数控车床主轴速度控制及常见故障分析_图文

1、长沙航空职业技术学院注意:为防止某些人不负责任的随意黏贴复制,本文档进行了加密处理。如果你计算机水平不行,又不想认真看懂我的论文请你在下载五分钟之内删除,谢谢。毕业论文设计题目:数控车床主轴速度控制及常见故障分析系名称:航空机械制造工程系专业名称:数控设备应用与维护班级:数控设备应用与维护0801班学生姓名:孟成龙指导教师:黄登红时间:2010年12月12日目录摘要 (041、引言 (052、数控车床常见主轴驱动方式 (063、CAK6150Di数控车床主轴驱动方式 (083.1 三相异步电动机配变频器变速 (083.2 齿轮变速箱调速控制 (093.3FANUC系统主轴模块调速控制 (104

2、、主轴正反停的PMC程序和相关参数 (124.1 FANUC系统主轴控制的PMC程序 (124.2 FANUC系统主轴控制的相关参数 (164.3 自动换挡的PMC程序及其流程 (194.4 主轴调速的变频器及相关参数 (284.5 车螺纹相关控制及参数设置 (335、数控车床主轴自动换挡机械机构 (345.1 主轴传动的机械结构 (345.2 车床主轴换挡传动示意图 (355.3 主轴齿轮换挡切换传动原理 (366、数控车床主轴驱动系统常见故障 (386.1主轴不转故障 (396.2主轴电动机旋转方向相反 (406.3主轴电机只能正转不能反转 (406.4主轴实际速度与设定值相差很大 (41

3、6.5、主轴工作时噪声过大 (416.6主轴变频器报警故障 (426.7 数控车床车螺纹加工过程中的常见故障 (436.8 主轴自动换挡的常见故障 (457、总结 (478、参考文献 (499、致谢 (50附录 (51 图1.0 CAK6150Di数控车床摘要本课题主要研究的内容是针对CAK6150Di数控车床(图1.0的主轴速度控制部分的设计。根据CAK6150Di数控车床的主轴箱自动换挡结构及传动原理,并以FANUC 0iC Mate 数控系统为机床主轴的速度控制数控模块,进行数控车床主轴速度控制及常见故障的研究分析。通过对与主轴相关的系统参数,PMC程序(梯形图,主轴放大器,主轴变速箱和

4、主轴的自动换挡结构等部分等方面,来研究关于主轴速度控制中的正反转,主轴准停以及自动换挡等内容。在最后一个章节,主要研究有关数控车床主轴的一些常见故障,如:主轴准停角度偏差,车螺纹加工出错,主轴自动换挡故障等等。关键词:数控车床,FANUC 0iC,主轴速度控制,主轴正反转,变频器,变速箱.Spindle speed control and common fault analysis Abstract:The main topic of the content is for CAK6150Di CNC lathe spindle speedcontrol part of the design.

5、According CAK6150Di headstock CNC lathe automatic shift structure and driving principle, and FANUC 0iC Mate CNC system for NC machine tool spindle speed control module for CNC lathe spindle speed control and common fault analysis. Through the system parameters associated with the spindle, PMC progra

6、ms (ladder, spindle amplifiers, spindle automatic shift gearbox and the structure of the spindle part, etc., to study the speed control on reversing the spindle, spindle stop, and quasi- automatic shift and so on.In the final chapter, the main research on Spindle some common faults, such as: angle o

7、f deviation Spindle stop, threading processing error, the spindle automatic transmission failure and so on.Keywords: CNC lathe, FANUC 0iC, spindle speed control, spindle reversing the drive, transmission, etc.1、引言数控车床又称为CNC车床,即计算机数字控制车床,是目前国内使用量最大,覆盖面最广的一种数控机床,约占数控机床总数的25%。而CAK6150Di数控车床是由沈阳第一机床厂生产制

8、造,主要用于轴类、盘类的精加工和半精加工,可以加工内、外圆柱表面、锥面、车削螺纹、镗孔、铰孔以及各种曲线回转体。此类型机床市场价约15万至18万,为优秀的经济型数控机床。CAK6150Di 数控车床主传动采用双速电机及电磁离合器变速,或用普通电机配合变频器实现无级变速。并且可自由配备日本FANUC、德国SIEMENS、日本安川、日本大森等多种世界著名公司的数控系统。数控车床主要进行轴类、盘类、内外圆柱、车削螺纹、各类孔以及各种曲线回转体的加工,而大部分工件都是固定于主轴的卡盘上,并由主轴提供刀具的切削力矩而进行生产加工。所以,数控车床主轴的性能直接影响着整台机床的加工精度。如果主轴速度控制精度

9、有问题,使得机床的加工精度很低,次品连连。那无疑这台数控车床就失去了数控设备的最大优势。目前多功能数控车床主要采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴,按控制指令作无级变速,主轴电机和主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。这使得床头箱内的结构已比传统车床简单得多。但是,因为数控车床的主轴要实现精准的正反停控制,所以数控车床比普通车床的主轴速度控制系统到底有了哪些不同?到底进行了哪些方面的升级?本设计正式为您解读数控车床全新的主轴速度控制。2、数控车床常见主轴驱动方式主轴驱动系统控制数控车床主轴的旋转运动,为车床主轴提供驱动功率以及所需的切削力。目前在数控车床中,主轴驱动常使用交流电动机,直流电动机已

