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軸承知識
數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)故障維修

數(shù)控機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)也就是主傳動系統(tǒng),它的性能直接決定了加工工件的表面質(zhì)量,它結構復雜,機、電、氣聯(lián)動,故障率較高,它的可靠性將直接影響數(shù)控機床的安全和生產(chǎn)率。因此,在數(shù)控機床的維修和維護中,主軸驅(qū)動系統(tǒng)顯得很重要。 維修人員根據(jù)維修單,到現(xiàn)場進行故障詢問調(diào)查,確定維修方案、擬定維修工作計劃、計劃工時和費用;通過查閱數(shù)控機床PLC的相關顯示界面和電路原理圖、數(shù)控系統(tǒng)和就變頻器說明書等維修資料,分析故障原因;使用通用工具及萬用表,檢測判斷故障部位,在機床現(xiàn)場快速排除故障,填寫維修記錄并交接驗收。

主軸相關知識

數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的大功率執(zhí)行機構,其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的S碼速度指令及M碼輔助功能指令,驅(qū)動主軸進行切削加工。它包括主軸驅(qū)動裝置、主軸電動機、主軸位置檢測裝置、傳動機構及主軸。通常主軸驅(qū)動被加工工件旋轉的是車削加工,所對應的機床是車床類;主軸驅(qū)動切削刀具旋轉的是銑削加工,所對應的機床是銑床類。

主軸系統(tǒng)分類及特點

全功能數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前,無級變速系統(tǒng)根據(jù)控制方式的不同主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種,一般采用直流或交流主軸電機,通過帶傳動帶動主軸旋轉,或通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉矩)帶動主軸旋轉。另外根據(jù)主軸速度控制信號的不同可分為模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置和串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動裝置兩類。模擬量控制的的主軸驅(qū)動裝置采用變頻器實現(xiàn)主軸電動機控制,有通用變頻器控制通用電機和專用變頻器控制專用電機兩種形式。目前大部分的經(jīng)濟型機床均采用數(shù)控系統(tǒng)模擬量輸出+變頻器+感應(異步)電機的形式,性價比很高,這時也可以將模擬主軸稱為變頻主軸。串行主軸驅(qū)動裝置一般由各數(shù)控公司自行研制并生產(chǎn),如西門子公司的611系列,日本發(fā)那克公司的α系列等。

1、普通籠型異步電動機配齒輪變速箱

這是Z經(jīng)濟的一種方法主軸配置方式,但只能實現(xiàn)有級調(diào)速,由于電動機始終工作在額定轉速下,經(jīng)齒輪減速后,在主軸低速下輸出力矩大,重切削能力強,非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工產(chǎn)品比較單一,對主軸轉速沒有太高的要求,配置在數(shù)控機床上也能起到很好的效果;它的缺點是噪音比較大,由于電機工作在工頻下,主軸轉速范圍不大,不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場合。

2、普通籠型異步電動機配簡易型變頻器

可以實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速,主軸電動機只有工作在約500轉/分鐘以上才能有比較滿意的力矩輸出,否則,特別是車床很容易出現(xiàn)堵轉的情況,一般會采用兩擋齒輪或皮帶變速,但主軸仍然只能工作在中高速范圍,另外因為受到普通電動機Z高轉速的限制,主軸的轉速范圍受到較大的限制。

這種方案適用于需要無級調(diào)速但對低速和高速都不要求的場合,例如數(shù)控鉆銑床。國內(nèi)生產(chǎn)的簡易型變頻器較多。

3、通籠型異步電動機配通用變頻器

目前進口的通用變頻器,除了具有U/f曲線調(diào)節(jié),一般還具有無反饋矢量控制功能,會對電動機的低速特性有所改善,配合兩級齒輪變速,基本上可以滿足車床低速(100—200轉/分鐘)小加工余量的加工,但同樣受Z高電動機速度的限制。這是目前經(jīng)濟型數(shù)控機床比較常用的主軸驅(qū)動系統(tǒng)。

4、專用變頻電動機配通用變頻器

一般采用有反饋矢量控制,低速甚至零速時都可以有較大的力矩輸出,有些還具有定向甚至分度進給的功能,是非常有競爭力的產(chǎn)品。以先馬YPNC系列變頻電動機為例,電壓:三相200V、220V、380V、400V可選;輸出功率:1.5-18.5KW;變頻范圍2-200Hz;(Z高轉速r/min);30min150%過載能力;支持V/f控制、V/f+PG(編碼器)控制、無PG矢量控制、有PG矢量控制。提供通用變頻器的廠家以國外公司為主,如:西門子、安川、富士、三菱、日立等。

中檔數(shù)控機床主要采用這種方案,主軸傳動兩擋變速甚至僅一擋即可實現(xiàn)轉速在100—200r/min左右時車、銑的重力切削。一些有定向功能的還可以應用與要求精鏜加工的數(shù)控鏜銑床,若應用在加工中心上,還不很理想,必須采用其他輔助機構完成定向換刀的功能,而且也不能達到剛性攻絲的要求。

安裝電主軸的機床主要用于精加工和高速加工,例如高速精密加工中心。另外,在雕刻機和有色金屬以及非金屬材料加工機床上應用較多,這些機床由于只對主軸高轉速有要求,因此,往往不用主軸驅(qū)動器。

就電氣控制而言,機床主軸的控制是有別于機床伺服軸的。一般情況下,機床主軸的控制系統(tǒng)為速度控制系統(tǒng),而機床伺服軸的控制系統(tǒng)為位置控制系統(tǒng)。換句話說,主軸編碼器一般情況下不是用于位置反饋的(也不是用于速度反饋的),而僅作為速度測量元件使用,從主軸編碼器上所獲取的數(shù)據(jù),一般有兩個用途,其一是用于主軸轉速顯示;其二是用于主軸與伺服軸配合運行的場合(如螺紋切削加工,恒線速加工,G95轉進給等)。

(來源:大牛數(shù)控技術)

發(fā)布時間:2023-04-28


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