摘要：介紹采（cǎi）用開環控製數控銑床（chuáng）伺服電機抱閘的電（diàn）氣控製工作原理，分析銑床在開機或在加工（gōng）過程遇急停時主軸箱突然下滑的故障原因，提出對抱閘控製的電氣線路進行改進。改進後的（de）電路符合電氣控製（zhì）要求，保護了人身和設備安全，節省了製造廠要求更換數控係統的（de）昂貴費用。

       0、引言（yán）

      筆者公司購進（jìn）的兩台數控銑床，數控係（xì）統型號為GSK990M，伺服驅動（dòng）係統型（xíng）號為DA98-14。使用大約兩年（nián）後，發現機床（chuáng）在開機或加工過（guò）程中遇急停狀態時，主軸箱（Z 軸） 出現瞬間向下滑行約15 cm的現（xiàn）象，給人身和設備產生嚴重的安全隱（yǐn）患。筆者試圖通過以下三（sān）種方法來維修：
 
      （1） 懷疑Z 軸電機抱閘磨損（sǔn）引起摩擦（cā）力變（biàn）小，更換電機；（2） 增加平衡塊（kuài）的重量；（3） 調整Z 軸導軌與鑲條的間隙（xì），結果都未能（néng）解（jiě）決Z 軸下滑問題。最後通（tōng）過對電氣控製線（xiàn）路的認真（zhēn）分析，提出抱閘的電氣控製（zhì）電路的（de）改進，解（jiě）決了主軸箱突然下滑問（wèn）題，消除了安全隱患，節省了製造廠提（tí）出（chū）更換數控係統的昂貴（guì）費用。

      1、機床抱閘電氣控製原理和故障分析

      1.1機床抱閘的電氣控（kòng）製原理

      機床使用GSK990M開環控製數控係統，Z 軸（zhóu）伺服電（diàn）機帶抱閘製（zhì）動裝置，抱閘的工作電源為DC24V，通過外部接觸（chù）器、繼電器控製而（ér）不是（shì）數控係統內部控（kòng）製，抱閘得電打開（kāi），失電抱緊。Z軸上（shàng）的主軸箱通過鏈條與床身後（hòu）的重量（liàng）平衡裝置相連且主軸箱與平衡塊重量相當，抱閘信號是（shì）重力軸控製下滑的有效手段，通常將伺服係統準備好信（xìn）號作為抱閘打開的一個必要條件。理論上，隻要抱閘信號與伺服電機驅動使能信號的時序符合控製要求，在開機、加工過（guò）程突然斷電或遇緊急停止情（qíng）況（kuàng）時，即使抱閘信（xìn）號由於負載動作的延時也不會大幅度地下滑[1]。

      1.2機床的故障分析

     數控（kòng）銑床經過兩年的使（shǐ）用，在機械裝置（zhì）方麵，抱閘製動器、鏈輪、絲杆、導軌等由於機械磨損引起摩擦力變小，會產生主軸箱與平（píng）衡塊出現不平衡狀（zhuàng）態，同時產生主軸箱下滑（huá）的原因還有控製伺服電機抱閘裝置的線路設計不合理、係統參數設置不合理、電機選型不當（dāng）（製動器額定力矩偏（piān）小） 等引起。本文所提及的數（shù）控（kòng）銑床是由（yóu）於機（jī）床電氣線路設計不合理引起機床在開（kāi）機或加工過程中遇急停狀態時，主軸箱（Z 軸） 出現瞬間向下滑（huá）行。從機床的控製線路可以看出，機床在開機時（shí），抱閘得電即時打開，而伺服驅動器從得電到伺服電（diàn）機（jī）激勵需（xū）要一定的延時，這樣出現了抱閘得電時間超前（qián）伺服電機（jī）激勵的時間，引起主軸箱因重力下滑；當機床遇急停狀態時，抱閘處於得電打開狀態，伺服電機無勵磁，同樣引起主軸箱因重力慣性（xìng）下滑。

