西班牙數(shù)控機(jī)床主軸控制的解析與維護(hù)

徐寒冰

摘要：數(shù)控機(jī)床的主軸性能是在很寬范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，恒功率范圍寬，當(dāng)要求機(jī)床有螺紋加工功能、準(zhǔn)停功能和恒速加工等功能時(shí)，則需要對主軸進(jìn)行進(jìn)給控制和位置控制。主軸驅(qū)動(dòng)變速目前主要有兩種形式：一是主軸電動(dòng)機(jī)帶齒輪換擋；二是主軸電動(dòng)機(jī)通過同步齒形帶或是V型帶驅(qū)動(dòng)主軸。

關(guān)鍵詞：主軸驅(qū)動(dòng)，速度控制，換擋控制，位置控制，PLC程序

引言

數(shù)控機(jī)床是技術(shù)密集型設(shè)備，也是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，涉及多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，目前我國在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多的是西門子840D系統(tǒng)，由于西門子840D系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床配置較廣，數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷與維修越來越受到重視，數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)也顯得格外重要。本論文從西班牙數(shù)控機(jī)床主軸控制的解析與維護(hù)的角度來講解，主要論述主軸驅(qū)動(dòng)及控制方式和西班牙機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)的故障形式和維護(hù)方法，內(nèi)容詳細(xì)完整。

1. 西班牙數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制的解析

西班牙機(jī)床主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)，此交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)走向數(shù)字化，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電流環(huán)、速度環(huán)的反饋控制已全部數(shù)字化，系統(tǒng)的控制模型和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償均由高速微處理器實(shí)時(shí)處理，增強(qiáng)了系統(tǒng)自診斷能力，提高了系統(tǒng)的快速性和精度。

主軸的控制相對于坐標(biāo)軸要復(fù)雜的多，坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)一般不需要進(jìn)行過多的PLC程序設(shè)計(jì)，根據(jù)自動(dòng)或手動(dòng)指令由數(shù)控系統(tǒng)控制，PLC用戶程序只需要完成坐標(biāo)軸的使能和選擇即可。主軸的正反轉(zhuǎn)、定位及換擋控制，都需要設(shè)計(jì)PLC控制程序。

2. 西班牙銑床主軸速度控制

速度控制方式是最重要的一種主軸控制方式，數(shù)控機(jī)床的切削加工用的就是速度控制方式，用編程指令M3、M4、M5、或SPCOF激活主軸的速度控制方式，接口信號DB31、DBX84.7置位，在進(jìn)給軸/主軸的接口信號DB33.DBB86中，可以看到M指令代碼的狀態(tài)，當(dāng)用M3激活時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)使主軸正向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)用M4激活時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)使主軸反向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)用M5激活時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)使主軸停止。在主軸速度控制方式下，主軸的轉(zhuǎn)速由S指令確定，如S1500表示1500r/min，主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止可通過零件加工程序控制，也可以通過手動(dòng)控制，通過加工程序控制時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)處理主軸控制指令信息，驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要設(shè)計(jì)PLC程序。

3. 西班牙機(jī)床主軸換擋控制

主軸換擋的目的時(shí)為了主軸工作在低轉(zhuǎn)速時(shí)，仍能獲得較大的功率，提供足夠的切削動(dòng)力。主軸的換擋操作可以在擺動(dòng)控制方式下進(jìn)行，也可以在定位控制方式下進(jìn)行，取決于機(jī)床數(shù)MD35010的設(shè)置，主軸的擺動(dòng)控制方式用輔助功能代碼M41，M42，M43，M44，M45激活，它們對應(yīng)于主軸的第一檔到第五檔，也可用自動(dòng)換擋指令M40激活，這時(shí)系統(tǒng)根據(jù)零件加工程序中的主軸速度指令S和機(jī)床數(shù)據(jù)中設(shè)置的每檔的速度范圍，自動(dòng)確定主軸的檔位。

