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        摘要：介紹采用開環(huán)控制數(shù)控銑床伺服電機(jī)抱閘的電氣控制工作原理，分析銑床在開機(jī)或在加工過(guò)程遇急停時(shí)主軸箱突然下滑的故障原因，提出對(duì)抱閘控制的電氣線路進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電路符合電氣控制要求，保護(hù)了人身和設(shè)備安全，節(jié)省了制造廠要求更換數(shù)控系統(tǒng)的昂貴費(fèi)用。

     關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；主軸箱（Z軸）；突然下滑；抱閘控制；電氣線路；改進(jìn)

     0 引言

     筆者公司購(gòu)進(jìn)的兩臺(tái)數(shù)控銑床，數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)為GSK990M，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)為DA98-14。使用大約兩年后，發(fā)現(xiàn)機(jī)床在開機(jī)或加工過(guò)程中遇急停狀態(tài)時(shí)，主軸箱（Z 軸） 出現(xiàn)瞬間向下滑行約15 cm的現(xiàn)象，給人身和設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。筆者試圖通過(guò)以下三種方法來(lái)維修：

    （1） 懷疑Z 軸電機(jī)抱閘磨損引起摩擦力變小，更換電機(jī)；（2） 增加平衡塊的重量；（3） 調(diào)整Z 軸導(dǎo)軌與鑲條的間隙，結(jié)果都未能解決Z 軸下滑問(wèn)題。最后通過(guò)對(duì)電氣控制線路的認(rèn)真分析，提出抱閘的電氣控制電路的改進(jìn)，解決了主軸箱突然下滑問(wèn)題，消除了安全隱患，節(jié)省了制造廠提出更換數(shù)控系統(tǒng)的昂貴費(fèi)用。

    1、機(jī)床抱閘電氣控制原理和故障分析

    1.1機(jī)床抱閘的電氣控制原理

    機(jī)床使用GSK990M開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)，Z 軸伺服電機(jī)帶抱閘制動(dòng)裝置，抱閘的工作電源為DC24V，通過(guò)外部接觸器、繼電器控制而不是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部控制，抱閘得電打開，失電抱緊。Z軸上的主軸箱通過(guò)鏈條與床身后的重量平衡裝置相連且主軸箱與平衡塊重量相當(dāng)，抱閘信號(hào)是重力軸控制下滑的有效手段，通常將伺服系統(tǒng)準(zhǔn)備好信號(hào)作為抱閘打開的一個(gè)必要條件。理論上，只要抱閘信號(hào)與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)的時(shí)序符合控制要求，在開機(jī)、加工過(guò)程突然斷電或遇緊急停止情況時(shí)，即使抱閘信號(hào)由于負(fù)載動(dòng)作的延時(shí)也不會(huì)大幅度地下滑 。

     1.2機(jī)床的故障分析

    數(shù)控銑床經(jīng)過(guò)兩年的使用，在機(jī)械裝置方面，抱閘制動(dòng)器、鏈輪、絲桿、導(dǎo)軌等由于機(jī)械磨損引起摩擦力變小，會(huì)產(chǎn)生主軸箱與平衡塊出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生主軸箱下滑的原因還有控制伺服電機(jī)抱閘裝置的線路設(shè)計(jì)不合理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理、電機(jī)選型不當(dāng)（制動(dòng)器額定力矩偏小） 等引起。本文所提及的數(shù)控銑床是由于機(jī)床電氣線路設(shè)計(jì)不合理引起機(jī)床在開機(jī)或加工過(guò)程中遇急停狀態(tài)時(shí)，主軸箱（Z 軸） 出現(xiàn)瞬間向下滑行。從機(jī)床的控制線路可以看出，機(jī)床在開機(jī)時(shí)，抱閘得電即時(shí)打開，而伺服驅(qū)動(dòng)器從得電到伺服電機(jī)激勵(lì)需要一定的延時(shí)，這樣出現(xiàn)了抱閘得電時(shí)間超前伺服電機(jī)激勵(lì)的時(shí)間，引起主軸箱因重力下滑；當(dāng)機(jī)床遇急停狀態(tài)時(shí)，抱閘處于得電打開狀態(tài)，伺服電機(jī)無(wú)勵(lì)磁，同樣引起主軸箱因重力慣性下滑。

