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

　　摘　要：數(shù)控機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(qū)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(qū)動主軸。

　　關(guān)鍵詞：主軸驅(qū)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(shù)密集型設(shè)備，也是典型的機電一體化設(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(shù)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(qū)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(nèi)容詳細完整。

　　1.西班牙數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)控制的解析
　　西班牙機床主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)時數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)，此交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)走向數(shù)字化，驅(qū)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(biāo)軸要復(fù)雜的多，坐標(biāo)軸的運動一般不需要進行過多的PLC程序設(shè)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(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(dāng)用M3激活時，系統(tǒng)自動使主軸正向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)用M4激活時，系統(tǒng)自動使主軸反向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)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(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(qū)動主軸轉(zhuǎn)動，不需要設(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(yīng)于主軸的檔到第五檔，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(shè)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(dāng)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(nèi)容或報警信息；二是在主軸驅(qū)動裝置上用的報警燈或數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)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(zhuǎn)速指令或反饋信號受到干擾，使轉(zhuǎn)速指令為零時，主軸仍往復(fù)轉(zhuǎn)動，調(diào)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(zhuǎn)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(chǎn)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(shè)置不當(dāng)，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(guān)失靈，引起定位抖動。
　　4.4主軸轉(zhuǎn)速與進給不匹配
　　出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)進給指令來執(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，要考慮的因素是：
　　a）電動機過載；
　　b）CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉(zhuǎn)速模擬量（通常為0V±10V）沒有達到與轉(zhuǎn)速指令對應(yīng)值；
　　c）測速裝置有故障或速度反饋信號斷線；
　　d）主軸驅(qū)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(qū)動部分：
　　a）在減速過程中發(fā)生異常噪聲，一般是由驅(qū)動裝置造成的。
　　b）在恒轉(zhuǎn)速時產(chǎn)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(zhuǎn)速有關(guān)：如有關(guān)一般是主軸驅(qū)動裝置未調(diào)整好，應(yīng)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(zhuǎn)
　　a）檢查CNC系統(tǒng)是否有轉(zhuǎn)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(qū)動裝置故障。
　　d）主軸電動機故障。
　　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)動系統(tǒng)走向數(shù)字化，驅(qū)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(shù)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(shù)北京機械工業(yè)出版社2001
　　[3]王貴明數(shù)控實用技術(shù)北京機械工業(yè)出版社2000

來源：《中國機械》

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