數(shù)控銑床主軸的故障與維修

數(shù)控銑床的主軸準(zhǔn)停功能又稱作主軸定向功能，是精鏜孔等加工時所必須的功能。通常主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)有機(jī)械式與電氣式兩種，現(xiàn)代數(shù)控銑床采用電氣式準(zhǔn)停裝置方式定位的較多，電氣式有磁傳感器型、編碼器型、數(shù)控系統(tǒng)控制型三種方法。

一、數(shù)控銑床主軸電氣準(zhǔn)停裝置

1.磁傳感器型主軸準(zhǔn)停裝置

磁傳感器主軸準(zhǔn)停裝置是利用磁性傳感器檢測定位。在主軸上安裝一個發(fā)磁體，在距離發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡1～2mm處固定一個磁傳感器，經(jīng)過放大器與主軸控制單元連接。當(dāng)主軸控制單元接收到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的準(zhǔn)停信號ORT時，主軸速度變?yōu)闇?zhǔn)停時的設(shè)定速度，當(dāng)主軸控制單元接收到磁傳感器信號后，主軸驅(qū)動立即進(jìn)入磁傳感器作為反饋元件的位置閉環(huán)控制，目標(biāo)位置即為準(zhǔn)停位置。準(zhǔn)停后，主軸驅(qū)動裝置向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出準(zhǔn)停完成信號ORE。

2.編碼器型主軸準(zhǔn)停裝置

通過主軸電動機(jī)內(nèi)置安裝的位置編碼器或在機(jī)床主軸箱上安裝一個與主軸1∶1同步旋轉(zhuǎn)的位置編碼器來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)?？刂疲瑴?zhǔn)停角度可任意設(shè)定。主軸驅(qū)動裝置內(nèi)部可自動轉(zhuǎn)換，使主軸驅(qū)動處于速度控制或位置控制狀態(tài)。

3.數(shù)控系統(tǒng)控制主軸準(zhǔn)停裝置

準(zhǔn)停的角度可由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定成任意值，準(zhǔn)停由數(shù)控代碼M19執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行M19或M19S××時，數(shù)控系統(tǒng)先將M19送至PLC，處理后送出控制信號，控制主軸電動機(jī)由靜止迅速升速或在原來運(yùn)行的較高速度下迅速降速到定向準(zhǔn)停設(shè)定的速度nORT運(yùn)行，尋找主軸編碼器零位脈沖C，然后進(jìn)入位置閉環(huán)控制狀態(tài)，并按系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定定向準(zhǔn)停。若執(zhí)行M19無S指令，則主軸準(zhǔn)停于相對C脈沖的某一缺省位置；若執(zhí)行M19S××指令，則主軸準(zhǔn)停于指令位置，即相對零位脈沖××度處。主軸定向準(zhǔn)停的具體控制過程，不同的系統(tǒng)其控制執(zhí)行過程略有區(qū)別，但大同小異。

二、主軸準(zhǔn)停工作原理

主軸定位時的轉(zhuǎn)速曲線，其工作過程為：①當(dāng)主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速n≥600r/min時，輸入定位指令，主軸立即減速到定位基act準(zhǔn)轉(zhuǎn)速(約600r/min)再旋轉(zhuǎn)1.5～3r/min后達(dá)到同步，然后進(jìn)入位置控制，使主軸定位到預(yù)置點(diǎn)并保持位置閉環(huán)。②當(dāng)60r/min≤n≤600r/min時，輸入定位指令，主軸以現(xiàn)行轉(zhuǎn)速達(dá)到同步，然后act進(jìn)入位置控制(下限60r/min為可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速)。③當(dāng)主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速為0或＜60r/min時，輸入定位指令，主軸以60r/min的轉(zhuǎn)速啟動并達(dá)到同步，再進(jìn)入位置控制。

三、主軸準(zhǔn)停裝置的常見故障

1.主軸不能準(zhǔn)停

故障現(xiàn)象：某采用SIEMENS 810M的數(shù)控銑床，配套6SC6502主軸驅(qū)動器，在調(diào)試時，出現(xiàn)當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速＞200r/min時，主軸不能定位的故障。

分析與處理：為了分析確認(rèn)故障原因，維修時進(jìn)行了如下試驗(yàn)：①輸入并依次執(zhí)行“S100M03；M19”指令，機(jī)床定位正常。②輸入并依次執(zhí)行“S100M04；M19”指令，機(jī)床定位正常。③輸入并依次執(zhí)行“S200M03；M05；M19”指令，機(jī)床定位正常。④直接輸入并依次執(zhí)行“S200M03；M19”指令，機(jī)床不能定位。

