摘要:介紹采(cǎi)用開環控製數控銑床(chuáng)伺服電機抱閘的電(diàn)氣控製工作原理,分析銑床在開機或在加工(gōng)過程遇急停時主軸箱突然下滑的故障原因,提出對抱閘控製的電氣線路進行改進。改進後的(de)電路符合電氣控製(zhì)要求,保護了人身和設備安全,節省了製造廠要求更換數控係統的(de)昂貴費用。
0、引言(yán)
筆者公司購進(jìn)的兩台數控銑床,數控係(xì)統型號為GSK990M,伺服驅動(dòng)係統型(xíng)號為DA98-14。使用大約兩年(nián)後,發現機床(chuáng)在開機或加工過(guò)程中遇急停狀態時,主軸箱(Z 軸) 出現瞬間向下滑行約15 cm的現(xiàn)象,給人身和設備產生嚴重的安全隱(yǐn)患。筆者試圖通過以下三(sān)種方法來維修:
(1) 懷疑Z 軸電機抱閘磨損(sǔn)引起摩擦(cā)力變(biàn)小,更換電機;(2) 增加平衡塊(kuài)的重量;(3) 調整Z 軸導軌與鑲條的間隙(xì),結果都未能(néng)解(jiě)決Z 軸下滑問題。最後通(tōng)過對電氣控製線(xiàn)路的認真(zhēn)分析,提出抱閘的電氣控製(zhì)電路的(de)改進,解(jiě)決了主軸箱突然下滑問(wèn)題,消除了安全隱患,節省了製造廠提(tí)出(chū)更換數控係統的昂貴(guì)費用。
1、機床抱閘電氣控製原理和故障分析
1.1機床抱閘的電氣控(kòng)製原理
機床使用GSK990M開環控製數控係統,Z 軸(zhóu)伺服電(diàn)機帶抱閘製(zhì)動裝置,抱閘的工作電源為DC24V,通過外部接觸(chù)器、繼電器控製而(ér)不是(shì)數控係統內部控(kòng)製,抱閘得電打開(kāi),失電抱緊。Z軸上(shàng)的主軸箱通過鏈條與床身後(hòu)的重量(liàng)平衡裝置相連且主軸箱與平衡塊重量相當,抱閘信號是(shì)重力軸控製下滑的有效手段,通常將伺服係統準備好信(xìn)號作為抱閘打開的一個必要條件。理論上,隻要抱閘信號與伺服電機驅動使能信號的時序符合控製要求,在開機、加工過(guò)程突然斷電或遇緊急停止情(qíng)況(kuàng)時,即使抱閘信(xìn)號由於負載動作的延時也不會大幅度地下滑[1]。
1.2機床的故障分析
數控(kòng)銑床經過兩年的使(shǐ)用,在機械裝置(zhì)方麵,抱閘製動器、鏈輪、絲杆、導軌等由於機械磨損引起摩擦力變小,會產生主軸箱與平(píng)衡塊出現不平衡狀(zhuàng)態,同時產生主軸箱下滑(huá)的原因還有控製伺服電機抱閘裝置的線路設計不合理、係統參數設置不合理、電機選型不當(dāng)(製動器額定力矩偏(piān)小) 等引起。本文所提及的數(shù)控(kòng)銑床是由(yóu)於機(jī)床電氣線路設計不合理引起機床在開(kāi)機或加工過程中遇急停狀態時,主軸箱(Z 軸) 出現瞬間向下滑(huá)行。從機床的控製線路可以看出,機床在開機時(shí),抱閘得電即時打開,而伺服驅動器從得電到伺服電(diàn)機(jī)激勵需(xū)要一定的延時,這樣出現了抱閘得電時間超前(qián)伺服電機(jī)激勵的時間,引起主軸箱因重力下滑;當機床遇急停狀態時,抱閘處於得電打開狀態,伺服電機無勵磁,同樣引起主軸箱因重力慣性(xìng)下滑。
2、電路的改進和故障的解決
2.1 機床(chuáng)在開機時,主軸箱(Z軸) 出現瞬間向下滑(huá)行故障的(de)解(jiě)決方法
圖1 NC和(hé)伺服上電
圖2 伺服(fú)上電和Z軸製動電路
圖3 伺服驅動和抱閘控製
