数控主轴论文范文（精选11篇）
数控主轴论文 第1篇
1 主轴的技术条件
Φ1 10js5的不柱度和椭圆度不大于0.005;Φ120js5对Φ144.417h6和Φ110n5轴线的不同轴度不大于0.005;端面A、B对Φ110js5和1∶12锥圆轴线的端跳不大于0.008;端面C、D对Φ110js5和1∶12锥圆轴线的端跳不大于0.01;Φ128.57对Φ110js5和1∶12锥圆的径跳不大于0.007;7∶24锥孔轴线对Φ110js5和1∶12锥圆的径跳:根部不大于0.005, 300mm处不大于0.007;M140×2、M105×2处螺纹装上螺母后, 螺母端跳不大于0.04;25.4M6槽两面对槽底的不垂直度不大于0.01, 对7∶24锥孔的不对称度允差0.04;键槽24 (+0.3/+0.2) 对Φ100h10轴线的不对称度不大于0.05;7∶24锥孔涂色法检验, 接触面积不少于80%, 且接触应靠近大端。
2 主轴加工工艺的制定和分析
生产性质为小批, 材料为45, 毛坯为锻件。
主轴加工工艺过程制定的依据是主轴的结构、技术要求、生产批量和设备条件等。
从数控龙门铣床主轴的技术条件可知:主轴的主要加工表面是两个支撑轴颈、锥孔、前端定心圆、径跳及前端面端跳。因此, 如何保证两个支撑轴颈的尺寸精度及形位公差精度, 是主轴加工的关键工序。此类小批量生产规模且工序分散的主轴加工工艺过程, 一般可概括为粗加工、半精加工、精加工3个阶段。
2.1 粗加工阶段
(1) 毛坯处理:毛坯备料、锻造、正火。
(2) 粗加工:钻中心孔、粗车外圆、钻大端孔。
此阶段主要采用大的切削量切除大部分加工余量。同时可以及时发现锻造裂纹、夹渣等缺陷。
2.2 半精加工阶段
(1) 半精加工前的热处理:对于45钢一般采用调质处理。
(2) 半精加工:半精车各外圆, 钻通孔、钻7∶24锥孔和小端Φ38H9孔, 钻攻各螺孔, 粗铣25.4M6槽。
这个阶段主要是为精加工做好准备, 尤其是为精加工做好基面准备。
2.3 精加工阶段
(1) 精加工前的热处理:局部淬火C48。
(2) 精加工前的各种加工:粗、半精磨尾部直孔, 配磨工艺堵, 大端镶工艺板 (25.4M6槽内) ;粗、半精磨各外圆, 靠磨大端面见光。
(3) 精加工:精磨各外圆, 靠磨端面;以外圆为基准, 上中心架精磨7∶24锥孔至图纸规定的技术要求。
3 生产实践
加工过程中的热处理、切削力、切削热、夹紧力等会对工件产生较大的加工误差和应力, 粗精加工分开原则极为必要。齐齐哈尔二机床企业集团主轴加工是在一般的非恒温车间, 采用的是高精万能磨MG1432A, 和一台改造的专用锥孔磨床。对几个关键工序做了较大改进和攻关, 不仅保证了图纸的技术要求, 而且有几项主要精度还远远超过了图纸的要求, 有较大的精度储备。300mm处检棒振摆精度不断提高:由0.015→0.012→0.01→0.008→0.005→0.003。
主轴各外圆的同轴度、圆柱度是主轴的主要精度, 其中两个支撑轴颈Φ110js5和1∶12锥圆及Φ128.57三个外圆的同轴度及几何精度、粗糙度尤其重要, 必须保证。由于外圆的设计基准为轴心线, 若能以轴心线作加工的定位基准, 则符合基准统一的原则, 能在一次安夹中尽可能加工出较多的表面。对于空心主轴, 采用尾部镶堵, 前端25.4M6槽中装工艺板, 打中心孔, 两端顶起安卡。为确保两端顶尖孔同心以减小装夹变形, 提高外圆磨削精度, 要求工件两端的定位基面同心。该厂采用配磨工艺堵, 并根据不同的内孔, 给出不同的过盈量, 配磨过程采用涂色法不断检查接触面积。
两端顶尖孔的质量对外圆磨削精度影响很大, 需经过研磨。研磨后的顶尖孔其径跳必须小于0.005mm。顶尖孔不圆是产生磨削外圆形状误差最常见的原因。当顶尖孔有椭圆度时, 则磨削过的外圆同样会出现椭圆度。