10、逐渐被淘汰,由于受永磁体的限制,交流同步电动机功率做得很大时,电动机成本太高。因此,目前在数控机床的主轴驱动中,大多采用三相笼型异步电动机。为使CAK6150Di数控车床达到经济实用的性能,本次设计主轴驱动方式为三项笼型异步电动机配变频器变速和自动换挡变速箱结合使用。当然,在实际生产当中还有很多其他的主轴驱动方式,在这里我们也将进行简单的介绍。(1、普通笼型异步电动机配齿轮变速箱:这是最经济的主轴配置方式,电动机既可以是单速电动机也可以是双速电动机【1】主轴通过主轴箱上的变速手柄进行主轴速度的粗调控。系统通过加工程序中的特殊S码进行细调,但只能实现有级调速。这种驱动方式在低速时输出力矩大,切削

11、能力强,非常适合粗加工和半精加工。(2、普通笼型异步电动机配变频器:这种配置方式一般采用带传动并进行一级降速,提高低速主轴的输出转矩。系统通过加工程序的S代码控制主轴转速,从而实现无级调速。这种驱动方式适合于需要无级调速但对低速和高速要求不严格的场合。(3、三相笼型异步电动机配变频器和变速箱:采用这种驱动方式时,电机可采用普通型异步电动机,也可采用变频专用的变频电动机。主轴的速度换挡控制是通过系统加工程序的M代码进行自动换挡的。并且通过变频器(变频器采用电流矢量控制实现每一档位内的无级调速控制。这种驱动方式既能满足低速大切削力的要求,也提高了主轴的调速范围。今天我们的CAK6150Di数控车床

12、便是采用这种驱动方式。此种驱动方式是我们今天研究的重点,在后便我们将会详细讲到。(4、伺服主轴驱动:这种驱动方式具有响应快、速度高、过载能力强的特点,主要应用于中,高档的数控机床及加工中心。伺服主轴驱动还可以实现主轴定向停止(又称主轴准停,刚性攻螺纹,主轴C轴进给等功能。(5、电主轴单元是将电动机和高精度主轴结合在一起,摆脱了机械传动的束缚,简化了机床结构,同时消除了由机械传动产生的震动噪音。安装电主轴的机床,主要用于精加工和高速加工。 图 2.1 数控机床电主轴3、CAK6150Di数控车床主轴驱动方式3.1 三相异步电动机配变频器变速CAK6150Di数控车床采用变频器专用的变频电动机,并

13、且采用三菱变频器对主轴电动机进行调速。专用的变频电动机,实际上是为变频器设计的电机为变频专用电机,电机可以在变频器的驱动下实现不同的转速与扭矩,以适应负载的需求变化。以下是三相异步电动机配变频器变速的顺序图:图2.2 三相异步电动机配变频器变速的顺序图加工程序中的速度信号S代码和档位信号M代码,通过车床的CNC系统转化成电压信号(010V的电压信号,模拟主轴电机转速信号发给主轴变频器,以模拟量形式输入给主轴变频器或输出给相应的Y端子(进行相应的电机正反转的调整和档位控制,主轴变频器根据接收的电压值计算并输出相应的频率的电信号给主轴的变频电机。以上过程就是,三相异步电动机配变频器驱动的调速过程。

14、其中外部配备的位置编码器将主轴的一转信号反馈给CNC系统,从而实现主轴速度的检测和主轴准停控制。3.2齿轮变速箱调速控制齿轮变速箱是CAK6150Di 数控车床主轴速度控制的机械调速部 分,也是传统车床主轴速度调节最重要的部分。下图2.3显示的是,图2.3 主轴电机和变速箱的外部传动图 图2.4 主轴变速箱内部结构主轴电机通过同步带给变速箱的皮带轮输出转矩,经过变速箱内部各个齿轮间的传动,最终由主轴输出加工所需要的规定转速。主轴速度编码器通过同步带对主轴的转速进行检测,并将检测信号反馈给CNC 系统。CNC 系统再通过比较反馈回来的速度和程序中的速度,再次对速度进行调节,从而达到准确的主轴加工

15、速度。这个过程就实现了,齿轮变速箱的调速控制。3.3 FANUC系统主轴模块调速控制此次CAK6150Di数控车床主轴速度控制设计,选用的系统是FANUC-Oi Mate TC数控系统。FANUC-Oi Mate系统是FANUC-Oi 系统的简化版本,简化了高级功能,价格便宜,但足以满足常用的数控车削加工的要求,性价比很高。CAK6150Di数控车床中,关于CNC系统对主轴速度的控制有以下几种方式1.主轴速度CNC控制方式:主轴速度CNC控制方式是指,主轴的速度是由系统CNC加工程序的S码指定的速度值决定的,可以通过机床面板上的主轴倍率开关进行修调(通常为50%120%,这是数控机床常用的控制

