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數控機床主軸齒輪箱智能潤滑控製方法

2021-7-8 來源：沈陽飛機工業（集團）中國科學院大（dà）學作者：劉本剛張雲鵬趙丹

摘要：針對數控機（jī）床主軸齒輪箱潤滑存在的持續無效運行時間（jiān）長、運（yùn）行可靠（kào）性差等（děng）問題，提出了一種基（jī）於潤滑係統工作（zuò）狀態和潤滑油品質在線感知的機床主軸齒輪箱智能潤滑控製方法，不但能夠有效保障主軸齒輪箱潤滑係統的潤滑油品質和最佳潤滑效果，而且對於機床主（zhǔ）軸係（xì）統維護具有指導意義。

關（guān）鍵詞：數控（kòng）機床；主軸；齒輪箱（xiāng）潤滑；智能控製；潤滑（huá）係（xì）統

０　引（yǐn）言

對於數控機床，特別是重（chóng）型強力切削機床而言，主軸（zhóu）齒輪箱潤滑係統的主要功能是維持齒輪副表麵之間形成相對穩定的油膜以減小齒輪傳動摩擦和吸收部分（fèn）振動（dòng），同時（shí）對主軸齒輪箱進行冷卻減（jiǎn）小（xiǎo）齒輪傳動係統熱變形，避免低（dī）速重載下齒輪咬合和點蝕破（pò）壞，是機床潤滑係統中的重要組（zǔ）成部分，因此主軸齒輪箱潤滑係（xì）統能否高效、可靠地（dì）運行直接影響機床的（de）主（zhǔ）軸運動特性和零件的加工精（jīng）度。

本文針對數控機床主（zhǔ）軸齒輪箱（xiāng）潤滑存（cún）在的持（chí）續無效運行時間長、運行可靠（kào）性差等問題，提出了一（yī）種基於潤（rùn）滑係統工作（zuò）狀態和潤滑油品質在（zài）線感知的機床主軸齒輪箱智能（néng）潤滑控製方法。

１、機（jī）床主軸（zhóu）齒輪箱潤滑係統

傳統主軸齒輪箱潤滑係統一般（bān）由控製（通常是ＰＬＣ）、電（diàn）機、循環泵、輸（shū）油管、油冷空調、溫（wēn）度傳感器、空氣開關和接觸器等組成（chéng）。控製器監（jiān）測到機床驅動（dòng）係統（tǒng）上（shàng）電（diàn）後，控製接觸器閉合使電（diàn）機通電帶動循環泵工作（zuò）；循環泵將油冷空調（diào）冷卻後的潤滑油經油管送至主軸齒輪箱起到齒輪傳動潤滑和冷卻的作用，同時將齒輪箱底部（bù）的潤滑（huá）油回送到油冷空調，使潤滑（huá）油在主軸齒輪（lún）箱和油（yóu）冷空調之間循環流動；油冷空調為（wéi）齒輪箱流（liú）回（huí）的潤（rùn）滑油快速冷卻。

主軸齒輪箱潤滑係統如此循環工作（zuò），直到控製器監測到機床驅動係統下（xià）電或異常信號後立即控製主（zhǔ）軸齒輪箱潤（rùn）滑係統停（tíng）止工作，若監測到異常信號，同時發送報警信號並通知機床控製係統（tǒng）停機，直至機床驅（qū）動係（xì）統重新上電或異常恢（huī）複。其中，異常信（xìn）號包括（kuò）電機過載（空氣開關跳閘）、油冷空調工作異常和主軸齒輪箱油溫過高（溫度傳感器觸發）信號。現有潤滑方（fāng）式滿足了主軸（zhóu）齒輪箱潤滑基本需求，但存（cún）在以下問題：

①實（shí）際生產應用中大多數機床主（zhǔ）軸平均（jun1）利用率不足５５％，但機（jī）床驅動係（xì）統上電後不論（lùn）主軸是否工作，主軸齒輪箱潤滑係統一直持續運行，無效運行期間潤滑油循環產生額（é）外熱負荷，增加油冷空調等工作負載；

②控製器監測到主軸（zhóu）側潤滑油溫度高時主動（dòng）報警並使機（jī）床停機，但油溫（wēn）升高至溫度傳感（gǎn）器觸發油（yóu）溫高信號這段時間內齒輪（lún）傳動一（yī）直處於欠潤滑甚（shèn）至無潤滑（huá）運行狀態，易損壞齒輪副和導致主軸產生振（zhèn）動，影響加工精度；