由于两个支撑轴颈是精磨7∶24锥孔的定位基面, 因此对这两个外圆表面提出了较图纸更高的精度要求, 椭圆度和径跳都不得大于0.001～0.002mm。
数控主轴论文 第2篇
作者： 发布时间：2009-10-28 17:45:46 阅读次数：
电子工业的飞速发展，使各种集成度高、性能先进的调速驱动层出不穷，给数控机床的更新换代提供了有利条件，但对于目前大中型企业还无法将旧数控机床全部改造的现实，修理旧的驱动系统，仍是维修战线上的一项艰巨任务。以下是工程师在实践经验中，所遇到的部分故障现象以及处理方法，仅供客户参考。
故障一
故障现象：1.8m数控卧车在停车时发出巨大响声，同时车间总电源跳闸。
检查：(1)车间电工对供电系统进行检查，跳闸的自动空气断路器所在处，因环境潮湿开关盒内自动跳闸的连杆机构已腐蚀，另外三相触点中有一相触点只有一小部分能接触。(2)车间供电变压器容量小，超负荷运行。其正常的相电压只有340V。(3)一只晶闸管已被烧坏，查看驱动电路，B相触发脉冲短小，只有正常触发脉冲幅值的四分之一，进一步查实为B相触发电路中的放大管T3性能不好所致。
分析：晶闸管在整流状态下缺相和在逆变状态下缺相结果是不同的。在整流状态下总是触发电位较高的晶闸管如SCR1，同时使前一相晶闸管SCR3承受反相电压而关断。在SCR3的关断期间以反相阻断状态为主。即使后一个晶闸管不触发，而SCR3到一定时刻也会因过零而自动关断。但如果是在停车降速时，即在逆变的情况下(同样也是触发电位较高的晶闸管导通，并使前一个晶闸管承受反压而关断)，这时的晶闸管在关断时有很长一段时间处于正向阻断状态。这样，若后一个晶闸管不导通，由于电感L的放电作用，使该晶闸管再延续导通一个周期而进入正半周，晶闸管将继续导通下去，同时阻碍后面的晶闸管导通。于是，晶闸管输出的正向电压与电动机电势迭加产生很大的电流，这时即产生逆变颠覆，轻则烧坏保险丝，重则烧坏晶闸管。如果车间的电压供电系统正常，没有大的波动，也许不会烧坏晶闸管。交流电网电压波动大，车间变压器容量小，超负荷运行，再加之B相正组触发脉冲幅值小，及车间供电系统的总开关盒的损坏等综合原因造成了这次故障的发生。
处理：(1)更换自动空气断路器。(2)更换新的晶闸管。
故障二
故障现象：1.8m卧车在点动时，花盘来回摆动。检查：测量驱动控制系统中的±20V直流稳压电源的纹波为4V峰峰值，大大超过了规定的范围。
分析：在控制系统的放大电路中，高、低通滤波器可以滤掉，如：测速机反馈，电流反馈，电压反馈中的各次谐波干扰信号，但无法滤除系统本身直流电源电路中的谐波分量，因它存在于整个系统中，这些谐波进入放大器就会使放大器阻塞，使系统产生各种不正常的现象。在点动状态下，因电机的转速较低，这些谐波已超过了点动时的电压值，造成了系统的振荡，使主轴花盘来回摆动，而且一旦去除谐波信号，故障马上消失。
处理：将电压板中的100MF和1000MF滤波电容换下焊上新电容，并测量纹波只有几个毫伏后将电源板安装好，开机试运行，故障消除。
故障三
故障现象：5m立车在运行加工中发出哐哐声后，烧保险。
检查：发现5FC5FG、5RG5RQ正反组全无脉冲输出(线路见图2)，测量结果，IC7反相器损坏，又发现1FG1FC输出波形较其他波形幅值低得多。
数控机床电主轴的使用及维护 第3篇
【关键词】 电主轴；热传感器；预热
D系列加工中心是为高速铣而专门设计的，可理解为刀具和工件之间有很高的相对速度。
这一类型机床具有以下的特点：非常好的刚性和低惯量；使用可以高速旋转的电主轴；使用带有复杂刀具轨迹管理的数控系统；使用专门的刀具。
我们要说的便是高速旋转的电主轴。
在Z轴滑枕上装有一个高速主轴。以我们所选的其中一款主轴为例OMLAT 06488型。
此型号主轴的主要参数如下：主轴最大转速：36000 1/分钟；主轴最大功率：19.5千瓦；主轴油气润滑和液压活塞松刀；主轴的使用。