16、方式。FANUC 0i Mate 系统主轴速度输出代码地址为F36F37.3。2.主轴速度的特殊S码控制方式:这种控制方式主要用于普通型数控车床的主轴速度控制,此次设计配合电磁离合器实现自动换挡变速控制。一般的在加工程序中通过S码(一般在每挡有四种S码速度选择,如S1S12实施电磁离合器和双速电动机的控制。3.主轴速度PMC控制方式:这种控制方式是将主轴速度编制在系统PMC程序中,通过机床面板上的主轴倍率开关选择设定的几种速度,主要用于主轴点动状态下主轴正转/反转的速度控制。CAK6150Di数控车床主轴点动速度设为PMC轴控制的优点:(1、机床开机不用输入主轴速度S值就可以运行;(2、由运行

17、状态切换到主轴点动时不受运动时的速度控制。FANUC-0i Mate 系统信号地址:主轴速度PMC控制信号地址为G33.7,速度信号地址为:G32.0G33.3。以上是CNC系统对主轴的速度控制的三种方式,CAK6150Di数控车床CNC系统对主轴速度信号的控制属于模拟输出的形式。欲研究数控机床主轴速度控制,就必须要明白主轴信号的输出接口和输出方式。数控机床主轴信号的输出接口分为串行输出和模拟输出,主轴一般分为串行主轴和模拟主轴。(1、按串行数字方式传送数据(CNC主轴速度指令的接口,称为主轴串行输出。此方式,必须使用系统专用的主轴驱动装置和电动机。例如:CAK6150Di数控车床的X、Z轴为

18、数字串行的驱动方式,驱动模块采用FANUC的专用伺服放大器,电机采用FANUC i系列专用电机;(2、在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量,一般模拟量输入输出分别用AI/AO表示。按输出模拟电压(通常为010V作为主轴速度指令的接口,称为主轴模拟量输出。此方式,可使用任意品牌的模拟量控制的主轴驱动单元(如变频器和三相异步电动机(或变频专用电动机。4、主轴正反停的PMC程序和相关参数PMCProgrammable machine controller (可编程控制器,通过PMC程序控制CNC与机床接口的输入输出信号。可编程控制器在其它工控领域被称之为PLC,FANUC公司为了将自己数控系统

19、内装式PLC有别于通用的PLC,将其命名为PMC。4.1 FANUC系统主轴控制的PMC程序对于CAK6150Di数控车床的主轴正反停控制,即可以在MDI 方式下输入M03、M04、M05和S信号进行直接控制;也可以在EDIT (编辑方式中输入整段的加工程序,在自动方式下运行来实现对主轴状态的控制。不管是那种方式,都是CNC系统向PMC发出指令,通过PMC 程序进行控制运算,经由I/O接口向外部输出模拟电压信号或Y点信号,从而实现对变频器和机床主轴电机的控制。 图3.1 FANUC 系统的信息交换图图3.1 为FANUC系统PMC的信息交换流程图。X信号为机床到PMC的信号,Y为PMC到机床的

20、信号,G为PMC到CNC系统的信号,F为CNC系统到PMC的信号。其中G30为FANUC-0i系统的主轴倍率信号(二进制形式指定,通过机床系统面板的倍率开关输出X信号对PMC发出指令。图3.2为CAK6150Di数控车床主轴倍率(50%200%的PMC控制的梯形图。 其中X1005.0X1005.3是机床面板主轴倍率开关的输入信号,而R526.0R526.3为倍率开关的触点。R触点共有4个,也就是可以实现16种不同的开关组合量(16种主轴倍率的调整。如何由触点的组合判断主轴倍率?如:R526.0 R526.1 R526.2 R526.31 0 0 0 =0001(二进制=1 (十进制由于组合由

21、二进制转化的十进制数值为1 ,则查看数据表中的第1个数字为50,则上列组合主轴倍率为50%。在PMC程序中数字串行主轴的正转和反转分别有G70.5和G70.4控制,而模拟主轴的PMC程序中正转信号输出Y1.0,反转信号输出Y1.1。如图3.3,为CAK6150Di数控车床主轴正反转控制的PMC程序。 图3.3 主轴正反转的PMC程序其中F7.0为M代码辅助功能选通信号,二进制译码指令DECB把程序中的M码指令信号(F10转换成开关量控制,程序执行到M03时,R0.3为1;程序执行到M04时,R0.4为1;程序执行到M05时,R0.5为1。Y1.0和Y1.1分别为模拟主轴正转控制信号和反转信号。

22、F1.1(RST为复位中的信号,F0.7(OP为自动运行中信号,R0.5为M05译码而来的主轴停止信号触点, R2.5为主轴停止信号输出线圈。在FANUC数控系统中,G29.6为主轴停止信号。如主轴不转则查看CNC系统PMC程序的G29.6线圈是否得电,G29.6为主轴停止信号。 从PMC中可以得知,G29.6是否得电与R100.3、R10.5、R25.4、R10.0均有关。其中X13.7为存储器开关控制的触点信号; 其中X8.0为变频器报警信号的触点。4.2 FANUC系统主轴控制的相关参数关于系统对主轴速度的控制,除了PMC程序还有很多系统的参数设置。如果参数设置有误,将会造成一系列的故障

