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

     關鍵詞：數控銑床；主軸箱（Z軸）；突然下滑；抱閘控製；電氣線路；改進

     0 引言

     筆者公司購進的兩台數控銑（xǐ）床，數控係統型號為GSK990M，伺服驅動係統型號為（wéi）DA98-14。使用（yòng）大（dà）約（yuē）兩年後，發（fā）現機床在開機或加工過程中遇急停狀態（tài）時，主軸箱（Z 軸） 出現瞬間向下滑行約15 cm的現象，給人身和設備產生嚴重的安全隱患。筆者試圖通過以下三種方法來維修：

    （1） 懷疑Z 軸電機抱閘（zhá）磨損（sǔn）引（yǐn）起摩擦力變小，更（gèng）換電機；（2） 增加平衡塊的重量；（3） 調整Z 軸導軌與鑲條的間隙，結果都未能解決（jué）Z 軸下滑問題。最後通過對電氣控製線路（lù）的認真分析，提出抱閘的電氣控製電路的改進，解決了主軸箱突然下滑問題，消除了安全隱患，節省了製造廠提出更換（huàn）數控係統的昂貴費用。

    1、機床抱閘電氣控製原理（lǐ）和故障（zhàng）分析

    1.1機床抱閘的電氣控製原理（lǐ）

    機床（chuáng）使用GSK990M開環控製數控係統，Z 軸伺（sì）服電機帶抱閘製動裝置（zhì），抱閘（zhá）的工（gōng）作電源為DC24V，通（tōng）過外部（bù）接觸器、繼電器控製而不是（shì）數控係統內部控製，抱閘得電打開，失電抱緊（jǐn）。Z軸上的主軸箱通過（guò）鏈（liàn）條（tiáo）與床身後的重量平衡（héng）裝置相（xiàng）連且主軸箱與平衡塊重量（liàng）相當，抱閘（zhá）信號是重力軸控製下滑的有效（xiào）手段，通常將伺服係統準備好信號作為抱（bào）閘打開的一個必要條（tiáo）件。理論上，隻要抱閘信號與伺服電機驅動使（shǐ）能信號的時序符合（hé）控製要求，在開機、加工過程突然斷電或遇（yù）緊急停止情況時，即使抱閘信號由於負載動作的延時也不（bú）會大幅度地下滑 。

     1.2機床的故障分析

    數（shù）控銑床經過兩年的使用，在機械裝置方麵，抱閘製動器、鏈輪、絲（sī）杆、導軌等由於機械磨損引（yǐn）起摩（mó）擦力變小，會產生主軸（zhóu）箱與平衡塊出現（xiàn）不平衡狀態，同時產生主軸箱下滑的原因還有控製伺（sì）服電機抱（bào）閘裝置的線路設（shè）計不合理、係統參數設置（zhì）不合理、電機選型不當（dāng）（製動器額定力矩偏小） 等引起。本文所提（tí）及的數控銑床（chuáng）是由於機床電氣（qì）線路設計不合理引（yǐn）起機床在開機或加工過程中遇急停狀態時，主軸箱（Z 軸） 出現瞬間向（xiàng）下（xià）滑行。從機床的控製線路可以看出（chū），機床在開機時，抱閘得電即時打開，而伺服驅動器從得電到伺服電機激勵需要一定的延時，這樣出（chū）現（xiàn）了（le）抱閘（zhá）得電時間超前伺服電機激勵的時間（jiān），引起主軸箱因重力下滑；當機床（chuáng）遇急停狀態時，抱閘處於得電打（dǎ）開狀態，伺服電機無勵磁（cí），同樣引起（qǐ）主軸箱因重力慣性下滑。