因为是高速电主轴，所以在使用和维护时需要特别注意，这样才可以延长电主轴的寿命。在使用时，禁止使用压缩气体喷头清洁主轴，因为这样会使灰尘进入主轴的密封部位，从而损坏轴承。出于同样的目的，在清理轴承周围的时候，主轴应停止转动，但机床应上电，以保证轴承处始终有气封。主轴上卡刀柄的锥面部分必须定期使用软布清洁。
长期闲置不用时，应在主轴上装一刀柄，以保护卡刀的锥孔。
主轴在没有装上刀柄的情况下是不允许转动的。只有锥形的刀柄和具有良好动平衡特性的刀具才可以在高速转动下使用。不要使用被打孔的刀柄。
在安装时因为电主轴的轴承需要保持绝对的清洁，所以主轴的连接操作应在干净的环境中进行，否则轴承的寿命将显著减少。
在主轴运转之前必须优先检查以下各项: 固定电主轴的螺钉必须正确锁紧;所有管需要正确连接，不能弯曲，液体密封很好;所有电缆，尤其热传感器电缆都必须正确连接；安装在变频器里的参数与电机的实际参数必须一致。
主轴运转之前执行以下操作：开启机床总开关;检查所有组件已经连接并装有正确数据；仔细清洁刀柄;在刀具里嵌有类推传感器，可以规定轴旋转的一致性；刀具未锁紧之前主轴不能运转。
在PLC 逻辑检查一下条件正常后，才允许主轴旋转：气路气压正常。主轴冷却液温度在允许范围内。主轴冷却液流量正常。刀柄装在主轴上，并且锁紧了。电主轴只有在其温度在18 到30 摄氏度之间时才允许转动。
一个专用的冷却回路为主轴电机提供升温和降温。有两个温度传感器检测温度范围，如果不在范围内，将禁止主轴旋转。一个新的主轴或者有一个月以上没使用的主轴，当要使用时，必须从非常低的速度开始旋转。在开始加工前为主轴升温是一个良好的习惯。
基于这一方面考虑，系统提供了以下专门的M 代码来执行主轴升温：M106每天主轴预热（大约6 分钟）。M107初始化主轴的预热，或在主轴一个月以上没有使用的情况下使用（大约60 分钟）。M132当主轴一个星期以上没使用情况下，使用适用于油气润滑的主轴（大约30 分钟）。M197 每天预热，将在程序设定的间隔后自动执行。M239每天预热，在程序设定的日期和时间达到后自动执行。根据安装时设定的参数的需要，可在升温循环结束后，自动执行轴升温文件。
注意：为了执行高精度的操作，主轴需要做一个额外的加热过程。也就是让主轴在工作速度下旋转大约30 分钟，以得到可靠的温度稳定性。
对于油气润滑的电主轴，在停止旋转之前应把主轴移动到一个合适的位置。这样可以避免由于主轴再次启动时，可能会有润滑油滴下而带来的事故。
主轴维护：电主轴的工作性能及复杂结构决定了电主轴的维护与一般主轴不同，需要操作者细心执行电主轴所要求的维护细则。
每日：使用软布清洁主轴，在主轴上保留一个刀柄用来保护锥孔。不要使用压缩空气清洁主轴。取下刀柄，清洁锥孔内部并且检查有无铁锈或者由于加工过程中震动产生的斑纹。立即替换已经损坏的刀柄。
每周：检查气压，润滑油和冷却系统，如果需要调整到合适的值。每500小时后揭起主轴上面的部件，检查这里的管子和电缆没有任何的损坏，没有折弯和变形，并且连接良好。每 1500 小时后需要通过主轴锥孔向刀爪喷射一种专用的油脂。每3000小时必须检查主轴。
注意：绝对不要使用压缩空气去清洁主轴。除了上面的维护以外，主轴寿命也与给出的使用预防和机床条件有关。
参考文献
［1］《Use and information handbook for “High Frequency” electricspindles》，OMLAT，2005
［2］《INSTALLATION,USE AND PREVENTIVE MAINTENANCE MANUAL》， 2006
（作者单位：沈阳菲迪亞数控机床有限公司）
数控主轴论文 第4篇
