认知数控机床的伺服主轴驱动装置，了解其组成，并掌握其工作原理。

数控加工中心对主轴有较高的控制要求，首先要求在大力矩、强过载能力的基础上实现宽范围无级变速；其次要求在自动换刀过程中实现定向角度停止（即准停），这对加工中心主轴驱动系统提出了更高的要求。在实际应用中，常采用专用交流伺服主轴驱动装置，其本身具有准停功能，其轴控PLC信号可直接连接至CNC系统的PMC，配合简捷的PMC逻辑程序即可完成准停定位控制，且控制精度非常高。

交流主轴驱动系统也有模拟式和数字式两种形式，其结构由主轴驱动单元、主轴电动机和检测主轴速度与位置的旋转编码器三部分组成，主要完成闭环速度控制，但当主轴准停时，则完成闭环位置控制。主轴驱动单元的闭环控制、矢量运算均由内部的高速信号处理器及控制系统实现。不同数控系统的主轴专用驱动装置是不同的，常用的主轴伺服系统介绍如下。

一、FANUC主轴伺服系统

FANUC公司生产的主轴系统，主要分为直流主轴驱动系统与交流主轴驱动系统两大类。从20世纪80年代开始，FANUC公司已使用了交流主轴伺服系统，从90年代开始，交流伺服走向全数字化。目前有S系列、P系列、H系列、α系列、β系列以及新一代的αi系列、βi系列交流数字伺服驱动单元，如图2－5－1所示。主轴伺服系统采用微处理器控制技术进行矢量计算。主电路采用SPWM晶体管控制技术，具有定向控制功能。

图2－5－1 FANUC系统常用交流主轴伺服系统

1.FANUC系统α系列电源模块原理及作用

图2－5－2所示为FANUC系统α系列电源模块主电路。电源模块将L1、L2、L3输入的三相交流电（200 V）整流、滤波成直流电（300 V），为主轴驱动模块和伺服模块提供直流电源；200R、200S控制端输入的交流电转换成直流电（DC 24 V、DC 5 V），为电源模块本身提供控制回路电源；通过电源模块的逆块把电动机的再生能量反馈到电网，实现回馈制动。

图2－5－2 FANUC系统α系列电源模块主电路

2.FANUC系统α系列电源模块的端子功能（图2－5－3）

图2－5－3 FANUC系统α系列电源模块的端子功能

（1）DC－Link盒：直流电源（DC 300 V）输出端，该接口与主轴模块、伺服模块的直流输入端连接。

（2）状态指示窗口（STATUS）：

PIL（绿）表示电源模块控制电源工作。

ALM（红）表示电源模块故障。

－－表示电源模块未启动。

OO表示电源模块启动就绪。

＃＃表示电源模块报警信息。

（3）CX1A：控制电路电源输入200 V、3.5 A。

（4）CX1B：交流200 V输出，该端口与主轴模块的CX1A相连接。

（5）CX2A／CX2B：均为DC＋24 V输出。

（6）直流母排电压显示（充电指示灯）：该指示灯完全熄灭后才能对模块电缆进行各种操作。

（7）JX1B：模块之间的连接接口。与下一个模块的接口JX1A相连。进行各模块之间的报警信号及使能信号的传递。最后一个模块的JX1B必须用短接盒（5、6脚短接）将模块间的使能信号短接，否则系统报警。

（8）CX3：主电源MCC（常开点）控制信号接口。一般用于电源模块三相交流电源输入主接触器的控制。

（9）CX4：ESP急停信号接口。一般与机床操作面板的急停开关的常闭点相接，不用该信号时，必须将CX4短接，否则系统处于急停报警状态。

（10）S1、S2：再生制动电阻的选择开关。(www.daowen.com)

（11）检测脚的测试端：IR＼IS为电源模块交流输入（L1、L2）的瞬时电流值；＋24 V、＋5 V分别为控制电路电压的检测端。

（12）L1、L2、L3：三相交流200 V输入，一般与三相伺服变压器输出端连接。

3.FANUC系统α系列电源模块的连接（图2－5－4）

图2－5－4 FANUC系统α系列电源模块的连接

4.FANUC系统α系列电源模块报警代码（表2－5－1）

表2－5－1 报警代码

5.FANUC系统α系列主轴模块的连接（图2－5－5）

图2－5－5 FANUC系统α系列主轴模块的连接

二、SIEMENS主轴伺服系统

SIEMENS公司生产的主轴系统，主要分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大类。从20世纪80年代开始，交流伺服慢慢取代了直流伺服，推出了6SC6××系列主轴驱动系统及新一代的611U／611D等全数字伺服系统，如图2－5－6所示。611伺服驱动系统是一种模块化晶体管脉冲变频器，主要由电源模块、伺服驱动电动机模块、电抗与滤波模块等组成。除了具有传统的速度和转矩控制等功能以外，611伺服驱动系统还在标准型号中提供集成的定位功能，从而减轻控制器的负担。611伺服有单轴模块和双轴驱动模块，双轴驱动模块使用双轴电源模块，结构极为紧凑；电源电压范围宽，通过闭环电源接口模块供电，驱动轴的运行不受电源扰动影响。611伺服具有PROFIBUSDP现场总线通信，可以将611伺服系统无缝集成在任何自动化环境中。

图2－5－6 SIEMENS 611伺服驱动系统

以FANUC系统α系列主轴模块为例，完成以下任务：

（1）说出FANUC系统α系列电源模块的各端子功能。

（2）说出FANUC系统α系列电源模块的连接。

（3）说出FANUC系统α系列主轴模块的连接。

根据任务完成过程中的表现，填写表2－5－2。

表2－5－2 任务评价

串行主轴控制与主轴模拟量控制的区别，见表2－5－3。

表2－5－3 串行主轴控制与主轴模拟量控制的区别

续表