     2、電路的改進和故障的（de）解決

     2.1 機床在開機（jī）時，主軸箱（Z軸（zhóu）） 出現瞬間（jiān）向（xiàng）下滑行故障的解（jiě）決方法

                                圖1 NC和伺服上電

                              圖2 伺服上電和Z軸製動（dòng）電（diàn）路

                              圖3 伺服驅動和抱（bào）閘控製
 

    電路改進前機床（chuáng）的開機過程，相關電路見圖1～圖3[2] 。工作過（guò）程：機床（chuáng）上電（diàn）→繼電器KA線圈（quān）得電（無急停、超程和電機過載狀態時） →啟動NC→繼電器KA2線圈得電自鎖→繼電器（qì）KA3線圈得電→接觸器KM1、KM2、KM3、KM4線圈得電（接觸器KM2、KM3分別控（kòng）製伺服（fú）驅（qū）動器的控製電源和驅動電源） →Z 軸電機抱閘因KM4得電打開，伺服驅動器因接觸器KM3得電使伺服電機激勵，產生力矩防止（zhǐ）主軸（zhóu）箱下滑。但（dàn）是由於時序不同（tóng）步，電機抱閘（外（wài）控（kòng）） 得電打開（kāi）時間超前伺服電機產生（shēng）激勵時間（大約1秒（miǎo）），造成（chéng）主軸（zhóu）箱瞬間向下滑行。

     電路改進的原理：調整電機抱閘得電（diàn）與電機（jī）激勵的時序，使（shǐ）抱（bào）閘（zhá）得電（diàn）打開時間滯後（hòu）電機得電2秒，抱閘得電打（dǎ）開延時2秒並不影響機（jī）床的正常工作。改進電路見圖4和圖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（guò）程，NC啟動→繼電器KA2線圈得電自鎖→繼電器KA3線圈得電→接觸器KM1、KM2、KM3、時（shí）間（jiān）繼電器（qì）KT1線圈得（dé）電→Z 軸電機抱閘因 KT1動合觸點延時2秒得電打開，伺服驅動器因接觸器KM3得電使伺服電機激勵，產生力矩防止主軸箱下滑。

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

                            圖5 改進後伺服驅動（dòng）和抱閘控製（zhì）

     2.2機床（chuáng）在加工過程中遇急停狀態時，主軸箱（xiāng）出現瞬間向下滑行故障的解決方法（fǎ）

     電路改進前機床遇（yù）急停狀態（tài）的開機過程，見圖1  NC和伺服上電電路，圖2[1]伺服上電和Z軸製動電路（lù），和圖3 [1]伺服驅（qū）動和抱閘控製電路。工作過程（chéng）：當機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（xiàn）圈失電→伺服驅動器失電，伺服電機無激勵，失去牽引（yǐn）力。與此同時，因機（jī）床在急停（tíng）時繼電（diàn）器KA2仍得電即NC仍處於（yú）啟動狀態→接觸器KM1、KM2、KM4 線圈（以下改為時間繼電器（qì）KT1線（xiàn）圈） 仍（réng）保持得電→電（diàn）機抱閘仍處於打開狀態，所以加工過程中機床遇急停或碰到限位（wèi）開關時，電（diàn）機抱閘處於打開狀態，電機又無勵（lì）磁失去牽引力，主軸（zhóu）箱因重力慣性會產生瞬間向下滑行現（xiàn）象。

     電路改進的原理：在控製時間繼電器KT1線圈（原（yuán）接觸器KM4） 的線路中串聯繼電器KA1的動合觸點（diǎn），見改進後的圖4和圖5。工作過程：當機床遇（yù）急（jí）停或碰（pèng）到限位開（kāi）關時，繼電器KA1線圈（quān）失電→繼電器KA3線圈失電（diàn）→接觸器KM3線圈和時間繼電器KT1線（xiàn）圈失電→接觸器KM3線（xiàn）圈失電引起伺服驅動器失電，伺服電機無勵（lì）磁失（shī）去牽引（yǐn）力，時間繼電器KT1 線圈失電引起電機抱閘抱緊，防止主軸箱因重力慣性產生瞬間向下滑行。

     3、結語

     采（cǎi）用開環控製的數控銑床，由於機床（chuáng）電氣線路設計不合理產生主軸箱（Z 軸） 在開機和加工過程遇急停時突然下滑的故障，作者對控製抱閘的電（diàn）氣線路進（jìn）行改進，有效地解決主軸箱的突然下滑問題，解除了安全隱（yǐn）患，為公司節省（shěng）了設備廠要求更換（huàn）控製係（xì）統的（de）高（gāo）昂費用（yòng）。