23、产生。虽然,实地生产加工的机床这类故障较少,但是对于新机床的安装调试,研究CNC系统参数的设定是很有必要的。下面介绍FANUC-Oi Mate TC 数控系统有关模拟主轴的参数及其功能:(1串行数字主轴控制和模拟主轴控制选择参数参数3701 #1:“0”为串行数字量控制主轴;“1”为模拟量控制主轴。本机床使用的是模拟主轴,如果3701#1 设置为0,将出现主轴不转动的故障现象。(2主轴与位置编码器的传动比设置参数参数3706#0(PG2、3706#1(PG1的组合决定主轴与位置编码器的传动比,通常设为“00”,即传动比为1:1。(4主轴速度到达检测功能参数参数3708#0:“0”为不检测主轴到

24、达信号,“1”为检测主轴到达信号。如果设定为“1”,系统PMC控制中还要编制程序实现切削进给的开始条件。参数3708#6(TSO:在螺纹加工或攻丝循环时,主轴倍率的控制,设置为“0”为无效(固定于100%。“1”为有效。但是,在刚性攻丝中,倍率固定为100%,与此参数的设定无关。(5主轴速度模拟输出的增益调整参数3730,设定范围7001250,数据单位:0.1%,标准设定值1000。参数设定后,确保输出电压为10V,则达到主轴理论最大速度。 (6主轴速度模拟输出偏置电压的补偿参数3731,设定范围-1024 +1024。该参数设定主轴速度模拟输出的偏置电压的补偿值。该参数只对模拟主轴有效,串

25、行主轴时不必设定(设定为0。设定方法: (7主轴定向时的主轴速度和主轴齿轮换挡时的主轴电机速度参数3732,设定范围020000。当参数GST(No.3705#1为0时,设定主轴定向时的主轴转速;当参数GTS(No.3705#1为1时,设定主轴换挡时的主轴电机转速。 (8齿轮档位最高转速的设定参数3741、3742、3743、3744,分别是齿轮档位1、2、3、4的主轴最高转速。设定范围032767(当然要根据,机床主轴 电机的最高转速来合理设定,单位下图表示齿轮档位1/2/3的主轴最高转速 (9主轴上限转速参数3772,设定范围:032767。该参数设定主轴的上限转速,当指令的主轴转速超过主

26、轴上限转速时,或者主轴转速倍率后超过了主轴上限转速时,实地的主轴速度被限定在该参数设定的上限转速。该参数设定为0时,不限定主轴的上限转速。用PMC控制主轴转速时,该参数无效,不进行主轴转速上限的限定。以上与主轴转速控制有关的参数只是,本机床日常生产中比较常用到的,并不完全。如:参数3802、3822进行第二、三主轴最高转速设定等,因为与CAK6150Di数控车床无关所以没有一一介绍。4.3 自动换挡的PMC程序及其流程数控车床齿轮自动换挡无论采用什么数控系统,其换挡的工艺流程都是相同的。数控车床主轴齿轮自动换挡控制流程:CNC系统读取自动换挡M代码,转化成主轴换挡信号输出;通过系统PMC档位信

27、号的检测,比较换挡信号与当前档位是否一致来判别是否执行;当CNC系统发出换挡请求后,系统PMC发出换挡控制信号,控制相应的电磁离合器动作,实现主轴档位切换,同时主轴电动机实现摆动控制(便于啮合齿轮,利于换挡;当换挡信号与实际档位信号检测一致是,发出主轴档位切换完成信号,电磁离合器线圈断电,同时停止主轴电机的摆动;通过系统PMC程序,输入机床主轴新的档位确定信号(G28.1和G28.2,同时发出自动换挡辅助功能代码完成信号;当换挡辅助功能代码完成信号发送后,系统根据主轴速度指令及系统档位最高速度参数(3741、3742和3743,向主轴放大器发出主轴速度信号(向变频器2、5号端子输入主轴速度模拟

28、电压。GR1的触点为X1.6;GR2的触点为X1.5;GR3的触点为X1.4; GR4的触点为X1.3;GR5的触点为X1.2。M40、M41、M42、M43经过译码,其触点分别为R80.0、R80.1、R80.2、R80.3。开关GR1 GR2 G R3 GR4 GR5档号M40 - + - + -M41 - + + - -M42 - + - - +M43 + - - - +以下为主轴自动换挡的PMC程序:对主轴换挡M代码进行译码。主轴PMC控制PMC控制主轴极性进行档位比较M40选通脉冲档位检测1档位检测2档位检测3齿轮选择信号(输入电磁离合器1线圈电磁离合器2线圈换挡错误M41换挡M42

