普通車床數控改造主軸電機控制設計及故障維修
2022-2-17 來源：- 作者：-
摘要：普通車床數控改造要考慮主軸電機控制設計改造，有正轉、停轉和反轉控制，關鍵還要進行主軸停轉制動，本文以典型案例論述主軸電機控制及制動設計、故障測試與維修方法，對其他數控改造故障維修均有借鑒意義。
關鍵詞： 數控改造；主軸控制；制動；故障；維修
普通車床數控改造具有很好的經濟社會效益，改造后用于職業技術學校加工制造類專業實訓很實用，作者用 KND100i-D 數控系統對普通車床進行了數控改造設計，數控系統執行 M03、M05 或 M04 指令則主軸正轉、停轉或反轉，也用 ZD-15 直流電子制動器對主軸電機 M05 停轉進行了制動設計改造。使用一年后曾出現故障，現有職業教育、本科教育相關教材等書籍并沒有論述相關故障維修，不少企業也很缺乏數控機床故障維修人才，這也是職業技術教育加工制造類專業教學需要解決的問題，作者查閱文獻 [2][3][4][5]，進行了現場測試研究，解決了故障維修問題，今做介紹，具有推廣借鑒意義。
1、數控系統持續信號控制三相交流電機設計原理
KND100i-D 數控系統采用圖 1 所示持續信號控制主軸三相交流電機原理如下：圖 1(c) 數控系統執行M03，直流繼電器 J1 線圈帶電，J2、J3 不帶電，圖 1(b)中直流繼電器 J1 常開觸點閉合，交流接觸器 KM1 線圈帶電，圖 1(a) 中直流繼電器 J1 常閉觸點斷開，交流接觸器主觸點 KM1 閉合，電機 M 正轉。
圖 1(c) 數控系統執行 M05 再執行潤滑指令 M32（M31 為停止潤滑指令），直流繼電器 J1、J2 線圈均不帶電，J3 線圈帶電，圖 1(b) 中直流繼電器 J1、J2 常開觸點均斷開，交流接觸器 KM1、KM2 線圈均不帶電，圖1(a) 中交流接觸器主觸點 KM1、KM2 均斷開，電機 M停轉。圖 1(a) 中 J3 常開觸點閉合，電子制動器 ZD-15 C 點與 24V 接通，B1、B2 接通，圖 1(b) 交流接觸器線圈 KM3 帶電，圖 1(a) 中主觸點 KM3 閉合，電子制動器輸出直流電壓至三相交流電機，致使電機制動至設置的時間后，B1、B2 斷開，電機停止制動。
a）三相電機正轉、反轉、停轉及制動主電路原理圖
b）控制電路原理圖 c）數控系統接口電路原理圖
圖 1 數控系統持續信號控制三相電機原理圖
圖 1(c) 數控系統執行 M04，直流繼電器 J2線圈帶電，J1、J3 不帶電，圖 1(b) 中直流繼電器 J2 常開觸點閉合，交流接觸器 KM2 線圈帶電，圖 1(a) 中直流繼電器 J2 常閉觸點斷開，交流接觸器主觸點 KM2閉合，電機 M 反轉。圖 1 所示數控改造后，加工程序編制思路為：
N0010 M31 J3 繼電器線圈斷電
N0020 M03 主軸正轉
N0030 G91 相對編程（或絕對編程）
N0040 ……………（零件加工程序）
……… ………
N0100 M05 主軸停轉
N0110 M32 主軸抱閘制動后松開主軸
N0120 M02 加工程序結束
2、數控車床主軸控制故障測試與維修
如圖 1 所示普通車床數控改造后，使用效果很好，自動化程度和生產效率均大大提高了，但使用一年后出現了故障，今論述維修。
2.1 數控系統執行 M03 主軸不正轉
按操作面板上的主軸正轉鍵，依次觀察圖 1 所示(c)(b)(a) 區域繼電器和交流接觸器帶電動作情況，發現(c) 圖所示區域直流繼電器 J1 線圈帶電觸點動作發出響聲，J2、J3 直流繼電器觸點均不動作，也不發出響聲，說明故障不在 (c) 圖區域。再看 (b) 圖所示區域，按主軸正轉鍵，交流接觸器 KM1 觸點不動作，沒有發出聲音，說明其線圈沒帶電或損壞，仔細檢查發現其線圈接線脫落，重新接好恢復正常。
這就是按區域找故障維修法，如按主軸正轉鍵，J1直流繼電器線圈不帶電，觸點不動作，則故障在 (c) 區域；如果 J1 直流繼電器線圈帶電，觸點動作；KM1 交流接觸器線圈也帶電觸點動作；但電機不轉則故障在 (a) 圖所示區域。這就是分區域檢查故障的方法。
2.2 曾出現數控系統執行 M03 主軸時轉時不轉故障
按操作面板上的主軸正轉鍵，依次觀察圖 1 所示 (c)(b)(a) 圖所示區域的直流繼電器或交流接觸器帶電動作情況？發現 (c) 圖所示區域直流繼電器 J1 觸點也時常動作發出響聲，則其線圈時帶電時不帶電；再觀察交流接觸器 KM1 的觸點也是時常動作發出響聲，則是其線圈時帶電時不帶電，致使電機時轉時不轉。
所以先從 (c) 圖所示區域找原因，按數控系統操作面板上主軸反轉鍵，則直流繼電器 J2、交流接觸器 KM2也存在類似情況，致使電機時反轉時不轉，測試 24V直流電源是 16.5V，換一個好的直流電源，故障排除，電機運轉很正常。
繼續找原因，該數控車床開始加工鑄鋁件，是塑性材料，為帶狀鐵屑，后來加工鑄鐵件為脆性材料，鐵屑為粉末狀，不少粉末狀鐵屑進入了直流電源，影響了其性能，輸出電壓降低了，出現主軸時轉時不轉故障。安裝一個吸塵器，把粉末狀鐵屑吸走，再沒有出現類似故障。
2.3 數控系統執行 M05、M32 后主軸不制動
按操作面板上的潤滑鍵（即 M32 功能鍵），觀察圖 1 所示 (c)(b)(a) 哪個區域繼電器或交流接觸器帶電動作情況？發現 (c) 圖所示區域直流繼電器 J3 線圈帶電觸點動作發出響聲，J1、J2 直流繼電器觸點均不動作，也不發出響聲，說明故障不在 (c) 圖區域。
再看 (b) 圖所示區域，按潤滑鍵，交流接觸器 KM3觸點不動作，檢查 B1、B2 接線正確，再檢查 (a) 圖所示區域，發現直流繼電器常開觸點 J3 接線脫落，重新接好后，故障消失，制動正常了。
3、結語
本文論述的普通車床數控改造主軸控制及制動設計，使用效果很好，分區域檢查故障的方法具有思路清晰、檢查直觀等優點，對其他設備數控化改造電機制動均有借鑒意義，該設計和分區域檢查故障的方法，對提高職業技術教育加工制造類專業的教學質量也有指導意義。
作者：李春勤 葛平海 劉世忠
來源： 1. 山東省日照市科技中等專業學校實訓部；
2. 山東五征集團有限公司人力資源部；
3. 山東省日照市科技中等專業學校數控技術系
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