徐寒冰
（沈陽飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限公司數(shù)控加工廠數(shù)控維修室）

　　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(duì)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(duì)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Z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(hào)DB31、DBX84.7置位，在進(jìn)給軸/主軸的接口信號(hào)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(duì)應(yīng)于主軸的檔到第五檔，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(hào)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(hào)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(duì)應(yīng)值；
　　c）測速裝置有故障或速度反饋信號(hào)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(hào)輸出。
　　b）檢查使能信號(hào)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

來源：《中國機(jī)械》

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