29、换挡M43换挡主轴换挡离合器1M43到M40换挡空挡延迟主轴变档离合器2换挡保持2变档应答延时变档启动延时变档保持1M40到位后延时M41到位后延时M42到位后延时 M43到位后延时M档位保持 变档时YC2延时断电主轴反转主轴反转信号保持主轴正转正转继电器反转继电器主轴正转信号保持 上述为主轴自动换挡的PMC程序,其中G033#7、G035#7、G037#7为主轴电机速度指令选择信号;G033#6、G035#6、G037#6为主轴电机指令极性选择信号;F007#2为主轴速度选通信号;G028#1、#2 齿轮选择信号(输入;F001#1为复位中的信号;G008#4换挡脉冲和X0008#4为紧急停

30、止信号。4.4 主轴调速的变频器及相关参数主轴变频器的作用:a、实现主轴电机无级调速:变频器是把固定频率(通常为50Hz/60Hz的交流电转换成频率连续可调(通常为0400Hz的三相交流电,通过电流频率对主轴电机实现同档位内的无级调速;b、实现主轴电机的制动:一般中小容量的变频器采用内装制动单元和外接制动电阻,大容量变频器采用外接制动单元和外接制动电阻。制动单元和制动电阻的作用是实现主轴快速停止,防止电动机在降速或者制动过程中变频器出现过电压。随着数控控制的SPWM变频调速系统的发展,数控机床主轴驱动采用通用变频器控制也越来越多。所谓“通用”包含着两方面的含义:一是可以和通用的笼型异步电动机配

31、套应用;二是具有多种可供选择的功能,可应用于各种不同性质的负载。例如,本机床中采用的三菱FR-A500系列变频器既可以通过2、5端,用CNC系统输出的模拟信号来控制电动机的转速,也可通过拨码开关的编码输出或CNC系统的数字信号输出值RH、RM和RL 端,通过变频器的参数设置,实现从最低速到最高速的变速。图4.42 所示为FANUC-Oi Mate TC 数控系统,通过端子排的Y1.0和Y1.1分别控制继电器KA5和KA6动作,进而控制主轴正转和反转。而端子排的Y1.7,控制继电器KA4动作,给变频器通电。而在PMC程序中Y1.7的线圈是由F0.6常开触点直接控制,F0.6也就是伺服准备结束信号

32、。 图4.41变频器的接线图 图4.42 Y点输出接线图上图 4.41 所示为变频器的接线图。接触器KM3的常开触点直接控制给变频器上电,而KM3的线圈是由前面提到的继电器KA4的常开触点进行控制。流程为:Y1.7KA4KM3变频器上电。图中2、5号接线口,就是变频器用来接受CNC系统输出的控制电机转速模拟信号,一般为010V的电压。当主轴电机达到设定的最高转速时,2、5之间的电压值理论上为10V。(2、5号端,只是三菱FR-A500系列变频器所命名的。其他类型变频器,要参照其说明书接线STF、STR接线口分别是接受系统发出的正转和反转信号,SD 为公共端。加工程序中的M03 、M04、M05

33、和S 代码经译码交给PMC程序或者直接由Y点输出。其中转速S代码由CNC系统通过2、5号线以模拟电压(010V信号交给变频器并一直保持,而正反停M代码则由CNC系统通过Y1.0、Y1.1端子发出,分别控制继电器KA5和KA6线圈,并且由KA5、KA6的常开触点给STF 、STR发出正转和反转信号,使得2、5号线的电压信号产生作用。进而,让变频器驱动电机转动。此时主轴的速度是由系统存储的S值与机床主轴的倍率开关决定的。B、C接线口部分其实还有一个A接线口,不过在变频器内部。指示变频器因保护功能动作而输出停止的转换接点。报警时BC 之间不导通(AC之间导通,正常时BC之间导通(AC 不导通。U、V

34、、W是变频器转换L1、N1输入的220V交流电,输出给主轴电机的三相交流电。U、V、W在实地接线时对相续没有要求。变频器直接为主轴电机输出变频电压,所以对主轴电机速度控制的影响至关重要。变频器关于主轴速度控制的参数设定:(1、上限下限频率设定参数P1,设定范围0120Hz,最小设定单位0.1Hz,出厂默认为50Hz。该参数为设定变频器最高输出工作频率;参数P2,设定范围0120Hz,最小设定单位0.1Hz,出厂默认为0Hz。该参数为设定变频器最低输出工作频率。(2、加速减速时间设定参数P7,设定范围0999s,最小设定单位0.1s,出厂默认为5s。该参数为设定主轴电机加速时间;参数P8,设定范

35、围0999s,最小设定单位0.1s,出厂默认为5s。该参数为设定主轴电机减速时间; 如图为电机加速减速的示意图。其中P20为加减速基准频率,P44和P45分别为第二加速时间和第二减速时间。(3、直流制动直流制动:一般指当变频器输出频率接近为零,电机转速降低到一定数值时,变频器改向异步电动机定子绕组中通入直流,形成静止磁场,此时电动机处于能耗制动状态,转动着转子切割该静止磁场而产生制动转矩,使电动机迅速停止。参数P10为直流制动频率,出厂设定3Hz;参数P11为直流制动时间,出厂设定0.5s;参数P12为直流制动电压,出厂设定6%。(4、启动频率参数P13,设定范围060Hz,最小设定单位0.1

