数控机床故障诊断与维修项目11加工中心主轴振动故障诊断与排除

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1、项目十一加工中心主轴振动故障诊断与排除1项目分析项目实施知识拓展项目作业项目导入项目导航2学习目标*知识目标1.熟悉主轴的准停功能与控制的方式。2.熟悉变频器、伺服主轴系统中编码器的连接方式。3.掌握数控机床主轴振动机械、电气方面故障诊断的主要方法。*能力目标通过对华中世纪星系统数控加工中心主轴振动故障的分析、诊断与维修操作。初步具备准确地诊断加工中心主轴常见故障的能力。3【项目导入】在切削过程中，华中HNC-21T型加工中心的主轴出现异常振动和过大噪声。现对数控机床主轴振动和噪声过大故障进行诊断与维修，使其能够正常运行。4【项目分析】数控机床主轴振动故障属于典型的主传动系统

2、的混合型故障。数控机床主传动系统主要包括主轴部件、主轴箱、调速主轴电动机。其中主轴部件由主轴、主轴轴承、工件或刀具自动松夹机构构成。数控机床的主传动系统的功率大小与回转速度直接影响着机床的加工效率，而主轴部件是保证机床加工精度和自动化程度的主要部件，对数控机床的性能有着决定性的影响。因此，主传动系统故障将直接关系到数控加工的质量和效率。5一、相关知识1.主轴的准停功能与控制数控机床为了完成ATC(刀具自动交换)的动作过程，必须设置主轴准停机构。由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，因此在主轴前端设置一个凸键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与凸键对

3、准，才能顺利换刀。为此，主轴必须准确停在某固定的角度上。由此可知主轴准停是实现ATC过程的重要环节。6当主轴停止时每次机械手自动装取刀具，必须保证刀柄上的键槽对准主轴的端面键，为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或主轴定向装置，如图11-1所示。在自动换刀的数控镗铣加工中心上，切削转矩通常是通过主轴上的端面键和刀柄上的键槽来传递的，这就要求主轴具有准确轴向定位功能。71.刀柄拉钉2.钢球3.主轴拉杆4、5.套筒6.主轴主轴头部定位夹紧示意图8通常主轴准停机构分为机械控制式与电气控制式两种。机械控制方式采用机械凸轮机构或光电盘方式进行粗定位，然后由一个液动或气动的定位

4、销插入主轴上的销孔或销槽实现精确定位，完成换刀后定位销退出主轴才开始旋转。采用这种传统方法定位，结构复杂，在早期数控机床上使用较多。91)磁传感器准停磁传感器主轴准停控制由主轴驱动装置自身完成。当执行M19指令时，数控系统只需发出主轴启动命令ORT即可。主轴驱动完成准停后会向数控装置输出完成信号ORE,然后数控系统再进行下面的工作，其基本结构如图11-2所示。10磁传感器主轴准停控制基本结构11当主轴转动或停止时，接收到数控装置发来的准停开关信号ORT,主轴立即加速或减速至某一准停速度(可在主轴驱动装置中设定)。主轴到达准停速度且接近准停位置时(即磁发体与磁传感器对准),主轴

5、立即减速至某一爬行速度(可在主轴驱动装置中设定)。当磁传感器信号出现时，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，目标位置为准停位置。准停完成后，主轴驱动装置输出准停完成信号ORE给数控装置，从而可进行自动换刀(ATC)或其他动作。122）编码器型主轴准停这种主轴准停方式可采用主轴电动机内部安装的编码器信号(来自于主轴驱动装置),也可以在主轴上直接安装另外一个编码器。主轴驱动装置内部可自动转换状态，使主轴驱动处于速度控制或位置控制状态。准停角度可由外部开关量信号设定，这一点与磁传感器准停不同。13编码器主轴准停控制结构图143）数控系统准停准停控制方式的准停功能是由

6、数控系统完成的。（1）数控系统必须具有主轴闭环控制功能。为避免冲击，主轴驱动通常都具有软启动功能，但这会对主轴位置闭环控制产生不良影响。此时若位置增益过低则准停精度和刚度(克服外界扰动的能力)不能满足要求而位置增益过高则会产生严重的定位振荡现象。因此必须使主轴进入伺服状态，此时其特性要与进给伺服系统相近，才可进行位置控制。（2）当采用电动机轴端编码器将信号反馈给数控装置，这时主轴传动链精度会对准停精度产生影响。15采用数控系统控制主轴准停时，角度指定由数控系统内部设定，因此准停角度可更方便地设定。数控系统准停步骤：数控系统执行M19或M19S~时，首先将M19送至PLC，经译

7、码送出控制信号,使主轴驱动进入伺服状态,同时数控系统控制主轴电动机降速并寻找零位脉冲C，然后进入位置闭环控制状态。如执行M19而无S~指令，则主轴定位于相对于零位脉冲C的某一默认位置(可由数控系统设定)。如执行M19S~，则主轴定位于指令位置，也就是相对零位脉冲S~的角度位置。162.主轴编码器的连接1）交流变频主轴采用交流变频器控制交流变频电机，可在一定范围内实现主轴的无级变速，这时需利用数控装置的主轴控制接口XS9中的模拟量电压输出信号作为变频器的速度给定，采用开关量输出信号XS20、XS21控制主