③無（wú）法及時（shí）自診斷潤滑油泄漏問題；

④難於合理安排潤滑（huá）油更換周期，無法有效保障主軸齒輪箱潤滑係統的潤滑（huá）油品質和最佳潤（rùn）滑效（xiào）果。

2、機床主軸（zhóu）齒輪箱智能潤滑控製方法

為解決上述問（wèn）題，本文提出了一種機床主軸齒（chǐ）輪箱智能（néng）潤滑控製的控製方法，以提（tí）高主軸齒輪箱潤滑係統運行效率和可靠（kào）性。機床主軸齒輪箱能潤滑係統包括控製器（ＰＬＣ）、電機（jī）、循環泵、油管、油冷空調、連續油位傳感器、潤滑油品質傳（chuán）感器、流量傳感（gǎn）器、溫度（dù）傳感器（qì）、空氣開關（guān）、接觸器和電抗器。

其中，電機過載信號（空氣開關輔助觸點）、油（yóu）冷空調（diào）工作狀態（是否故障）和（hé）連續油位檢測傳感器信號、潤滑（huá）油品質傳感器信號、流（liú）量傳感器信號以及溫（wēn）度傳感器信號接入（rù）控製器（qì）（ＰＬＣ）輸入模塊（kuài）；接觸器線圈連接控製器（ＰＬＣ）輸出（chū）模塊；電機帶動循環（huán）泵（bèng）使潤滑油（yóu）經油管在油冷（lěng）空調（diào）和機床主軸齒輪之間循環流動。當（dāng）控製器（ＰＬＣ）監測到機床（chuáng）驅動係統上電信號後立（lì）即啟動（dòng）主軸齒輪箱潤滑係統工作，並等（děng）待機（jī）床主軸（zhóu）轉動（dòng）指令，若在規定時間（jiān）未監測到主軸轉動指令則關閉主軸齒輪箱潤滑係統，直到再次（cì）監測到機床驅動係統（tǒng）上電信號或主軸轉動指（zhǐ）令時（shí）重新（xīn）啟動潤滑（huá）係（xì）統工作（zuò）；若潤（rùn）滑係統（tǒng）工作期間，控製器監測到主軸停指令或機床驅動係統下電信（xìn）號，則延時一定時間後關閉主軸齒輪箱潤滑係統，如此反（fǎn）複循環。

其中，上述任何環節中若控製器（qì）一旦監測到異常信號則立即關閉潤滑係（xì）統，同時請求機（jī）床控製係統立即停（tíng）機以最快（kuài）速度使主軸齒（chǐ）輪箱齒輪停止轉動（dòng），並（bìng）發出報警信號和診斷（duàn）信息（xī），直至控製器（ＰＬＣ）監測到報警已清除才再次啟動上述

工作循環。

３、潤滑係統智能防護（hù）與異（yì）常報（bào）警處理

機床主軸（zhóu）齒輪箱智能潤滑（huá）控製係統能（néng）夠實時（shí）自主診斷以下異常信號：潤滑油（yóu）油（yóu）位異常（cháng）、潤滑油流量（liàng）異常（cháng）、主軸側潤滑油油（yóu）溫高、潤滑油品質異常和電機過載。具體而言，潤（rùn）滑油油位異常報警是指（zhǐ）控製器（ＰＬＣ）連續監測油冷空調油箱內潤滑油油位變化，若發現在一定時間內下降值超過正（zhèng）常預設值，係統立即觸發潤滑油泄漏報警（jǐng）以及時檢修防止事態進一（yī）步惡化；潤滑油流量異（yì）常報警是指控製器（ＰＬＣ）實時監測潤（rùn）滑油循環流量，任何時間流量變小或大於正常（cháng）閾（yù）值，係（xì）統立即觸發潤滑報警，防止機床主軸齒輪箱齒輪傳動係統欠潤滑（huá）或（huò）過潤滑運行；主軸側（cè）潤滑油油溫高報警是指控製器（ＰＬＣ）實（shí）時監測主（zhǔ）軸齒輪箱側油（yóu）溫，一旦油溫升高（gāo）並超過預定值，係統立即觸發潤滑係統溫度異（yì）常報警，防止進一步損壞機床主軸齒輪傳動係統；潤滑（huá）油品質異常（cháng）報警是指控製（zhì）器（ＰＬＣ）實時監測潤滑（huá）油中混入金屬粉末、水等雜質，一旦超過設定（dìng）的臨界值，將立即報警並提示更換（huàn）潤滑係統中的潤滑油，以保障潤滑油品質；電（diàn）機過載報警是指控製器（ＰＬＣ）監測到（dào）電機工況異常（cháng）潤滑係統停止後（hòu），係統立即報警並請求機床（chuáng）控製係統及（jí）時停止主軸轉動。

４、結語

本文提出了一種機床主軸齒輪箱（xiāng）智能潤滑控製的控製方法，具有（yǒu）潤滑油品質、潤滑油流量和潤滑油液位實時在線監測和異常自診斷（duàn）功（gōng）能，能夠實（shí）現機床主軸齒輪箱高效（xiào）可靠地按需潤滑功能（néng），有利於保（bǎo）障機床主軸齒輪傳動係統穩定運行（háng）和使用壽命（mìng），同時（shí）對保障機床主軸的運動特性和零件的加工精度具有重要意義。

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