電路改進前(qián)機床的開機過程,相關電路(lù)見圖(tú)1~圖3[2] 。工作過程:機床上電→繼電器KA1線(xiàn)圈得電(無急停、超程和電機(jī)過載狀(zhuàng)態時) →啟動NC→繼電器(qì)KA2線圈(quān)得電自鎖→繼電器KA3線圈得電→接觸器KM1、KM2、KM3、KM4線圈得電(接觸器(qì)KM2、KM3分別控(kòng)製伺服驅(qū)動器的控(kòng)製電源和驅動電(diàn)源) →Z 軸電機抱閘因KM4得電打開,伺服驅動器因接(jiē)觸器KM3得(dé)電使伺服電機激勵,產生力矩防止主軸箱下滑。但是由於時序不同步,電機抱閘(外控) 得電打(dǎ)開時間超前伺服電機產生激勵時間(大約1秒),造成主軸箱瞬(shùn)間向下滑行。
電路改進的原(yuán)理:調整電機抱(bào)閘得(dé)電與電機激勵的時(shí)序,使抱閘得電打開時間滯後電機得(dé)電秒,抱閘得電打開延時2秒並不影響機床的正(zhèng)常工作。改進電路見圖4和(hé)圖5,用時間繼電器KT1(型號:WENJI-3) 代替接觸器KM4,設置延時2秒。開機過程,NC啟動→繼電(diàn)器KA2線圈得電自鎖→繼電(diàn)器KA3線圈得電→接觸器KM1、KM2、KM3、時間繼(jì)電器(qì)KT1線圈得電(diàn)→Z 軸電機抱閘 因KT1動合觸點延時2秒得電打開,伺服(fú)驅動器 因接觸器(qì)KM3得(dé)電使伺(sì)服電機激勵,產生力矩防止主軸(zhóu)箱下滑。
圖4 改進後伺服上電和Z軸製動
圖5 改進後伺服驅動和抱閘控製
2.2機床在加工過程(chéng)中遇急停狀態時,主軸箱出現瞬間向下(xià)滑行故障的解決方(fāng)法(fǎ)
電路(lù)改進前機床遇急停狀態的開機過程,見圖1[1] NC和伺服上電電路,圖2[1]伺服上(shàng)電和Z軸製動電(diàn)路,和圖3 [1]伺服(fú)驅動(dòng)和抱閘控製電路。工作過程:當機床遇急停或(huò)碰到限位開關時,繼電器KA1線(xiàn)圈(quān)失電→繼電器KA3線(xiàn)圈失電→接觸器KM3線圈失電(diàn)→伺服驅動(dòng)器失電,伺服電(diàn)機無激勵,失去牽引力。與此同時,因(yīn)機(jī)床在急停時繼電器KA2仍得電即NC仍處於啟動狀態→接觸器KM1、KM2、KM4 線圈(以下改為時間(jiān)繼電器KT1線(xiàn)圈) 仍保(bǎo)持得電→電機抱閘仍(réng)處於打開狀態,所以加工過程中(zhōng)機床遇急停或碰到限位(wèi)開關時,電機抱閘處於打開狀態,電機(jī)又無勵磁失去牽引力,主軸箱因重(chóng)力慣性會產生瞬間向下滑行(háng)現(xiàn)象。
電路改進的原理:在控製時間繼電器KT1線圈(原接觸器KM4) 的線路中(zhōng)串聯繼電器KA1的(de)動合觸點,見改進後的(de)圖4和圖5。工作過程:當機(jī)床遇急停或碰到限位開關時,繼電器KA1線圈失電→繼電器KA3線圈失電→接觸器KM3線圈和時間繼電器KT1線圈失電→接觸器KM3線圈失電引起伺服驅動器失電,伺服電機無勵磁失去牽引力,時間(jiān)繼電器(qì)KT1 線圈失電引起電機抱閘抱緊,防(fáng)止主軸箱因重力慣性(xìng)產生瞬間向(xiàng)下滑行。
3、結(jié)語
采用開環控製的數控銑床(chuáng),由於機床電氣線路設計不合理產生(shēng)主軸箱(Z 軸) 在(zài)開機和加工(gōng)過程遇急停時突然下滑的故障,作者對控製抱閘的電氣線路進行改進,有效地解決主(zhǔ)軸箱的突然下滑問題,解(jiě)除了安全隱患,為公司節省了設備廠要求更換(huàn)控製係統的高昂(áng)費用。
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