数控车床主轴控制原理及故障排除     DATE: 2024-03-29 04:21:06

本文以沈阳华中数控车床为例,数控对主轴控制原理做一些剖析与讲解(“进给伺服驱动”控制原理部分已在本刊2015年11期“数控车床电气控制原理解析及维修实例”一文中进行了论述),车床除以便维修初学者快速入门。主轴障排

1.数控车床主轴驱动系统的控制特点及要求

主轴控制系统的作用是按程序要求驱动主轴,在数控车床的原理加工方式中,主轴主要是及故带动工件旋转,与进给伺服驱动轴相配合,数控完成切削运动。车床除数控车床对主轴位置精度和速度调节不像要求进给伺服系统那样高,主轴障排所以执行部件多采用通用交流异步电动机,控制很少采用价格昂贵的原理永磁交流伺服电动机,“变频器+交流异步电动机”进行矢量控制、及故编码器进行速度检测的数控方式,可以满足一般精度零件加工和车削螺纹的车床除要求,并且调速方便,主轴障排造价成本相对较低,被广泛采用。沈阳华中数控系统CAK36S型数控车床主轴驱动系统采用此种配置形式。

数控车床的主轴运动是传递主切削力,消耗的功率占到机床总功率的60%左右,所以驱动系统要有足够的功率、刚性好、低转速时要保持足够的转矩;另外,要适应不同加工工艺对主轴转速的要求,如车削螺纹、粗加工及精加工等,需要主轴有较宽的调速范围。

2.主轴电气控制电路组成与原理解析

下面以沈阳华中数控系统CAK36S型数控车床为例,详细介绍主轴驱动电路的控制原理。

(1)主轴控制电路。主轴控制电路如图1所示。其中变频器采用VACON变频器,三相电源通过空气开关QF1接入,U、V、W外接三相异步主轴电动机,电动机的速度通过数控系统的XS9输出到变频器的“0~10V模拟电压”引脚进行控制,而电动机的转向通过继电器KA4(正转),KA5(反转)触点的闭合接通变频器的9脚为低电平进行控制(具体工作模式可以通过变频器的参数进行设置)。

图1主轴控制电气原理图

(2)控制原理。主轴正(反)转控制原理如图2所示。M03指令输入或是按下“手动正转”按钮,数控系统经过译码输出,KA4继电器通电,主触点闭合,变频器工作在“正转”模式;M04指令输入或是按下“手动反转”按钮,数控系统经过译码输出,KA5继电器通电,主触点闭合,变频器工作在“反转”模式;M05指令输入或是按下“手动停止”按钮,数控系统经过译码,、无输出,主触点断开,变频器工作在“停止”模式。输出端子接口板如图3所示。

图2主轴控制原理框图

图3输出端子接口板

3.主轴常见故障类型及原因分析

主轴常见的故障现象有过流、过载、不能旋转及转速不稳等,其原因有电气、机械、外部电网、环境干扰、用户使用及加工参数等方面的原因,故障的类型、原因分析及排除如附表1所示。

4.维修实例

下面结合一实例说明主轴故障诊断与排除的具体过程。

(1)故障现象及背景。数控实训基地的数控车床(沈阳华中数控系统CAK36S型),秋季开学后,检查机床性能,启动数控系统,按下“主轴正转”按钮发现主轴不能正向旋转。

(2)维修思路。①结合故障发生的背景,初步判断故障的可能原因:了解在什么时候、什么情况下发生的故障,当初有何现象发生等,有助于尽快锁定故障原因。本实例中机床是经过暑假假期后发生故障的,初步判定这和机床假期的长期闲置有关,如暑假多雨、湿度大及电气元件易受潮失效等。②验证机床功能,进一步缩小故障范围:首先,在主轴不能旋转的情况下看刀架是否可以转位?如果刀位也不能旋转则故障多发生于它们的公共电路部分,如输出控制端口、强电电路等,结果没有发现问题;然后确定主轴只是单向不能正转(反转),还是两个方向都不能旋转。发现主轴的反向旋转正常,这就进一步说明故障点只存在于主轴“正转”的单向控制电路中。③诊断故障,锁定故障点:为了进一步快速缩小故障排查范围,以主轴电动机的正(反)转控制继电器KA4(KA5)是否吸合为分界点,用以判断故障点是存在于控制继电器之前还是之后,根据电气控制原理图逐一排查,详细的故障诊断流程如图4所示。

图4主轴不能正(反)转故障诊断流程图

根据图4所示的排查思路,首先发现KA4继电器未吸合(吸合指示灯未亮),再用万用表测量KA4继电器的驱动线圈无电压,进一步通过输出端子板上的指示灯确认输出端子板的N8(507线,发现连接线的“圆柱型”金属接头已经生锈,换上新的接头,用压线钳压牢,开机起动主轴,运转恢复正常。

5.结语

主轴旋转运动是数控车床的主运动,输出功率大,在使用过程中起动频繁,容易出现故障,因此,主轴故障是数控车床中最为常见的故障之一。对于数控维修人员,能根据故障现象,进行分析、判断故障的部位并进行排除是必备的技能之一,同时也是从业人员岗位职业能力的基本要求。

本文通过对主轴控制原理的阐述及故障维修实例的过程剖析,旨在使读者掌握一种排除主轴故障的理念、思路和方法。当然,主轴故障发生的原因是多方面的,除了电气方面,还有机械、外部干扰及程序加工参数等方面的因素,要想全面熟练掌握主轴的维修技术,以最短的时间找到故障原因并进行排除,需要平时多思、多问、多记、多实践和多积累,只有这样,当我们在工作中遇到突发问题时,才会得心应手、从容面对。

参考文献:

[1]武汉华中数控有限公司.HSV-16交流伺服驱动系统说明书[E].武汉:武汉华中数控有限公司,2010.

[2]于万成.数控机床结构与维修[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[3]徐衡.数控机床故障诊断与维护[M].北京:机械工业出版社,2011.