      2、電路的改進和故障的解決

      2.1 機床（chuáng）在開機時，主軸箱（Z軸） 出現瞬間向下滑（huá）行故障的（de）解（jiě）決方法

                                圖1 NC和（hé）伺服上電

                               圖2 伺服（fú）上電和Z軸製動電路

                              圖3 伺服驅動和抱閘控製

      電路改進前（qián）機床的開機過程，相關電路（lù）見圖（tú）1～圖3[2] 。工作過程：機床上電→繼電器KA1線（xiàn）圈得電（無急停、超程和電機（jī）過載狀（zhuàng）態時） →啟動NC→繼電器（qì）KA2線圈（quān）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（qì）KM2、KM3分別控（kòng）製伺服驅（qū）動器的控（kòng）製電源和驅動電（diàn）源） →Z 軸電機抱閘因KM4得電打開，伺服驅動器因接（jiē）觸器KM3得（dé）電使伺服電機激勵，產生力矩防止主軸箱下滑。但是由於時序不同步，電機抱閘（外控） 得電打（dǎ）開時間超前伺服電機產生激勵時間（大約1秒），造成主軸箱瞬（shùn）間向下滑行。

     電路改進的原（yuán）理：調整電機抱（bào）閘得（dé）電與電機激勵的時（shí）序，使抱閘得電打開時間滯後電機得（dé）電秒，抱閘得電打開延時2秒並不影響機床的正（zhèng）常工作。改進電路見圖4和（hé）圖5，用時間繼電器KT1（型號：WENJI-3） 代替接觸器KM4，設置延時2秒。開機過程，NC啟動→繼電（diàn）器KA2線圈得電自鎖→繼電（diàn）器KA3線圈得電→接觸器KM1、KM2、KM3、時間繼（jì）電器（qì）KT1線圈得電（diàn）→Z 軸電機抱閘  因KT1動合觸點延時2秒得電打開，伺服（fú）驅動器 因接觸器（qì）KM3得（dé）電使伺（sì）服電機激勵，產生力矩防止主軸（zhóu）箱下滑。

  
                                      圖4 改進後伺服上電和Z軸製動

                                  圖5 改進後伺服驅動和抱閘控製

      2.2機床在加工過程（chéng）中遇急停狀態時，主軸箱出現瞬間向下（xià）滑行故障的解決方（fāng）法（fǎ）

      電路（lù）改進前機床遇急停狀態的開機過程，見圖1[1] NC和伺服上電電路，圖2[1]伺服上（shàng）電和Z軸製動電（diàn）路，和圖3 [1]伺服（fú）驅動（dòng）和抱閘控製電路。工作過程：當機床遇急停或（huò）碰到限位開關時，繼電器KA1線（xiàn）圈（quān）失電→繼電器KA3線（xiàn）圈失電→接觸器KM3線圈失電（diàn）→伺服驅動（dòng）器失電，伺服電（diàn）機無激勵，失去牽引力。與此同時，因（yīn）機（jī）床在急停時繼電器KA2仍得電即NC仍處於啟動狀態→接觸器KM1、KM2、KM4 線圈（以下改為時間（jiān）繼電器KT1線（xiàn）圈） 仍保（bǎo）持得電→電機抱閘仍（réng）處於打開狀態，所以加工過程中（zhōng）機床遇急停或碰到限位（wèi）開關時，電機抱閘處於打開狀態，電機（jī）又無勵磁失去牽引力，主軸箱因重（chóng）力慣性會產生瞬間向下滑行（háng）現（xiàn）象。

      電路改進的原理：在控製時間繼電器KT1線圈（原接觸器KM4） 的線路中（zhōng）串聯繼電器KA1的（de）動合觸點，見改進後的（de）圖4和圖5。工作過程：當機（jī）床遇急停或碰到限位開關時，繼電器KA1線圈失電→繼電器KA3線圈失電→接觸器KM3線圈和時間繼電器KT1線圈失電→接觸器KM3線圈失電引起伺服驅動器失電，伺服電機無勵磁失去牽引力，時間（jiān）繼電器（qì）KT1 線圈失電引起電機抱閘抱緊，防（fáng）止主軸箱因重力慣性（xìng）產生瞬間向（xiàng）下滑行。
 
  
      3、結（jié）語
 

      采用開環控製的數控銑床（chuáng），由於機床電氣線路設計不合理產生（shēng）主軸箱（Z 軸） 在（zài）開機和加工（gōng）過程遇急停時突然下滑的故障，作者對控製抱閘的電氣線路進行改進，有效地解決主（zhǔ）軸箱的突然下滑問題，解（jiě）除了安全隱患，為公司節省了設備廠要求更換（huàn）控製係統的高昂（áng）費用。