西班牙數控機床主軸控制的解析與維護

徐寒冰

摘要：數控機床的主軸性能是在很寬范圍內轉速連續可調，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，目前我國在數控機床上應用較多的是西門子840D系統，由于西門子840D系統在數控機床配置較廣，數控系統的故障診斷與維修越來越受到重視，數控機床電氣維修技術也顯得格外重要。本論文從西班牙數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的故障形式和維護方法，內容詳細完整。

1. 西班牙數控機床主軸驅動系統控制的解析

西班牙機床主軸伺服驅動系統時數字式交流伺服系統，此交流伺服驅動系統走向數字化，驅動系統中的電流環、速度環的反饋控制已全部數字化，系統的控制模型和動態補償均由高速微處理器實時處理，增強了系統自診斷能力，提高了系統的快速性和精度。

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，根據自動或手動指令由數控系統控制，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，當用M3激活時，系統自動使主軸正向旋轉；當用M4激活時，系統自動使主軸反向旋轉；當用M5激活時，系統自動使主軸停止。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，這時系統根據零件加工程序中的主軸速度指令S和機床數據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的故障形式及維護方法

西班牙機床主軸伺服系統的常見故障包括電氣故障和機械故障，當主軸伺服系統發生故障時，通常有三種表現形式：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） 準停要經過減速的過程，減速或增益等參數設置不當，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調用機床數據或I/O狀態，觀察編碼器的信號狀態；

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

a） 電動機過載；

b） CNC系統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

首先要區別異常噪聲及振動發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，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

現在伺服系統的主流是數字式交流伺服系統，交流伺服驅動系統走向數字化，驅動系統中的電流環、速度環的反饋控制已全部數字化，系統的控制模型和動態補償均由高速微處理器實時處理，增強了系統自診斷能力，提高了系統的快速性和精度。

6. 參考文獻

[1] 沈 冰 數控機床數控系統維修技術與實例 北京機械工業出版社 2001

[2] 田春霞 數控加工技術 北京機械工業出版社 2001

[3] 王貴明 數控實用技術 北京 機械工業出版社 2000