数控铣床主轴准停故障与维修

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摘  要：介绍数控铣床主轴电气准停装置结构、工作原理，及使用西门子 810 系统数控铣床主轴准停故障的维修实例。
关键词：数控铣床 主轴准停装置 故障 维修    数控铣床的主轴准停功能又称作主轴定向功能，是精镗孔等加工时所必须的功能。通常主轴准停机构有机械式与电气式两种，现代数控铣床采用电气式准停装置方式定位的较多，电气式有磁传感器型、编码器型、数控系统控制型三种方法。
    一、数控铣床主轴电气准停装置
    1.磁传感器型主轴准停装置（图1）
    磁传感器主轴准停装置是利用磁性传感器检测定位。在主轴上安装一个发磁体，在距离发磁体旋转外轨迹1～2mm处固定一个磁传感器，经过放大器与主轴控制单元连接。当主轴控制单元接收到数控系统发来的准停信号ORT时，主轴速度变为准停时的设定速度，当主轴控制单元接收到磁传感器信号后，主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈元件的位置闭环控制，目标位置即为准停位置。准停后，主轴驱动装置向数控系统发出准停完成信号ORE。
    2.编码器型主轴准停装置（图2）
3 ~! _/ h+ b  Y; a/ C& }7 a    通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上安装一个与主轴1∶1同步旋转的位置编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。主轴驱动装置内部可自动转换，使主轴驱动处于速度控制或位置控制状态。
    3.数控系统控制主轴准停装置（图3）
    准停的角度可由数控系统内部设定成任意值，准停由数控代码M19执行。当执行M19或M19S××时，数控系统先将M19送至PLC，处理后送出控制信号，控制主轴电动机由静止迅速升速或在原来运行的较高速度下迅速降速到定向准停设定的速度nORT运行，寻找主轴编码器零位脉冲C，然后进入位置闭环控制状态，并按系统参数设定定向准停。若执行M19无S指令，则主轴准停于相对C脉冲的某一缺省位置；若执行M19S××指令，则主轴准停于指令位置，即相对零位脉冲××度处。主轴定向准停的具体控制过程，不同的系统其控制执行过程略有区别，但大同小异。
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二、主轴准停工作原理

    主轴定位时的转速曲线见图4，其工作过程为：①当主轴实际转速n≥600r/min时，输入定位指令，主轴立即减速到定位基act准转速(约600r/min)再旋转1.5～3r/min后达到同步，然后进入位置控制，使主轴定位到预置点并保持位置闭环。②当60r/min≤n≤600r/min时，输入定位指令，主轴以现行转速达到同步，然后act进入位置控制(下限60r/min为可调节转速)。③当主轴实际转速为0或＜60r/min时，输入定位指令，主轴以60r/min的转速启动并达到同步，再进入位置控制。主轴准停控制流程图见图5。

三、主轴准停装置的常见故障

    1.主轴不能准停
6 j7 O  x, F5 d9 _) z$ X: T1 N    故障现象：某采用SIEMENS 810M的数控铣床，配套6SC6502主轴驱动器，在调试时，出现当主轴转速＞200r/min时，主轴不能定位的故障。
( G$ W4 h4 y7 M2 n6 w- L, `% A, M9 ~    分析与处理：为了分析确认故障原因，维修时进行了如下试验：①输入并依次执行“S100M03；M19”指令，机床定位正常。②输入并依次执行“S100M04；M19”指令，机床定位正常。③输入并依次执行“S200M03；M05；M19”指令，机床定位正常。④直接输入并依次执行“S200M03；M19”指令，机床不能定位。
    根据以上试验，确认系统、驱动器工作正常，考虑引起故障的可能原因是编码器高速特性不良或主轴实际定位速度过高引起的。因此，检查主轴电动机实际转速，发现与指令值相差很大，当执行指令S200时，实际机床主轴转速为300r/min，调整主轴驱动器参数，使主轴实际转速与指令值相符后，故障排除。
    2.主轴准停位置不稳定
2 R  r! L4 ]) K    故障现象：某采用SIEMENS 810M的数控铣床，配套6SC6502主轴驱动器，在调试时，出现主轴定位点不稳定的故障。
    分析与处理：通过反复试验多次定位，确认故障的实际现象为：①该机床可以在任意时刻进行主轴定位，定位动作正确。②只要机床不关机，不论进行多少次定位，其定位点总是保持不变。③机床关机后，再次开机执行主轴定位，定位位置与关机前不同，在完成定位后，只要不关机，以后每次定位总是保持在该位置不变。④每次关机后，重新定位，其定位点都不同，主轴可以在任意位置定位。
7 K$ Q- U/ n+ E    主轴定位的过程，是将主轴停止在编码器“零位脉冲”位置的定位过程，并在该点进行位置闭环调节。根据以上试验，可以确认故障是由于编码器的“零位脉冲”不固定引起的。分析可能引起以上故障的原因有：①编码器固定不良，在旋转过程中编码器与主轴的相对位置在不断变化。②编码器不良，无“零位脉冲”输出或“零位脉冲”受到干扰。③编码器连接错误。
    逐一检查上述原因，排除了编码器固定不良、编码器不良的原因。进一步检查编码器的连接，发现该编码器内部的“零位脉冲”Ua0与*Ua0引出线接反，重新连接后，故障排除。
% z# a+ `. l) P: }' _6 O    3.主轴准停时出现振荡
9 t5 ~/ C4 ~$ w1 }/ I    现象：某采用SIEMENS810M的数控铣床，在更换了主轴器后，出现主轴定位时不断振荡，无法完成定位的。
    分析与处理：由于该机床更换了主轴器，机床在执行主轴定位时减速动作正确，分析原因应与主轴反馈极性有关，当位置反馈极性设定错误时，必然会引起以上现象。更换主轴器极性可以通过交换器的输出信号Ual/Ua2，*Ua1/*Ua2进行，当器定位由CNC控制时，也可以通过修改CNC机床参数进行，在本机床上通过修改810M的主轴反馈极性参数（MD5200bitl），主轴定位恢复正常。
    四、结束语
    （1）在进行数控铣床的维修时，首先要依据故障现象，列出各种可能造成故障的原因，并按主次之分拟定切实可行的排障方案。其次，依据维修部位的原理，对这一部位的原理图进行逐步的分析，确定大体故障部位后，才可动手维修。
: N! W. n6 M% o- Z  b4 B    （2）对于不明确的故障，维修者要遵循先机械、后液压、再电子的途径进行维修。当然，要以不出现危险、不加大故障为前提。
% G( Q) U( v+ b! z5 o1 U) f    （3）对于数控铣床准停装置的维修，要先分清本机床使用的是哪一种准停方式，然后再进行维修。因为每一类准停装置中，又有不同的形式，要做到有的放矢。