動作無法完成,。

從開機后主軸以100r/min的轉速自行旋轉的現象分析，說明PLC的主軸定向控制部分工作正常（主軸定向準停的轉速為100r/min）,，因此故障原因可能是由于主軸定向檢測回路或檢測器件的不良同時的,。維修時，用示波器依次測試主軸定向檢測器件的輸入,、輸出信號波形,，信號電纜的連接均無異常現象,，因此可以判定故障原因在主軸位置檢測信號的接口電路上,。

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直流主軸驅動系統(tǒng)介紹

直流主軸電動機驅動器有可控硅調速和脈寬調制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,，因而在對靜動態(tài)性能要求較高的數控機床進給驅動裝置上曾***使用。而三相全控可控硅調速裝置則適于大功率應用場合,。

從原理上說,，直流主軸驅動系統(tǒng)與通常的直流調速系統(tǒng)無本質的區(qū)別，決定了直流主軸驅動系統(tǒng)具有以下特點：

① 調速范圍寬,。采用直流主軸驅動系統(tǒng)的數控機床通常只設置高,、低兩級速度的機械變速機構，就能得到全部的主軸變換速度,，實現無級變速,，因此，它具有較寬的調速范圍,。

② 直流主軸通常采用全封閉的結構形式,，可以在有塵埃和切削液飛濺的工業(yè)環(huán)境中使用。

③ 主軸電動機通常采用特殊的熱管冷卻系統(tǒng),，能將轉子產生的熱量迅速向外界發(fā)散,。此外,，為了使發(fā)熱*小，定子往往采用獨特附加磁極,，以減小損耗,，提率。

④ 直流主軸驅動器主回路一般采用晶閘管三相全波整流,，以實現四象限的運行,。

⑤ 主軸控制性能好。為了便于與數控系統(tǒng)的配合,，主軸伺服器一般都帶有D/A轉換器,、“使能”信號輸入、“準備好”輸出,、輸出,、轉速/轉矩顯示輸出等信號接口。

⑥ 純電氣主軸定向準?？刂乒δ?。無需機械定位裝置，進一步縮短了定位時間,。

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