根據(jù)以上試驗(yàn)，確認(rèn)系統(tǒng)、驅(qū)動器工作正常，考慮引起故障的可能原因是編碼器高速特性不良或主軸實(shí)際定位速度過高引起的。因此，檢查主軸電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)與指令值相差很大，當(dāng)執(zhí)行指令S200時，實(shí)際機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為300r/min，調(diào)整主軸驅(qū)動器參數(shù)，使主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令值相符后，故障排除。

2.主軸準(zhǔn)停位置不穩(wěn)定

故障現(xiàn)象：某采用SIEMENS 810M的數(shù)控銑床，配套6SC6502主軸驅(qū)動器，在調(diào)試時，出現(xiàn)主軸定位點(diǎn)不穩(wěn)定的故障。

分析與處理：通過反復(fù)試驗(yàn)多次定位，確認(rèn)故障的實(shí)際現(xiàn)象為：①該機(jī)床可以在任意時刻進(jìn)行主軸定位，定位動作正確。②只要機(jī)床不關(guān)機(jī)，不論進(jìn)行多少次定位，其定位點(diǎn)總是保持不變。③機(jī)床關(guān)機(jī)后，再次開機(jī)執(zhí)行主軸定位，定位位置與關(guān)機(jī)前不同，在完成定位后，只要不關(guān)機(jī)，以后每次定位總是保持在該位置不變。④每次關(guān)機(jī)后，重新定位，其定位點(diǎn)都不同，主軸可以在任意位置定位。

主軸定位的過程，是將主軸停止在編碼器“零位脈沖”位置的定位過程，并在該點(diǎn)進(jìn)行位置閉環(huán)調(diào)節(jié)。根據(jù)以上試驗(yàn)，可以確認(rèn)故障是由于編碼器的“零位脈沖”不固定引起的。分析可能引起以上故障的原因有：①編碼器固定?良，在旋轉(zhuǎn)過程中編碼器與主軸的相對位置在不斷變化。②編碼器不良，無“零位脈沖”輸出或“零位脈沖”受到干擾。③編碼器連接錯誤。

逐一檢查上述原因，排除了編碼器固定不良、編碼器不良的原因。進(jìn)一步檢查編碼器的連接，發(fā)現(xiàn)該編碼器內(nèi)部的“零位脈沖”Ua0與*Ua0引出線接反，重新連接后，故障排除。

3.主軸準(zhǔn)停時出現(xiàn)振蕩

現(xiàn)象：某采用SIEMENS810M的數(shù)控銑床，在更換了主軸器后，出現(xiàn)主軸定位時不?振蕩，無法完成定位的。

分析與處理：由于該機(jī)床更換了主軸器，機(jī)床在執(zhí)行主軸定位時減速動作正確，分析原因應(yīng)與主軸反饋極性有關(guān)，當(dāng)位置反饋極性設(shè)定錯誤時，必然會引起以上現(xiàn)象。更換主軸器極性可以通過交換器的輸出信號Ual/Ua2，*Ua1/*Ua2進(jìn)行，當(dāng)器定位由CNC控制時，也可以通過修改CNC機(jī)床參數(shù)進(jìn)行，在本機(jī)床上通過修改810M的主軸反饋極性參數(shù)（MD5200bitl），主軸定位恢復(fù)正常。

四、結(jié)束語

（1）在進(jìn)行數(shù)控銑床的維修時，首先要依據(jù)故障現(xiàn)象，列出各種可能造成故障的原因，并按主次之分?jǐn)M定切實(shí)可行的排障方案。其次，依據(jù)維修部位的原理，對這一部位的原理圖進(jìn)行逐步的分析，確定大體故障部位后，才可動手維修。

（2）對于不明確的故障，維修者要遵循先機(jī)械、后液壓、再電子的途徑進(jìn)行維修。當(dāng)然，要以不出現(xiàn)危險、不加大故障為前提。

（3）對于數(shù)控銑床準(zhǔn)停裝置的維修，要先分清本機(jī)床使用的是哪一種準(zhǔn)停方式，然后再進(jìn)行維修。因?yàn)槊恳活悳?zhǔn)停裝置中，又有不同的形式，要做到有的放矢。

（來源：優(yōu)勝模具培訓(xùn)學(xué)校）