徐寒冰

摘要：數(shù)控機床的主軸性能是在很寬范圍內轉速連續(xù)可調，恒功率范圍寬，當要求機床有螺紋加工功能、準停功能和恒速加工等功能時，則需要對主軸進行進給控制和位置控制。主軸驅動變速目前主要有兩種形式：一是主軸電動機帶齒輪換擋；二是主軸電動機通過同步齒形帶或是V型帶驅動主軸。

關鍵詞：主軸驅動，速度控制，換擋控制，位置控制，PLC程序

引言

數(shù)控機床是技術密集型設備，也是典型的機電一體化設備，涉及多科學技術領域，目前我國在數(shù)控機床上應用較多的是西門子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)控機床電氣維修技術也顯得格外重要。本論文從西班牙數(shù)控機床主軸控制的解析與維護的角度來講解，主要論述主軸驅動及控制方式和西班牙機床主軸伺服系統(tǒng)的故障形式和維護方法，內容詳細完整。

1. 西班牙數(shù)控機床主軸驅動系統(tǒng)控制的解析

西班牙機床主軸伺服驅動系統(tǒng)時數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)，此交流伺服驅動系統(tǒng)走向數(shù)字化，驅動系統(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)的控制模型和動態(tài)補償均由高速微處理器實時處理，增強了系統(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軸要復雜的多，坐標軸的運動一般不需要進行過多的PLC程序設計，根據(jù)自動或手動指令由數(shù)控系統(tǒng)控制，PLC用戶程序只需要完成坐標軸的使能和選擇即可。主軸的正反轉、定位及換擋控制，都需要設計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)，當用M3激活時，系統(tǒng)自動使主軸正向旋轉；當用M4激活時，系統(tǒng)自動使主軸反向旋轉；當用M5激活時，系統(tǒng)自動使主軸停止。在主軸速度控制方式下，主軸的轉速由S指令確定，如S1500表示1500r/min，主軸的正轉、反轉和停止可通過零件加工程序控制，也可以通過手動控制，通過加工程序控制時，系統(tǒng)自動處理主軸控制指令信息，驅動主軸轉動，不需要設計PLC程序。

3. 西班牙機床主軸換擋控制

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

4. 西班牙機床主軸伺服系統(tǒng)的故障形式及維護方法

西班牙機床主軸伺服系統(tǒng)的常見故障包括電氣故障和機械故障，當主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時，通常有三種表現(xiàn)形式：一是在CRT或操作面板上顯示報警內容或報警信息；二是在主軸驅動裝置上用的報警燈或數(shù)碼管顯示主軸驅動裝置的故障，三是主軸工作不正常，但無任何報警信息。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，主軸轉速指令或反饋信號受到干擾，使轉速指令為零時，主軸仍往復轉動，調整零速平衡和漂移補償也不能清除故障。

4.2 過載

切削量過大或頻繁的正反轉變速等均可引起過載報警。

4.3 主軸定位抖動

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

產生主軸定位抖動故障的原因有如下幾種：

a） 準停要經(jīng)過減速的過程，減速或增益等參數(shù)設置不當，均可引起定位抖動；

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

4.4 主軸轉速與進給不匹配

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

a） CRT界面有報警顯示

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

c） 用每分鐘進給指令代替每轉進給指令來執(zhí)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(guī)定的范圍時，要考慮的因素是：

a） 電動機過載；

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

c） 測速裝置有故障或速度反饋信號斷線；

d） 主軸驅動裝置故障。

4.5 主軸異常噪聲及振動

首先要區(qū)別異常噪聲及振動發(fā)生在主軸機械部分還是在電氣驅動部分

a） 在減速過程中發(fā)生異常噪聲，一般是由驅動裝置造成的。

b） 在恒轉速時產生異常噪聲，可通過觀察主軸電動機自由停車過程中是否有噪聲和振動來區(qū)別。

c） 檢查振動周期是否與轉速有關：如有關一般是主軸驅動裝置未調整好，應檢查主軸機械部分及測速裝置是否良好。

4.6 主軸電機不轉

a） 檢查CNC系統(tǒng)是否有轉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)，分析機床PMC梯形圖以確定主軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。

c） 主軸驅動裝置故障

d） 主軸電動機故障

5. 結束語

現(xiàn)在伺服系統(tǒng)的主流是數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)，交流伺服驅動系統(tǒng)走向數(shù)字化，驅動系統(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)的控制模型和動態(tài)補償均由高速微處理器實時處理，增強了系統(tǒng)自診斷能力，提高了系統(tǒng)的快速性和精度。

6. 參考文獻

[1] 沈 冰 數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)維修技術與實例 北京機械工業(yè)出版社 2001

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

[3] 王貴明 數(shù)控實用技術 北京 機械工業(yè)出版社 2000