     2、電路的改進(jìn)和故障的解決

     2.1 機(jī)床在開機(jī)時(shí)，主軸箱（Z軸） 出現(xiàn)瞬間向下滑行故障的解決方法

                                圖1 NC和伺服上電

                              圖2 伺服上電和Z軸制動(dòng)電路

                              圖3 伺服驅(qū)動(dòng)和抱閘控制
 

    電路改進(jìn)前機(jī)床的開機(jī)過(guò)程，相關(guān)電路見圖1～圖3[2] 。工作過(guò)程：機(jī)床上電→繼電器KA線圈得電（無(wú)急停、超程和電機(jī)過(guò)載狀態(tài)時(shí)） →啟動(dòng)NC→繼電器KA2線圈得電自鎖→繼電器KA3線圈得電→接觸器KM1、KM2、KM3、KM4線圈得電（接觸器KM2、KM3分別控制伺服驅(qū)動(dòng)器的控制電源和驅(qū)動(dòng)電源） →Z 軸電機(jī)抱閘因KM4得電打開，伺服驅(qū)動(dòng)器因接觸器KM3得電使伺服電機(jī)激勵(lì)，產(chǎn)生力矩防止主軸箱下滑。但是由于時(shí)序不同步，電機(jī)抱閘（外控） 得電打開時(shí)間超前伺服電機(jī)產(chǎn)生激勵(lì)時(shí)間（大約1秒），造成主軸箱瞬間向下滑行。

     電路改進(jìn)的原理：調(diào)整電機(jī)抱閘得電與電機(jī)激勵(lì)的時(shí)序，使抱閘得電打開時(shí)間滯后電機(jī)得電2秒，抱閘得電打開延時(shí)2秒并不影響機(jī)床的正常工作。改進(jìn)電路見圖4和圖5，用時(shí)間繼電器KT1（型號(hào)：WENJI-3） 代替接觸器KM4，設(shè)置延時(shí)2秒。開機(jī)過(guò)程，NC啟動(dòng)→繼電器KA2線圈得電自鎖→繼電器KA3線圈得電→接觸器KM1、KM2、KM3、時(shí)間繼電器KT1線圈得電→Z 軸電機(jī)抱閘因 KT1動(dòng)合觸點(diǎn)延時(shí)2秒得電打開，伺服驅(qū)動(dòng)器因接觸器KM3得電使伺服電機(jī)激勵(lì)，產(chǎn)生力矩防止主軸箱下滑。

                             圖4 改進(jìn)后伺服上電和Z軸制動(dòng)

                            圖5 改進(jìn)后伺服驅(qū)動(dòng)和抱閘控制

     2.2機(jī)床在加工過(guò)程中遇急停狀態(tài)時(shí)，主軸箱出現(xiàn)瞬間向下滑行故障的解決方法

     電路改進(jìn)前機(jī)床遇急停狀態(tài)的開機(jī)過(guò)程，見圖1  NC和伺服上電電路，圖2[1]伺服上電和Z軸制動(dòng)電路，和圖3 [1]伺服驅(qū)動(dòng)和抱閘控制電路。工作過(guò)程：當(dāng)機(jī)床遇急停或碰到限位開關(guān)時(shí)，繼電器KA1線圈失電→繼電器KA3線圈失電→接觸器KM3線圈失電→伺服驅(qū)動(dòng)器失電，伺服電機(jī)無(wú)激勵(lì)，失去牽引力。與此同時(shí)，因機(jī)床在急停時(shí)繼電器KA2仍得電即NC仍處于啟動(dòng)狀態(tài)→接觸器KM1、KM2、KM4 線圈（以下改為時(shí)間繼電器KT1線圈） 仍保持得電→電機(jī)抱閘仍處于打開狀態(tài)，所以加工過(guò)程中機(jī)床遇急停或碰到限位開關(guān)時(shí)，電機(jī)抱閘處于打開狀態(tài)，電機(jī)又無(wú)勵(lì)磁失去牽引力，主軸箱因重力慣性會(huì)產(chǎn)生瞬間向下滑行現(xiàn)象。

     電路改進(jìn)的原理：在控制時(shí)間繼電器KT1線圈（原接觸器KM4） 的線路中串聯(lián)繼電器KA1的動(dòng)合觸點(diǎn)，見改進(jìn)后的圖4和圖5。工作過(guò)程：當(dāng)機(jī)床遇急停或碰到限位開關(guān)時(shí)，繼電器KA1線圈失電→繼電器KA3線圈失電→接觸器KM3線圈和時(shí)間繼電器KT1線圈失電→接觸器KM3線圈失電引起伺服驅(qū)動(dòng)器失電，伺服電機(jī)無(wú)勵(lì)磁失去牽引力，時(shí)間繼電器KT1 線圈失電引起電機(jī)抱閘抱緊，防止主軸箱因重力慣性產(chǎn)生瞬間向下滑行。

     3、結(jié)語(yǔ)

     采用開環(huán)控制的數(shù)控銑床，由于機(jī)床電氣線路設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生主軸箱（Z 軸） 在開機(jī)和加工過(guò)程遇急停時(shí)突然下滑的故障，作者對(duì)控制抱閘的電氣線路進(jìn)行改進(jìn)，有效地解決主軸箱的突然下滑問(wèn)題，解除了安全隱患，為公司節(jié)省了設(shè)備廠要求更換控制系統(tǒng)的高昂費(fèi)用。