36、Hz,出厂默认为0.5Hz。该参数为设定主轴电机启动频率。电机启动时,变频器最初输出的频率,它对启动转矩有很大影响。 (5、电压增益频率参数P38,设定范围1120Hz,出厂默认为50Hz。该参数为设定电压增益频率,可任意设定来自外部的频率设定电压信号与输出频率的关系。(6、主轴点动参数参数P15为点动频率,出厂时设置5Hz;P16为点动加减速时间,出厂时设置0.5s。系统在点动状态时,通过机床面板的主轴点动按钮可实现主轴点动修调控制。以上关于变频器的参数只是控制主轴电机速度的一部分,至于更详细的变频器参数资料可以参照三菱变频调速器FR-S500使用说明书(详细篇。4.5车螺纹相关控制及参数设

37、置螺纹加工是数控机床的重要加工功能之一,CAK6150Di数控车床主轴编码器采用与主轴1:1的齿轮传动且用同步带连接,编码器为1024脉冲/转,经过系统4倍频电路得到4096个位置反馈脉冲,同时还有鉴向电路,实现主轴方向的判别。其中主轴编码器的作用:(1、实现主轴位置,速度和一转信号的控制;(2、实现主轴与进给轴的同步控制,即主轴每转一周,刀具精确的移动一个螺距。5、数控车床主轴换挡机械机构数控机床主轴引入齿轮换挡控制的目的:A、提高主轴低速时的输出转矩,满足主轴低速大转矩的要求;B、为了满足用户的切削要求,充分发挥主轴电机切削功率。CAK6150Di数控车床中,主轴采用三级齿轮换挡传动,在每

38、一个挡中实现电气无级调速,主轴齿轮换挡采用电磁离合器完成自动换挡。换挡动作由机床面板的一个三档位的旋钮开关进行控制。5.1主轴传动的机械结构CAK6150Di数控车床主轴传动的机械结构还是比较简单的,在前面第3章的3.2齿轮变速箱调速控制中我们已经有了一定了解。在此我们主要介绍一下关于电磁离合器,接近快关,主轴编码器等与档位控制和速度检测有关的元件。电磁离合器,是靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离,驱动部位与起动部位之间安装离合器,则不须停止驱动处,起动处会依必要反应做连接与切离的动作。接近开关,又称无触点行程开关,它除可以完成行程控制和限位保护外,还是一种非接触型的检测装置。这里主要用来

39、检测主轴换挡是否到位。主轴编码器,采用与主轴同步的光电脉冲发生器,通过中间轴上的齿轮1:1地同步传动。数控车床主轴的转动与进给运动之间,没有机械方面的直接联系,为了加工螺纹,就要求给定进给伺服电动机的脉冲数与主轴的转速应有相对应的关系,主轴脉冲发生器起到了对主轴转动与进给运动的联系作用。5.2 车床主轴换挡传动示意图图5.2 CAK6150Di数控车床主轴传动示意图其中CAK6150Di数控车床,各档位最高速度如下: 高档: 中档: 低档:5.3 主轴齿轮换挡切换传动原理数控车床主轴引入齿轮换挡控制的目的:A、提高主轴低速时的输出转矩,满足主轴低速大转矩的要求;B、为了满足用户切削要求,充分发

40、挥主轴电动机的切削功率。图为CAK6150Di数控车床主轴换挡传动示意图(图示为高速档位。(1、主轴高速传动路线主轴高速档时,电磁离合器1线圈和电磁离合器2线圈均不通电(通过M43指令控制,主轴电机通过传动带(130/230传到轴I,轴I上的齿轮1(Z56和轴上的齿轮3(Z52啮合,把主轴电机的动力传动到了机床轴;轴上的齿轮5(Z47和轴VI齿轮6 (Z38啮合,发出高速档位信号到系统,实现主轴的高速控制。(2、主轴中速传动路线主轴在高速档时,电磁离合器1线圈得电,(通过M42控制。电磁离合器1线圈得电后,换挡切换丝杆旋转,从而带动滑块齿轮移动,使齿轮1和齿轮3脱开,齿轮2和齿轮4啮合,完成主

41、轴中速档的切换控制。主轴电机动力通过传动带(130/230传到主轴I,轴I上的齿轮2(Z28和轴上的齿轮4(Z80啮合,把主轴电机的动力传到了机床轴;轴上的齿轮5(Z47和轴VI齿轮6(Z38啮合,发出中速档位信号到系统,实现主轴的中速控制。(3、主轴低速传动路线主轴在中速档时,电磁离合器2线圈得电,(通过M41指令控制,换挡切换丝杆旋转,从而带动滑块齿轮移动,使齿轮5和齿轮6脱开,齿轮7和齿轮8啮合,完成主轴低速档的切换控制。主轴电机动力通过传动带(130/230传到主轴I,轴I上的齿轮2(Z28和轴上的齿轮4(Z80啮合,把主轴电机的动力传到了机床轴;轴上的齿轮7(Z29和轴VI齿轮8(Z

