主軸驅動系統就是在系統中完成主運動的動力裝置部分。它帶動工件或刀具作相應的旋轉運動，從而能配合進給運動，加工出理想的零件。主軸驅動變速目前主要有兩種形式：一是主軸電動機齒輪換檔，目的在于降低主軸轉速，增大傳動比，放大主軸功率以適應切削的需要;二是主軸電動機通過同步齒形帶或皮帶驅動主軸，該類主軸電動機又稱寬域電機或強切削電動機，具有恒功率寬的特點。由于無需機械變速，主軸箱內省卻了齒輪和離合器，主軸箱實際上成了主軸支架，簡化了主傳動系統，從而提高了傳動鏈的可靠性。

一、數控機床對主軸驅動系統的要求

主軸驅動系統是在數控系統中完成主運動的動力裝置。主軸驅動系統通過傳動機構轉變成主軸上安裝的刀具（如數控銑床、加工中心）或工件（如數控車床）的切削力矩和切削速度，配合進給運動加工出理想的零件。

1、調速范圍寬并實現無級調速

2、恒功率范圍寬

3、具有4象限驅動能力

4、具有位置控制能力

5、具有較高的精度與剛度，傳動平穩，噪音低

6、良好的抗振性和熱穩定性

二、常用主軸驅動系統簡介

1、FANUC公司主軸驅動系統

從20世紀80年代開始， FANUC公司已使用了交流主軸驅動系統，直流驅動系統已被交流驅動系統所取代。目前三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的特點為：

1）采用微處理器控制技術，進行矢量計算，從而實現最佳控制;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形;

3）具有主軸定向控制、數字和模擬輸入接口等功能。

2、SIEMENS公司主軸驅動系統

SIEMENS公司生產的直流主軸電動機有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個系列，與上述四個系列電動機配套的6RA24、6RA27系列驅動裝置采用晶閘管控制。

80年代初期，該公司又推出了1PH5和1PH6兩個系列的交流主軸電動機，功率范圍為3~100kW。驅動裝置為

6SC650系列交流主軸驅動裝置或6SC611A（SIMODRIVE611A）主軸驅動模塊，主回路采用晶體管SPWM變頻控制的方式，具有能量再生制動功能。另外，采用微處理器80186可進行閉環轉速、轉矩控制及磁場計算，從而完成矢量控制。

三、主軸伺服系統常見故障形式及維修

1、外界干擾

由于受電磁干擾， 屏蔽和接地措施不良，主軸轉速指令信號或反饋信號受到干擾，使主軸驅動出現隨機和無規律性的波動。判別有無干擾的方法是：當主軸轉速指令為零時，主軸仍往復轉動，調整零速平衡和漂移補償也不能消除故障。

2、過載

切削用量過大， 頻繁正、反轉等均可引起過載報警。具體表現為主軸電動機過熱、主軸驅動張制顯示過電流報警等。

3、主軸定位抖動

主軸準停用于刀具交換，精鏜退刀以及齒輪換檔等場合，有三種實現方式：

（1）機械準停控制

（2）磁性傳感器的電氣準停控制

（3）編碼器型的準停控制

4、主軸轉速與進給不匹配

當進行螺紋切削或用每轉進給指令切削時，會出現停止進給，主軸仍繼續運轉的故障。要執行每轉進給的指令，主軸必須有每轉一個脈沖的反饋信號，一般情況下為主軸編碼器有問題。可以用下列方法來確定：

1）CRT畫面有報警顯示。

2）通過CRT調用機床數據或I/0狀態，觀察編碼器的信號狀態，

3）用每分鐘進給指令代替每轉進給來執行程序，觀察故障是否消失。

5、轉速偏離指令值

當主軸轉速超過技術要求所規定的范圍時，要考慮：

1）電動機過載。

2）CNC系統輸出的主軸轉速模擬量（通常為0一+-10V）沒有達到與轉速指令對應的值。

3）測速裝置有故障或速度反饋信號斷線。

4）主軸驅動裝置故障。

6、主軸異常噪聲及振動

首先要區別異常噪聲及振動發生在主軸機械部分還是在電氣驅動部分。

1）在減速過程中發生一般是又驅動裝置造成的，如交流驅動中的再生回路故障。

2）在恒轉速時產生， 可通過觀察主軸電動機自由停車過程中是否有噪音和振動的來區別，如存在，則主軸機械部分有問題3.檢查振動周期是否與轉速有關。 如無關，一般是主軸驅動裝置未調整好;如有關， 應檢查主軸機械部分是否良好，測速裝置是否不良。

7、主軸電動機不轉

CNC系統至主軸驅動裝置除了轉速模擬量控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。

1）檢查CNC系統是否有速度控制信號輸出。

2）檢查能使信號是否接通。通過CRT觀察I/0狀態， 分析機床PLC圖形（或流程圖），以確定主軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。

3）主軸驅動裝置故障。

4）主軸電動機故障。

四、數控機床主軸伺服系統故障維修實例

故障現象

1.8m臥車主軸在停車時，發出巨大響聲，但保險并未燒壞。

檢查

用診斷板按照說明書中的步驟對系統參數重新調整，調整過程中，發現線時間應為15s，可是在故障時已調整為10s，另外增益電位器所調的位置也比要求的調得高，即使增益增大。

分析

所謂線時間是指系統的上升和下降時間。對于控制56kW的電動機的控制系統線時間由15s改成了10s，那么電機產生的機械慣性會在停車時在齒輪上發出巨大響聲，從而使齒輪受到損害。

增大增益可以減少死區，使轉速誤差減小，但增益太大會使超調嚴重，給系統的暫態響應帶來麻煩，加之線時間的減少，更加劇了機械的響聲。

驅動系統中的各種參數都要進行嚴格的計算，并根據每臺電機及機械的實際情況，反復進行調整而確定，盡管機床已運行多年，各參數有的也發生了變化，但這種變化是極微小的，在一般情況下，各電位器箭頭的位置不應隨意改動。

處理

（1）將線時間調整為15s（2）將增益調小。