动”。根据故障特点，急停时无火花，而用Ｍ０５指令时有火花，说明故障与逆变电路有关。它桥逆变时，电动机运行在发电机状态，导通的晶闸管始终承受着正向电压，这时晶闸管触发控制电路必须在适当时刻使导通的晶闸管受到反压而被迫关断。若是漏发或延迟了触发脉冲，已导通的晶闸管就会因得不到反压而继续导通，并逐渐进入整流状态，其输出电压与电动势成顺极性串联，造成短路，引起换向片上出现火花、熔丝熔断的故障。同理，起动过程中的整流状态，若漏发触发脉冲，已导通的晶闸管会在经过自然换向点后自行关断，这将导致晶闸管输出断续，造成电动机起动时的冲击，因此，本故障是由晶闸管的触发电路故障引起的。
例题６－４ 某加工中心主轴在运转时抖动，主轴箱噪声增大，影响加工质量。经检查，主轴箱和直流主轴电动机正常，为此把检查转移到主轴电动机的控制系统上来。 分析：
经测试，速度指令信号正常，而速度反馈信号出现不应有的脉冲信号，问题出在速度检测元件即测速发电机上。当主轴电动机运转时，带动测速发电机转子一起运转，这样测速发电机输出功率正比于主轴电动机的直流反馈电压。经检查，测速发电机碳刷完好，但换向器因碳粉堵塞，而造成一绕组断路，使得测速反馈信号出现规律性的脉冲，导致速度调节系统调节不平稳，使驱动系统输出的电流忽大忽小，从而造成电动机轴的抖动。用酒精清洗换向器，彻底消除碳粉，即可排除故障。
２．交流主轴驱动系统
随着交流调速技术的发展，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴电动机配变频器控制的方式。变频器的控制方式从最初的电压空间矢量控制（磁通轨迹法）到矢量控制（磁场定向控制），发展至今为直接转矩控制，从而能方便地实现无速度传感器化；脉宽调制（ＰＷＭ）技术从正弦ＰＷＭ 发展至优化ＰＷＭ 技术和随机ＰＷＭ 技术；功率器件由ＧＴＯ、ＧＴＲ、ＩＧＢＴ 发展到智能模块ＩＰＭ，功能得到进一步完善。 （１） 工作原理
以西门子６ＳＣ６５０系列交流主轴驱动系统为例进行分析。西门子６ＳＣ６５０ 系列交流主轴驱动装置由１ＰＨ５、１ＰＨ６系列交流主轴电动机与晶体管脉宽调制变频器组成数控机床的主轴驱动系统，可实现主轴自动变速、主轴定位控制和主轴Ｃ轴进给。图６－１２为西门子６ＳＣ６５０系列交流主轴驱动装置原理图。图６－１３所示为６ＳＣ６５０系列主轴驱动系统组成。
图６－１２ 西门子６ＳＣ６５０系列交流主轴驱动装置原理图
１） 电网端逆变器电网端逆变器是由六只晶闸管组成的三相桥式全控整流电路，通过对晶闸管导通角的控制，既可工作在整流方式，向中间电路直接供电，也可工作于逆变方式，完成能量反馈电网的任务。
２） 控制调节器控制调节器将整流电压从５３５Ｖ 上调到５７５Ｖ±５７５Ｖ×２％，并在变流器逆变工作方式时，完成电容器Ｃ 对整流电路的极性变换。 ３） 负载端逆变器负载端逆变器由带反并联续流二极管的６ 只功率晶体管组成。通过磁场计算机的控制，负载端逆变器输出三相正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）电压，使电动机获得所需的转矩电流和励磁电流。输出的三相ＳＰＷＭ 电压幅值控制范围为０～４３０Ｖ，频率控制范围为０～３００Ｈｚ。在回馈制动时，电动机能量通过交流器的６只续流二极管向电容器Ｃ充电，当电容器Ｃ上的电压超过６００Ｖ 时，就通过控制调节器和电网端交流器把电容器Ｃ 上的电能经过逆变器回馈给电网。６只功率晶体管有６个互相独立的驱动级，通过对各功率晶体管的监控，可以防止电动机过载以及对电动机绕组匝间进行短路保护。 ４） 编码器电动机的实际转速是通过装在电动机轴上的编码器进行测量的。 ５） 闭环转速和扭矩控制闭环转速和扭矩控制以及磁场计算机是由两片１６ 位分数处理器
（８０１８６）所组成的控制组件完成的。 （２） 组件
对于大功率的６ＳＣ６５０４至６ＳＣ６５２０变频器（输出电流４０／２００Ａ），其功率部件是安装在散热器上的；对于较小功率的６ＳＣ６５０系列交流主轴驱动变频器（输出电流２０／３０Ａ），其功率部件是安装在印制线路板Ａ１上的，如图６－１３（ｂ）所示，主要组件如下：
１） 控制模块（Ｎ１） 控制模块（Ｎ１）包括两片８０１８６，五片ＥＰＲＯＭ。完成电网端逆变器的触发脉冲控制、矢量变换计算以及对变频器进行ＰＷＭ 调制。
２）Ｉ／Ｏ 模块（Ｕ１） Ｉ／Ｏ 模块（Ｕ１）通过Ｕ／ｆ变换器为Ｎ１组件处理各种Ｉ／Ｏ 模拟信号。