4. 西班牙機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)的故障形式及維護(hù)方法

西班牙機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)的常見故障包括電氣故障和機(jī)械故障，當(dāng)主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常有三種表現(xiàn)形式：一是在CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容或報(bào)警信息；二是在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上用的報(bào)警燈或數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)動(dòng)裝置的故障，三是主軸工作不正常，但無任何報(bào)警信息。主軸伺服系統(tǒng)常見故障如下：

4.1 外界干擾

由于受到電磁干擾，屏蔽等影響，主軸轉(zhuǎn)速指令或反饋信號受到干擾，使轉(zhuǎn)速指令為零時(shí)，主軸仍往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整零速平衡和漂移補(bǔ)償也不能清除故障。

4.2 過載

切削量過大或頻繁的正反轉(zhuǎn)變速等均可引起過載報(bào)警。

4.3 主軸定位抖動(dòng)

主軸定向控制時(shí)將主軸準(zhǔn)確停在某一位置上，以便在該位置進(jìn)行換刀、精鏜退刀及齒輪換擋等，

產(chǎn)生主軸定位抖動(dòng)故障的原因有如下幾種：

a） 準(zhǔn)停要經(jīng)過減速的過程，減速或增益等參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，均可引起定位抖動(dòng)；

b） 采用位置編碼器作為位置檢測元件的準(zhǔn)停方式時(shí)，定位液壓缸活塞移動(dòng)的限位開關(guān)失靈，引起定位抖動(dòng)。

4.4 主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配

出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配故障，一般是由于主軸編碼器有問題，可用以下方法來確定：

a） CRT界面有報(bào)警顯示

b） 通過CRT調(diào)用機(jī)床數(shù)據(jù)或I/O狀態(tài)，觀察編碼器的信號狀態(tài)；

c） 用每分鐘進(jìn)給指令代替每轉(zhuǎn)進(jìn)給指令來執(zhí)行程序，觀察故障是否消失。

5、轉(zhuǎn)速偏離指令值

當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過技術(shù)要求所規(guī)定的范圍時(shí)，要考慮的因素是：

a） 電動(dòng)機(jī)過載；

b） CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉(zhuǎn)速模擬量（通常為0V±10V）沒有達(dá)到與轉(zhuǎn)速指令對應(yīng)值；

c） 測速裝置有故障或速度反饋信號斷線；

d） 主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障。

4.5 主軸異常噪聲及振動(dòng)

首先要區(qū)別異常噪聲及振動(dòng)發(fā)生在主軸機(jī)械部分還是在電氣驅(qū)動(dòng)部分

a） 在減速過程中發(fā)生異常噪聲，一般是由驅(qū)動(dòng)裝置造成的。

b） 在恒轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生異常噪聲，可通過觀察主軸電動(dòng)機(jī)自由停車過程中是否有噪聲和振動(dòng)來區(qū)別。

c） 檢查振動(dòng)周期是否與轉(zhuǎn)速有關(guān)：如有關(guān)一般是主軸驅(qū)動(dòng)裝置未調(diào)整好，應(yīng)檢查主軸機(jī)械部分及測速裝置是否良好。

4.6 主軸電機(jī)不轉(zhuǎn)

a） 檢查CNC系統(tǒng)是否有轉(zhuǎn)速模擬量控制信號輸出

b） 檢查使能信號是否接通，通過CRT、觀察I/O狀態(tài)，分析機(jī)床PMC梯形圖以確定主軸的啟動(dòng)條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。

c） 主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障

d） 主軸電動(dòng)機(jī)故障

5. 結(jié)束語

現(xiàn)在伺服系統(tǒng)的主流是數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)走向數(shù)字化，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電流環(huán)、速度環(huán)的反饋控制已全部數(shù)字化，系統(tǒng)的控制模型和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償均由高速微處理器實(shí)時(shí)處理，增強(qiáng)了系統(tǒng)自診斷能力，提高了系統(tǒng)的快速性和精度。

6. 參考文獻(xiàn)

[1] 沈 冰 數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)維修技術(shù)與實(shí)例 北京機(jī)械工業(yè)出版社 2001

[2] 田春霞 數(shù)控加工技術(shù) 北京機(jī)械工業(yè)出版社 2001

[3] 王貴明 數(shù)控實(shí)用技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000