數控機床電氣系統維修方法及實例研究

馬 帥

（中國重汽集團大同齒輪有限公司， 山西 大同 037000）

引言

在當前各行業對機械零部件需求日益增長的年代，我國對機床的需求量也隨之增加。與此同時，對機床的性能和加工效率也提出了更高的要求。經統計可知，我國作為第一機床消耗大國，雖然擁有龐大的機床數量，但是所擁有機床的質量和水平相對較慢[1]。近年來，雖然我國在機床數控化的方面得到飛速的發展，但是與發達國家仍存在一定的差距。

經調研可知，當前我國大部分制造企業所采用的數據機床存在機械部件可靠，但其對應電氣元器件已經出現老化，從而導致設備在生產過程中的故障率較高。為此，需結合我國當前數控機床的現狀對其電氣控制系統進行維修改造。

1 數控機床基本情況分析

本文以CK6140 數控機床為研究對象，該型數控機床由于使用年限相對較長，其中的部分元器件已經出現老化，導致其在生產制造過程中的故障率較高，極大影響了制造廠的加工效率。為此，本節將針對CK6140 機床的基本情況進行分析，并著重對其電氣控制系統（數控系統、控制柜、電機等）現狀進行分析[2]。

1.1 電氣系統現狀

CK6140 數控機床各部分所采用驅動系統統計如表1 所示。

其中，CK6140 數控機床的X、Z 軸方向的控制系統屬于開環控制系統。經對上述驅動器、步進電機以及變頻調速系統現場試運行后得知：步進驅動器和步進電機通電后不能正常工作，并發出報警；變頻調速控制系統中對應的核心變頻器可正常運行工作；該機床對應控制電柜雖然接地端等位置有鐵銹，但是其可正常運行。

表1 CK6140 數控機床驅動情況統計

目前，CK6140 主軸對應的電機可正常工作，而其他各軸所采用的三項步進電機的故障狀態還需進一步監測，主軸電機對應的編碼器采用示波器進行檢測后得知不能正常工作。

1.2 機械系統現狀

經對Ck6140 數控機床機械部件進行檢測后得知：該機床主軸可正常轉動；該機床雖然銹蝕情況嚴重，但是其軌道尚未被損壞；該機床軸承、螺母副以及導軌等位置需進行全面潤滑保養。總的來說，CK6140 數控機床的機械部件在精度方面仍然滿足國標16462.1 的相關標準要求[3]。

綜上所述，本文所研究的CK6140 數控機床的機械部件情況還比較理想，其電氣系統的情況不理想。因此，本文將著重對CK6140 數控機床的電氣系統進行維系改造。

2 數控機床的維修改造

經第1 節中分析可知，僅需對CK6140 數控機床的機械部件進行簡單維護即可，但需對該機床的電氣部分進行深度的維修改造。本節將從機械和電氣兩個維度闡述數控機床的維修改造，其中以其電氣系統的維修改造為重點。

2.1 數控機床機械部分的維護

結合CK6140 數控機床機械部件的現狀，采用維護、調整、維修三個層面對其進行改造。具體闡述如下：

1）維護。將數控機床各個部位的銹蝕和污垢全面清除，并將已損壞的零件進行全部更換；對機床液壓回路中各個液壓元器件進行清理等；

2）調整。對數控機床中發生偏移的零部件位置進行調整。其中包括對主軸前后支撐軸承組、滾珠絲杠螺母副之間的間隙等；

3）維修。將數控機床中所配置的原進給電機進行更換，并對數控機床中的四方刀架進行維修[4]。

2.2 數控機床電氣系統的維修

針對數控機床電氣系統的現狀分析結果，其總體維修改造思路如下：采用伺服系統對X、Z 軸進行優化控制；將變頻器中的參數進行重新設置，以保證其適應維修改造后機床的電氣控制系統；對數控機床涉及的控制電柜等位置進行清洗，并根據維修改造方案對控制柜進行重新設計和布置。

2.2.1 數控機床主軸驅動系統的維修改造

目前，CK6140 數控機床主軸所采用的驅動控制系統為開環控制系統，其無法適用高加工精度、高自動化的要求。為此，需實現對主軸驅動系統的無極調速控制。故，仍然沿用原數控機床的變頻調速原理實現對主軸的驅動控制。

綜合分析，針對數控機床主軸的驅動控制采用變頻器與變頻電機聯合應用的方式進行維修改造。與此同時，為保證主軸定位的準確性，在上述基礎上為其配置電脈沖編碼器。鑒于Ck6140 數控機床的變頻器仍可正常使用[5]；以原變頻器為基礎完成主軸驅動系統的電路設計，電路連接如圖1 所示。

圖1 變頻調速電路圖

如圖1 所示，變頻調速電路中除了核心變頻器外，還包括有斷路器、接觸器、電抗器以及濾波器等器件。其中，基于接觸器可實現對系統的順序啟動，并保證系統在停電導致停機后可實現其自動啟動功能；基于電抗器可進一步改善系統的功率因數。

為實現對系統主軸的精準定位，在主軸上配置主軸編碼器。結合主軸定位功能的需求和主軸編碼器的產品系列，最終采用ZKKT6012 型主軸編碼器對主軸進行精準定位，其具體參數如表2 所示。

2.2.2 數控機床伺服驅動系統的改造

伺服控制系統為實現機床數控系統和機床執行部件連接的環節，要求其具有高精度、高穩定性、快速響應特性以及較寬的調速范圍等特點。根據伺服控制系統的反饋裝置，其包括有開環伺服控制系統、半閉環伺服控制系統以及閉環伺服控制系統。

數控機床所采用伺服控制系統的主要目的是減小機械部件之間傳動誤差對最終產品加工誤差的影響。因此，針對伺服控制系統的維修改造，需在對數控機床進給系統傳動速度以及傳動比等參數計算的基礎上完成對伺服系統的選型；根據所選型的伺服系統完成對應伺服電機的選型，并對電機選型結果進行校驗；最終，完成伺服控制原理圖的設計，并完成調試任務。

表2 ZKKT6012 型主軸編碼器參數

伺服控制系統包括對縱向進給系統和橫向進給系統的控制。針對CK6140 數控機床的現狀，本節著重完成對伺服控制系統中對應電機、驅動器的選型，并完成相關參數的設置工作。

結合CK6140 數控機床X 軸、Z 軸的進給控制需求，分別為其配置對應的伺服電機，具體如表3 所示。

表3 數控機床進給系統伺服電機選型及參數

3 結語

數控機床為機械制造加工的關鍵設備，其性能直接決定產品的加工質量。我國作為機床消費第一大國，雖然擁有機床的數量龐大，但是機床更新迭代速度較慢。與此同時，對于年限較為久遠的數控機床而言，除了其相關的電氣控制系統無法滿足實際加工需求外，其他機械系統、液壓系統還可滿足實際加工需求。因此，為降低購買數控機床的成本，降低其實際加工生產的故障率，應針對性地對其電氣控制系統進行維修改造。