西班牙数控机床主轴控制的解析与维护

徐寒冰

摘要：数控机床的主轴性能是在很宽范围内转速连续可调，恒功率范围宽，当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒速加工等功能时，则需要对主轴进行进给控制和位置控制。主轴驱动变速目前主要有两种形式：一是主轴电动机带齿轮换挡；二是主轴电动机通过同步齿形带或是V型带驱动主轴。

关键词：主轴驱动，速度控制，换挡控制，位置控制，PLC程序

引言

数控机床是技术密集型设备，也是典型的机电一体化设备，涉及多科学技术领域，目前我国在数控机床上应用较多的是西门子840D系统，由于西门子840D系统在数控机床配置较广，数控系统的故障诊断与维修越来越受到重视，数控机床电气维修技术也显得格外重要。本论文从西班牙数控机床主轴控制的解析与维护的角度来讲解，主要论述主轴驱动及控制方式和西班牙机床主轴伺服系统的故障形式和维护方法，内容详细完整。

1. 西班牙数控机床主轴驱动系统控制的解析

西班牙机床主轴伺服驱动系统时数字式交流伺服系统，此交流伺服驱动系统走向数字化，驱动系统中的电流环、速度环的反馈控制已全部数字化，系统的控制模型和动态补偿均由高速微处理器实时处理，增强了系统自诊断能力，提高了系统的快速性和精度。

主轴的控制相对于坐标轴要复杂的多，坐标轴的运动一般不需要进行过多的PLC程序设计，根据自动或手动指令由数控系统控制，PLC用户程序只需要完成坐标轴的使能和选择即可。主轴的正反转、定位及换挡控制，都需要设计PLC控制程序。

2. 西班牙铣床主轴速度控制

速度控制方式是最重要的一种主轴控制方式，数控机床的切削加工用的就是速度控制方式，用编程指令M3、M4、M5、或SPCOF激活主轴的速度控制方式，接口信号DB31、DBX84.7置位，在进给轴/主轴的接口信号DB33.DBB86中，可以看到M指令代码的状态，当用M3激活时，系统自动使主轴正向旋转；当用M4激活时，系统自动使主轴反向旋转；当用M5激活时，系统自动使主轴停止。在主轴速度控制方式下，主轴的转速由S指令确定，如S1500表示1500r/min，主轴的正转、反转和停止可通过零件加工程序控制，也可以通过手动控制，通过加工程序控制时，系统自动处理主轴控制指令信息，驱动主轴转动，不需要设计PLC程序。

3. 西班牙机床主轴换挡控制

主轴换挡的目的时为了主轴工作在低转速时，仍能获得较大的功率，提供足够的切削动力。主轴的换挡操作可以在摆动控制方式下进行，也可以在定位控制方式下进行，取决于机床数MD35010的设置，主轴的摆动控制方式用辅助功能代码M41，M42，M43，M44，M45激活，它们对应于主轴的第一档到第五档，也可用自动换挡指令M40激活，这时系统根据零件加工程序中的主轴速度指令S和机床数据中设置的每档的速度范围，自动确定主轴的档位。

4. 西班牙机床主轴伺服系统的故障形式及维护方法

西班牙机床主轴伺服系统的常见故障包括电气故障和机械故障，当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是在主轴驱动装置上用的报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障，三是主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴伺服系统常见故障如下：

4.1 外界干扰

由于受到电磁干扰，屏蔽等影响，主轴转速指令或反馈信号受到干扰，使转速指令为零时，主轴仍往复转动，调整零速平衡和漂移补偿也不能清除故障。

4.2 过载

切削量过大或频繁的正反转变速等均可引起过载报警。

4.3 主轴定位抖动

主轴定向控制时将主轴准确停在某一位置上，以便在该位置进行换刀、精镗退刀及齿轮换挡等，

产生主轴定位抖动故障的原因有如下几种：

a） 准停要经过减速的过程，减速或增益等参数设置不当，均可引起定位抖动；

b） 采用位置编码器作为位置检测元件的准停方式时，定位液压缸活塞移动的限位开关失灵，引起定位抖动。

4.4 主轴转速与进给不匹配

出现主轴转速与进给不匹配故障，一般是由于主轴编码器有问题，可用以下方法来确定：

a） CRT界面有报警显示

b） 通过CRT调用机床数据或I/O状态，观察编码器的信号状态；

c） 用每分钟进给指令代替每转进给指令来执行程序，观察故障是否消失。

5、转速偏离指令值

当主轴转速超过技术要求所规定的范围时，要考虑的因素是：

a） 电动机过载；

b） CNC系统输出的主轴转速模拟量（通常为0V±10V）没有达到与转速指令对应值；

c） 测速装置有故障或速度反馈信号断线；

d） 主轴驱动装置故障。

4.5 主轴异常噪声及振动

首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分

a） 在减速过程中发生异常噪声，一般是由驱动装置造成的。

b） 在恒转速时产生异常噪声，可通过观察主轴电动机自由停车过程中是否有噪声和振动来区别。

c） 检查振动周期是否与转速有关：如有关一般是主轴驱动装置未调整好，应检查主轴机械部分及测速装置是否良好。

4.6 主轴电机不转

a） 检查CNC系统是否有转速模拟量控制信号输出

b） 检查使能信号是否接通，通过CRT、观察I/O状态，分析机床PMC梯形图以确定主轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足。

c） 主轴驱动装置故障

d） 主轴电动机故障

5. 结束语

现在伺服系统的主流是数字式交流伺服系统，交流伺服驱动系统走向数字化，驱动系统中的电流环、速度环的反馈控制已全部数字化，系统的控制模型和动态补偿均由高速微处理器实时处理，增强了系统自诊断能力，提高了系统的快速性和精度。

6. 参考文献

[1] 沈 冰 数控机床数控系统维修技术与实例 北京机械工业出版社 2001

[2] 田春霞 数控加工技术 北京机械工业出版社 2001

[3] 王贵明 数控实用技术 北京 机械工业出版社 2000