３） 电源模块（Ｇ０１） 电源模块（Ｇ０１）和中央控制模块（Ｇ０２）除供给控制电路所需的各种电源外，在中央控制模块（Ｇ０２）上还输出各种继电器信号至数控系统进行控制。
４） 选件（Ｓ１） 选件（Ｓ１）配置主轴定位电路板或Ｃ轴进给控制电路板，通过内装轴端编码器
图６－１３ ６ＳＣ６５０系列主轴驱动系统组成
１—用于测速的编码器及电动机温控插座；２— 风扇接线盒；
３—用于定位的轴端编码器；４— 主轴电动机三相电源接线盒或外装轴端编码器对主轴进行定位或Ｃ轴控制。 （３） 工作特点
西门子６ＳＣ６５０系列交流主轴驱动系统具备开关速度快、驱动电流小、控制驱动简单、效率高、噪声小、故障率低、有效控制干扰等优点。 ３．常用主轴驱动系统介绍
（１）ＦＡＮＵＣ公司主轴驱动系统
从１９８０年开始，该公司已使用了交流主轴驱动系统，直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。目前三个系列交流主轴电动机为：Ｓ系列电动机，额定输出功率范围１．５～３７ｋＷ；Ｈ 系列电动机，额定输出功率范围１．５～２２ｋＷ；Ｐ 系列电动机，额定输出功率范围３．７～３７ｋＷ。该公司 交流主轴驱动系统的特点为：
① 采用微处理器控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控制。
② 主电路采用晶体管ＰＷＭ 逆变器，使电动机电流非常接近正弦波形。 ③ 具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。 （２）ＳＩＥＭＥＮＳ公司主轴驱动系统
ＳＩＥＭＥＮＳ公司生产的直流主轴电动机有ＩＧＧ５、ＩＧＦ５、ＩＧＬ５ 和ＩＧＨ５四个系列，与上述四
个系列电动机配套的６ＲＡ２４、６ＲＡ２７系列驱动装置采用晶闸管控制。２０世纪８０年代初期，该公司又推出了１ＰＨ５和１ＰＨ６两个系列的交流主轴电动机，功率范围为３～１００ｋＷ。驱动装置为６ＳＣ６５０系列交流主轴驱动装置或６ＳＣ６１１Ａ 主轴驱动模块，主电路采用晶体管ＳＰＷＭ 变频控制的方式，具有能量再生制动功能。另外，采用微处理器８０１８６可进行闭环转速、转矩控制及磁场计算，从而完成矢量控制。通过选件可实现Ｃ 轴进给控制，在不需要ＣＮＣ 系统的帮助下，实现主轴的定位控制。 二、进给驱动系统 １．工作原理
数控机床进给驱动系统由各坐标轴的进给驱动装置、位置检测装置及机床进给传动链等组成，进给驱动系统的任务就是要完成各坐标轴的位置控制。ＣＮＣ 系
统根据输入的程序指令及数据，经插补运算后得到位置控制指令，同时，位置检测装置将实际位置检测信号反馈至ＣＮＣ 系统，构成全闭环或半闭环的位置控制。经位置比较后，数控系统输出速度控制指令至各坐标轴的驱动装置，经速度控制单元伺服驱动电机带动滚珠丝杠传动实现进给运动。 ２．常用进给驱动系统介绍
（１）ＦＡＮＵＣ公司进给驱动系统
从１９８０年开始，ＦＡＮＵＣ 公司陆续推出了小惯量Ｌ系列、中惯量Ｍ 系列和大惯量Ｈ 系列直流伺服电动机。ＦＡＮＵＣ 公司在２０世纪８０年代中期推出了晶体管ＰＷＭ 控制的交流驱动单元和永磁式交流同步电动机，驱动装置有α系列交流驱动单元等，电动机有Ｓ 系列电动机、Ｈ 系列电动机、ＳＰ系列电动机和Ｔ 系列电动机。
（２）ＳＩＥＭＥＮＳ公司进给驱动系统
ＳＩＥＭＥＮＳ公司在２０世纪７０年代推出了１ＨＵ 系列永磁式直流伺服电动机，与其配套的速度控制单元有６ＲＡ２０和６ＲＡ２６两个系列，前者采用晶体管ＰＷＭ 控制，后者采用晶闸管控制。之后，该公司又推出了交流驱动装置，由６ＳＣ６１０系列驱动装置和６ＳＣ６１１Ａ 系列驱动模块、１ＦＴ５和１ＦＴ６系列永磁式交流同步电动机组成。 三、伺服驱动系统的常见故障分析
当伺服驱动系统发生故障时，通常有三种表现形式：一是在ＣＲＴ 显示器或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是在驱动装置上用报警灯或数码管显示驱动装置的故障；三是主轴工作不正常，但无任何报警信息。伺服驱动系统常见故障分析如下： １．主轴电动机不转
（１） 主轴电动机故障，需维修或更换； （２） 主轴驱动装置故障，需维修或更换；
（３）ＣＮＣ系统无速度控制信号输出，需检查接口及ＣＮＣ系统排除故障； （４） 润滑、冷却等主轴的起动条件不满足，需维修或更换油液。 ２．主轴驱动出现随机和无规律性的波动
（１） 外界电磁干扰使主轴转速指令信号或反馈信号受到干扰，需消除电磁干扰源；
（２） 屏蔽和接地措施不良，需检查并调整；