42、69啮合,发出低速档位信号到系统,实现主轴的低速控制。(4、主轴空转(脱档手动旋转主轴空转时,电磁离合器1线圈和电磁离合器2线圈均得电(通过M40指令控制,主轴电机通过传动带(130/230传到主轴I,电磁离合器1线圈得电,换挡切换丝杆旋转,从而带动滑移齿轮移动,使齿轮1和齿轮3脱开,齿轮2和齿轮4啮合,把主轴电机的动力传到了机床主轴;电磁离合器2线圈得电后,换挡切换丝杆旋转,从而带动滑移齿轮移动,使齿轮5和齿轮6脱开,当主轴脱开到位信号接通,电磁离合器2线圈立刻断电,使轴和轴VI保持脱开状态,完成主轴空运行控制。6、数控车床主轴驱动系统常见故障数控机床的应用越来越广泛,其加工柔性好,精度高,

43、生产效率高,具有很多的优点。但由于技术越来越先进、复杂,对维修人员的素质要求很高,要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验,在数控机床出现故障才能及时排除。对于数控车床主轴方面的故障,我搜集了大量的实例进行研究和分析,发现故障产生的最主要原因而是日常对设备的使用和维护不当所造成的。数控设备使用和维护注意事项:(1.数控机床的使用环境。对于数控机床最好使其置于有恒温的环境和远离震动较大的设备(如冲床和有电磁干扰的设备;(2.数控机床应有操作规程。进行定期的维护、保养,出现故障注意记录保护现场等;(3数控机床不宜长期封存;(4注意培训和配备操作人员、维修人员及编程人员。(5严格遵守操作规程和日常

44、维护制度;(6防止灰尘进入数控装置内。漂浮的灰尘和金属粉末容易引起元器件间绝缘电阻下降,从而出现故障甚至损坏元器件;(7定时清扫数控柜的散热通风系统。设备使用出现故障在所难免,下面介绍数控车床主轴的常见故障及解决办法。6.1主轴不转故障(1、检查变频器是否上电。若变频器不上电,则检查接触器KM3是否吸合,若未吸合,则检查继电器KA4是否得电,若未得电,则检查端子排与Y1.7的线是否连接良好。若连接良好,则为CNC系统问题。通过梯形图排故的方法,得知Y1.7得电是有F0.6(伺服准备结束信号直接控制。(2、检查CNC系统是否有速度控制信号输出。即在MDI 方式执行主轴转速控制的M和S代码,然后测

45、量变频器2和5号端子是否有电压,若有电压则为变频器故障,检查变频器参数的设定:是否选择了反转限制(Pr.78;运行模式的选择(Pr.79是否正确;偏置和增益(C2C7的设定是否正确;起动频率(Pr.13是否大于运行频率;各种运行频率(3速运行等的设定是否为零,尤其是上限频率(Pr.1是否为零。若变频器无故障则为CNC系统主轴参数故障或系统主板相应输出接口问题。(3、PMC主轴停止信号。看PMC程序G29.6是否得电,详细请看前面4.1 FANUC系统主轴控制的PMC程序。(4、主轴倍率系统提供的主轴倍率为0%254%,若G30(一个字节中为全0或全1,在主轴倍率为0,系统的输出模拟电压为0。S

46、IND(G33.7决定主轴倍率由从CNC(为0给出,还是由PMC(为1给出。如果主轴倍率由PMC(G33.7=1给出,而G32.0G33.3 (PMC控制主轴倍率为0,则系统的输出模拟电压为0。(5、变频器输出端子U、V、W不能提供电源。造成此种情况可能有以下原因:a.是否有报警错误代码显示,如有报警,对照相关说明书解决(主要有过流、过热、过压、欠压以及功率块故障等。b.频率指定源和运行指定源的参数是否设置正确。c.智能输入端子的输入信号是否正确。(6、主轴电动机故障。A、主轴电机过载;B、电机接线断路。6.2主轴电动机旋转方向相反出现电动机旋转方向相反的故障时,可检查以下方面:A、输出端子U

47、、V、W相序是否正确;B、起动信号(正转、反转连接是否正确;C、Pr.17(RUN键旋转方向选择的设定值是否正确。6.3主轴电机只能正转不能反转(1、变频器反转控制端子外围电路故障。继电器KA6控制电路故障或继电器触点故障;(2、变频器反转端子输入内部电路故障。变频器反转输出控制端子STR限流电阻故障;(3、变频器功能参数设定错误。变频器反转禁止功能参数P78,当P78设置为1时为反转不可。6.4主轴实际速度与设定值相差很大A、数控系统方面的可能原因主轴速度参数是否设置合理。如参数37413744(14档主轴最高速度、3772(主轴最高限速等。主轴倍率是否正常。B、变频器(三菱变频器FRS50

