普通车床数控改造主轴电机控制设计及故障维修
摘要：普通车床数控改造要考虑主轴电机控制设计改造，有正转、停转和反转控制，关键还要进行主轴停转制动，本文以典型案例论述主轴电机控制及制动设计、故障测试与维修方法，对其他数控改造故障维修均有借鉴意义。
关键词： 数控改造；主轴控制；制动；故障；维修
普通车床数控改造具有很好的经济社会效益，改造后用于职业技术学校加工制造类专业实训很实用，作者用 KND100i-D 数控系统对普通车床进行了数控改造设计，数控系统执行 M03、M05 或 M04 指令则主轴正转、停转或反转，也用 ZD-15 直流电子制动器对主轴电机 M05 停转进行了制动设计改造。使用一年后曾出现故障，现有职业教育、本科教育相关教材等书籍并没有论述相关故障维修，不少企业也很缺乏数控机床故障维修人才，这也是职业技术教育加工制造类专业教学需要解决的问题，作者查阅文献 [2][3][4][5]，进行了现场测试研究，解决了故障维修问题，今做介绍，具有推广借鉴意义。
1、数控系统持续信号控制三相交流电机设计原理
KND100i-D 数控系统采用图 1 所示持续信号控制主轴三相交流电机原理如下：图 1(c) 数控系统执行M03，直流继电器 J1 线圈带电，J2、J3 不带电，图 1(b)中直流继电器 J1 常开触点闭合，交流接触器 KM1 线圈带电，图 1(a) 中直流继电器 J1 常闭触点断开，交流接触器主触点 KM1 闭合，电机 M 正转。
图 1(c) 数控系统执行 M05 再执行润滑指令 M32（M31 为停止润滑指令），直流继电器 J1、J2 线圈均不带电，J3 线圈带电，图 1(b) 中直流继电器 J1、J2 常开触点均断开，交流接触器 KM1、KM2 线圈均不带电，图1(a) 中交流接触器主触点 KM1、KM2 均断开，电机 M停转。图 1(a) 中 J3 常开触点闭合，电子制动器 ZD-15 C 点与 24V 接通，B1、B2 接通，图 1(b) 交流接触器线圈 KM3 带电，图 1(a) 中主触点 KM3 闭合，电子制动器输出直流电压至三相交流电机，致使电机制动至设置的时间后，B1、B2 断开，电机停止制动。
a）三相电机正转、反转、停转及制动主电路原理图
b）控制电路原理图 c）数控系统接口电路原理图
图 1 数控系统持续信号控制三相电机原理图
图 1(c) 数控系统执行 M04，直流继电器 J2线圈带电，J1、J3 不带电，图 1(b) 中直流继电器 J2 常开触点闭合，交流接触器 KM2 线圈带电，图 1(a) 中直流继电器 J2 常闭触点断开，交流接触器主触点 KM2闭合，电机 M 反转。图 1 所示数控改造后，加工程序编制思路为：
N0010 M31 J3 继电器线圈断电
N0020 M03 主轴正转
N0030 G91 相对编程（或绝对编程）
N0040 ……………（零件加工程序）
……… ………
N0100 M05 主轴停转
N0110 M32 主轴抱闸制动后松开主轴
N0120 M02 加工程序结束
2、数控车床主轴控制故障测试与维修
如图 1 所示普通车床数控改造后，使用效果很好，自动化程度和生产效率均大大提高了，但使用一年后出现了故障，今论述维修。
2.1 数控系统执行 M03 主轴不正转
按操作面板上的主轴正转键，依次观察图 1 所示(c)(b)(a) 区域继电器和交流接触器带电动作情况，发现(c) 图所示区域直流继电器 J1 线圈带电触点动作发出响声，J2、J3 直流继电器触点均不动作，也不发出响声，说明故障不在 (c) 图区域。再看 (b) 图所示区域，按主轴正转键，交流接触器 KM1 触点不动作，没有发出声音，说明其线圈没带电或损坏，仔细检查发现其线圈接线脱落，重新接好恢复正常。
这就是按区域找故障维修法，如按主轴正转键，J1直流继电器线圈不带电，触点不动作，则故障在 (c) 区域；如果 J1 直流继电器线圈带电，触点动作；KM1 交流接触器线圈也带电触点动作；但电机不转则故障在 (a) 图所示区域。这就是分区域检查故障的方法。
2.2 曾出现数控系统执行 M03 主轴时转时不转故障
按操作面板上的主轴正转键，依次观察图 1 所示 (c)(b)(a) 图所示区域的直流继电器或交流接触器带电动作情况？发现 (c) 图所示区域直流继电器 J1 触点也时常动作发出响声，则其线圈时带电时不带电；再观察交流接触器 KM1 的触点也是时常动作发出响声，则是其线圈时带电时不带电，致使电机时转时不转。
所以先从 (c) 图所示区域找原因，按数控系统操作面板上主轴反转键，则直流继电器 J2、交流接触器 KM2也存在类似情况，致使电机时反转时不转，测试 24V直流电源是 16.5V，换一个好的直流电源，故障排除，电机运转很正常。
继续找原因，该数控车床开始加工铸铝件，是塑性材料，为带状铁屑，后来加工铸铁件为脆性材料，铁屑为粉末状，不少粉末状铁屑进入了直流电源，影响了其性能，输出电压降低了，出现主轴时转时不转故障。安装一个吸尘器，把粉末状铁屑吸走，再没有出现类似故障。
2.3 数控系统执行 M05、M32 后主轴不制动
按操作面板上的润滑键（即 M32 功能键），观察图 1 所示 (c)(b)(a) 哪个区域继电器或交流接触器带电动作情况？发现 (c) 图所示区域直流继电器 J3 线圈带电触点动作发出响声，J1、J2 直流继电器触点均不动作，也不发出响声，说明故障不在 (c) 图区域。
再看 (b) 图所示区域，按润滑键，交流接触器 KM3触点不动作，检查 B1、B2 接线正确，再检查 (a) 图所示区域，发现直流继电器常开触点 J3 接线脱落，重新接好后，故障消失，制动正常了。
3、结语
本文论述的普通车床数控改造主轴控制及制动设计，使用效果很好，分区域检查故障的方法具有思路清晰、检查直观等优点，对其他设备数控化改造电机制动均有借鉴意义，该设计和分区域检查故障的方法，对提高职业技术教育加工制造类专业的教学质量也有指导意义。
作者：李春勤 葛平海 刘世忠
来源： 1. 山东省日照市科技中等专业学校实训部；
2. 山东五征集团有限公司人力资源部；
3. 山东省日照市科技中等专业学校数控技术系
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