数控车床主轴自动换档控制及常见故障实例分析

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1、４４工具技术数控车床主轴自动换档控制及常见故障实例分析黄登红长沙航空职业技术学院摘要：介绍数控车床主轴自动换档的工作原理、相关系统参数设置及控制流程，对主轴自动换档过程中各种形式的故障进行了归纳、总结，并给出常见故障的分析案例。关键词：数控车床；主轴；自动换档中图分类号：ＴＧ５１９．１；ＴＨ１６文献标志码：ＢＳｐｉｎｄｌｅＡｕｔｏＧｅａｒＣｈａｎｇｅｏｆＣＮＣＬａｔｈｓａｎｄＣｏｍｍｏｎＦａｕｌｔＤｉａｇｎｏｓｉｓＨｕａｎｇＤｅｎｇｈｏｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅ

2、ｓｐｉｎｄｌｅａｕｔｏｇｅａｒｃｈａｎｇｅｏｆＣＮＣｌａｔｈｅｓ；ｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｆｏｒｍａｎｄｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｏｆｓｐｉｎｄｌｅａｕｔｏｇｅａｒｃｈａｎｇｅｆａｕｌｔａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓｓｏｍｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．ＩｔｈａｓａｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆＣＮＣｌａｔｈｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＮＣｌａｔｈｅｓ；ｓｐｉｎｄｌｅ；ａｕｔｏｇｅａｒｃｈａｎｇ

3、ｅ１所示高速档位置，则电磁离合器１线圈和电磁离!引言合器２线圈均不通电（通过Ｍ４３指令控制），主轴电为了提高主轴低速时的输出转矩，满足主轴低动机动力通过传动带（１３０／２３０）传到轴Ｉ，轴Ｉ上速大转矩的切削要求，在大中型数控车床中，主轴通的齿轮１（Ｚ５６）和轴Ⅲ上的齿轮３（Ｚ５２）啮合，把主常采用３级齿轮换档传动。主轴换档有手动换档和轴电动机的动力传动到了机床轴Ⅲ；轴Ⅲ上的齿轮自动换档两种方式，随着机床自动化程度的提高，主５（Ｚ４７）和轴Ⅵ齿轮６（Ｚ３８）啮合，发出高速档位信轴自动换档方式越来越

4、普遍。相对于手动换档而号到系统，实现主轴的高速控制。言，自动换档是系统根据主轴换档指令，通过采用电（２）主轴中速传动路线磁离合器或液压拨叉自动完成换档控制，自动化程将主轴切换到中速档时，若此时主轴正处于高度更高，但一旦出现故障，则可能涉及数控系统、机速档位置，则电磁离合器１线圈获电（通过Ｍ４２指械、电气、液压等多方面原因，故障诊断起来更复杂。令控制），换档切换丝杠旋转，从而带动滑移齿轮移下面以ＣＡＫ６１５０Ｄｉ数控车床（配置ＦＡＮＵＣ０ｉＭａｔｅ动，使齿轮ｌ和齿轮３脱开，齿轮２和齿轮４啮合，ＴＣ数控

5、系统）为例，对数控车床主轴自动换档控制完成主轴中速档的切换控制。主轴电动机动力通过原理以及典型故障进行分析研究。传动带（１３０／２３０）传到轴Ｉ，轴Ｉ上的齿轮２（Ｚ２８）和轴Ⅲ上的齿轮４（Ｚ８０）啮合，把主轴电动机"数控车床主轴齿轮换档切换传动原理的动力传到了机床轴Ⅲ；轴Ⅲ上的齿轮５（Ｚ４７）和轴ＣＡＫ６１５０Ｄｉ数控车床主轴电动机为７５ｋＷ，电Ⅵ齿轮６（Ｚ３８）啮合，发出中速档位信号到系统，实动机动力通过传动带（１３０／２３０）传到主轴箱，再现主轴的中速控制。经过主轴齿轮换档传到主轴。加

6、工程序主轴档位指（３）主轴低速传动路线令是：Ｍ４１为主轴低速档，Ｍ４２为主轴中速档，Ｍ４３主轴在中速档时，电磁离合器２的线圈获电为主轴高速档，Ｍ４０为主轴空档。图１为（通过Ｍ４１指令控制），换档切换丝杠旋转，从而带ＣＡＫ６１５０Ｄｉ数控车床齿轮换档结构简图（图示为高动滑移齿轮移动，使齿轮５和齿轮６脱开，齿轮７和速档）。齿轮８啮合，完成主轴中速档的切换控制。主轴电（１）主轴高速传动路线动机的动力通过传动带（１３０／２３０）传到轴Ｉ，轴Ｉ将主轴切换到高速档时，若此时主轴正处于图上的齿轮２（Ｚ２８）和

7、轴Ⅲ上的齿轮４（Ｚ８０）啮合，把主轴电动机的动力传到机床轴Ⅲ；轴Ⅲ上的齿轮７（Ｚ２９）和轴Ⅵ齿轮８（Ｚ６９）啮合，发出低速档位信号收稿日期：２０１２年３月到系统，实现主轴的低速控制。２０１２年第４６卷Ｎｏ．６４５（４）主轴空转（脱档手动旋转）轴旋转带动滑移齿轮５和７达到右端位置，使齿轮由高速档切换到空档时，电磁离合器１线圈和电７和８脱开，齿轮５和６啮合；而由高速档切换到中磁离合器２线圈均获电（通过Ｍ４０指令控制），主轴速档时，离合器１得电，使齿轮１和３脱开，齿轮２电动机通过传动带（１３０／２３０

8、）将动力传到轴Ｉ，电和４啮合，离合器２不得电（齿轮５和６啮合位置不磁离合器１线圈获电后，换档切换丝杠旋转，从而带变）。同样是切换到空档（执行Ｍ４０指令），由低速动滑移齿轮移动，使齿轮１和齿轮３脱开，齿轮２和档切换到空档与由中速档切换到空档，主轴旋转方齿轮４啮合，把主轴电动机的动力传到了机床轴Ⅲ；向是相反的。电磁离合器２线圈获电后，换档切换丝杠旋转，从而带动滑移齿轮移动，使齿轮５和齿轮６脱开，当主轴脱档到位信号接通，电磁离合器２线圈立即断电，使轴Ⅲ和轴Ⅳ保持脱开状态，完