交流伺服主軸驅動系統(tǒng)與變頻的區(qū)別及工作原理

主軸驅動系統(tǒng)是數(shù)控機床的大功率執(zhí)行機構，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的S碼速度指令及M碼輔助功能指令，驅動主軸進行切削加工。數(shù)控加工中心對主軸有較高的控制要求，首先要求在大力矩、強過載能力的基礎上實現(xiàn)寬范圍無級變速，其次要求在自動換刀動作中實現(xiàn)定角度停止(即準停)，這使加工中心主軸驅動系統(tǒng)比一般的變頻調速系統(tǒng)或小功率交流伺服系統(tǒng)在電路設計和運行參數(shù)整定上具有更大的難度。主軸的驅動可以使用交流變頻或交流伺服2種控制方式，交流變頻主軸能夠無級變速但不能準停，需要另外裝設主軸位置傳感器，配合CNC系統(tǒng)PMC (指數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC)的邏輯程序來完成準停速度控制和定位停止;交流伺服主軸本身即具有準停功能，其自身的軸控PLC信號可直接連接至CNC系統(tǒng)的PMC，配合簡捷的PMC邏輯程序即可完成準停定位控制，且后者的控制精度遠遠高于前者。

交流伺服主軸驅動系統(tǒng)由主軸驅動單元、主軸電動機和檢測主軸速度與位置的旋轉編碼器3部分組成，主要完成閉環(huán)速度控制，但當主軸準停時則完成閉環(huán)位置控制。由于數(shù)控機床的主軸驅動功率較大，所以主軸電動機采用鼠籠式感應電動機結構形式，旋轉編碼器可以在主軸外安裝，也可以與主軸電動機做成一個整體，主軸驅動單元的閉環(huán)控制、矢量運算均由內(nèi)部的高速信號處理器及控制系統(tǒng)實現(xiàn)。CNC系統(tǒng)向主軸驅動單元發(fā)出速度指令驅動單元將該指令與旋轉編碼器測出的實際速度相比較，經(jīng)數(shù)字化的速度調節(jié)器和磁鏈函數(shù)發(fā)生器運算，得到轉子當前的希望力矩與希望磁鏈矢量再分別與實際力矩、磁鏈運算結果相比較，且經(jīng)過力矩、磁鏈調節(jié)器運算得到等效直流電動機(兩相旋轉軸系)的轉矩電流分量和勵磁電流分量換進入兩相靜止軸系，最后經(jīng)2/3矢量變換進入三相靜止軸系，得到變頻裝置的三相定子電流希望值，通過控制SPWM驅動器及IGBT變頻主回路使負載三相電流跟隨希望值，就可以完成主軸的速度閉環(huán)控制。