48、0方面的可能原因Pr.l、Pr.2、Pr.19、Pr.38、Pr.39、Pr.95和C2C7等参数设定是否合适;输入信号是否受到外部噪声的干扰(要使用屏蔽电缆;负荷是否过重。C、加减速不平衡出现加减速不平衡的故障时,可检查以下方面:变频器加减速时间设定是否太短;负荷是否过重;转矩提升设定值是否太大。D、电动机电流过大出现电动机电流过大的故障时,可检查以下方面:负荷是否过重;转矩提升设定值是否太大。E、电动机噪声刺耳如果电动机噪声刺耳,可检查“PWM频率选择”的设定值是否合适;减速时间是否太短。6.5、主轴工作时噪声过大(1主轴部件动平衡不良,使主轴回转时振动过大,引起工作噪声。需要机床生产厂家

49、的专业人员对所有主轴部件重新进行动平衡检查与调试。(2主轴传动齿轮磨损,使齿轮啮合间隙过大,主轴回转时冲击振动过大,引起工作噪声。需要机床生产厂家的专业人员对主轴传动齿轮进行检查、维修或更换。(3主轴支承轴承拉毛或损坏,使主轴回转间隙过大,回转时冲击、振动过大,引起工作噪声。需要机床生产厂家的专业人员对轴承进行检查、维修或更换。(4主轴传动带松弛或磨损,使主轴回转时摩擦过大,引起工作噪声。通过调整或更换传动带加以排除。6.6、主轴变频器报警故障当变频器检测出故障时,将会停止变频器的输出,并通过输出端子B、C 使系统处于急停状态。变频器报警的故障现象及解决方法:(1、加速中过电流断路OC1故障原

50、因:加速运行中,当变频器输出电流达到或超过变频器的额定电流的200%时,保护回路动作,停止变频器输出。解决方法:、可能加速时间设置太短,增大参数P7的时间值;、检查输出电路是否短路或者接地。(2、减速中过电流断路OC3故障原因:故障原因:加速运行中,当变频器输出电流达到或超过变频器的额定电流的200%时,保护回路动作,停止变频器输出。解决方法:、减速时间设置太短,增大参数的时间值;、检查输出电路是否短路或者接地;、检查主轴电机的机械制动是否过早。(3电机过负荷断路(电子过流保护THM故障原因:主轴电机过负荷。解决方法:、减轻负荷量,即减少切削量;、用定转矩电机时,将参数P71“适用电机”设定为

51、定转矩电机;、若经常发生时,根据工艺要求更换大容量电机和变频器。6.7 数控车床车螺纹加工过程中的常见故障(1、不执行螺纹加工的故障维修故障现象:某二手CAK6150Di数控车床,在自动加工时,发现机床不执行螺纹加工程序。分析与处理过程:数控车床加工螺纹,其实质是主轴的转角与Z 轴进给之间进行的插补。主轴的角度位移是通过主轴编码器进行测量的。在本机床上,由于主轴能正常旋转与变速,分析故障原因主要有以下几种:主轴编码器与主轴驱动器之间的连接不良。主轴编码器故障。主轴驱动器与数控之间的位置反馈信号电缆连接不良。经查主轴编码器与主轴驱动器的连接正常,故可以排除第1项;且通过CRT的显示,可以正常显示

52、主轴转速,因此说明主轴编码器的PA、*PA、PB、*PB信号正常;再利用示波器检查PZ、*PZ信号,可以确认编码器零脉冲输出信号正确。根据检查,可以确定主轴位置检测系统工作正常。根据数控系统的说明书,进一步分析螺纹加工功能与信号的要求,可以知道螺纹加工时,系统进行的是主轴每转进给动作,因此它与主轴的速度到达信号有关。在FANUC Oi系统上,主轴的每转进给动作与参数3708#1(SAT的设定有关,当该位设定为“0”时,Z轴进给时不检测“主轴速度到达”信号;设定为“1”时,Z轴进给时需要检测“主轴速度到达”信号。在本机床上,检查发现该位设定为“1”,因此只有“主轴速度到达”信号为“1”时,才能实

53、现进给。通过系统的诊断功能,检查发现当实际主轴转速显示值与系统的指令值一致时,“主轴速度到达”信号仍然为“0”。进一步检查发现,该信号连接线断开;重新连接后,螺纹加工动作恢复正常。(2螺纹加工出现“乱扣”的故障及维修技术某二手CAK6150Di数控车床,在G32车螺纹时,出现车螺纹“乱牙”的故障。分析与处理过程:一般的螺纹加工要经过几次切削才能完成,每次重复切削时,开始进刀的位置若不相同,则势必会造成乱扣现象。为了保证重复切削不乱扣,数控系统在接收到主轴编码器中的一转信号后才开始螺纹切削的计算。故障原因及解决办法:当系统得到一转信号不稳定时,就会出现“乱扣”现象。产生故障的原因是主轴编码器的连接不良,主轴编码器的一转信号或信号电缆不良、主轴编码器内部有脏东西或编码器本身不良。如果以上故障排除后还乱扣,则需要检查系统是否良好或参数设置。6.8 主轴自动换挡的常见故