公司新开发产品数控压缩机转子铣床, 采用FANUC 0I MD数控系统, 由三个伺服轴和一个主轴组成, 机床主轴带动刀具旋转。FANUC数控系统主轴功能分主轴串行输出和主轴模拟输出两种, 主轴串行输出是指使用FANUC主轴放大器控制交流主轴伺服电机来驱动机床主轴的一种控制模式, 用此控制模式成本比较高, 在一些经济型机床上可以采用主轴模拟输出, 一般常用的方式就是使用交流变频驱动器控制交流变频电机来驱动机床主轴。本机的刀具驱动电机竖直安装在铣头箱上, 在加工压缩机转子时, 根据转子螺旋角的不同, 安装刀具的铣头需要调整角度, 从垂直分别向顺时针旋转60度、向逆时针旋转60度, 在最大旋转角度返回垂直位置时, 负载很重, 这对机械要求很高, 如果采用变频电机, 同等功率的变频电机个头大, 分量重, 只能使用主轴电机, 如果使用FANUC主轴电机加上主轴放大器, 价格就高, 成本增加, 为降低成本, 决定使用第三方国产高效能的驱动器及主轴电机, 经过多方考评最终选定GS系列交流伺服主轴驱动器和CPT主轴电机, 此驱动器是北京超同步伺服股份公司研制、开发生产的高品质、多功能、低噪音的交流伺服驱动器, 可以对各种交流伺服电机的位置、转速、加速度和输出转矩方便地进行控制。本机选择使用CTP伺服主轴电机, 功率37k W, 由GS系列的BKSC-4045GS2伺服主轴驱动器驱动, 此驱动器可以使用0-10V的模拟量来控制电机的运转, 带动刀具旋转。
本机主轴带动刀具旋转, 只是速度控制, 不需要位置、加速度等的控制, 所以不需要配置外置的编码器了。本机数控系统的连接、调试以及三个伺服轴的控制在这里不再赘述, 重点说明在我公司第一次使用的GS系列伺服主轴驱动器及CTP伺服主轴电机实现主轴控制。
1主回路及控制回路的连接
主回路的端子的连接, RST是三相交流电源输入端子, 通过空气断路器接入三相380V电源即可, UVW是驱动器输出端, 连接主轴电机的动力端子UVW, 连接时注意相序要一致, 否则会出现显示E.PV的过载报警。端子PPB连接制动电阻。
控制回路的连接, 如图1所示:
①端口为RS232通信接口。②端口为模拟量输入、输出, 其中FC为模拟量公共端, 连接FANUC数控系统主板端口JA40的ES, FI为模拟量输入端 (0-10V) , 连接FANUC数控系统主板端口JA40的SVC信号, 注意模拟量连接的线一定要用屏蔽线。③为继电器输出端口, M1A、M1C、M1B为驱动器驱动故障输出, 将M1C、M1B连接到数控系统的输入信号X8.0, 通过顺序程序的梯形图控制。当驱动器出现故障时, 故障继电器线圈吸合, 其闭点M1C、M1B之间断开, 机床发出主轴驱动器故障报警。④为控制信号输入端子, ST为控制使能信号, 连接使能, I1为正转使能, I2为反转使能。⑤为编码器输出接口。⑥为编码器输入、通讯及电机热保护接口, 连接电机的编码器反馈信号线即可。
2参数确认
2.1参数输入
驱动器及主轴伺服电机线路正确连接后就可以进行调试了, 首先要将主轴及主轴伺服电机的有关参数进行运算然后按照正确的驱动器操作方式将参数正确地输入到驱动器中。
①应用参数An:A1为工厂控制参数, A2为用户多功能参数, A3为用户参数, 根据本机控制需求, 需要以下参数的设定:
A2.01=1, 此参数是选择运转指令方式, =0, I1正转/反转 (由模拟电压的极性决定) ;=1, I1正转使能, I2反转使能, 本机使用数控系统JA40输出的0-10V电压, 所以此参数设定为1。
A2.02=1, 此参数是选择模拟量方式, =0, 双极性 (-10V+10V) ;=1单极性 (0-10V) 。
A2.15=0, 此参数为定义I1端子的功能, =0, 模拟速度控制;=1, 脉冲速度控制, 本机是选用模拟量0-10V控制, 设定为0。
A3.23=182, 此参数为速度控制时最高转速, 输入10V模拟量时对应的转速, 主轴电机的最高转速为3000转/分, 电机与主轴的传动比是1:16.5, 那么对应模拟电压10V时, 主轴的最高转速=3000/16.5=182转/分。
②电机参数Dn:D1为电机参数, D2为电流环参数, D3为编码器参数, D4为u/f参数, D参数的设定要与伺服电机的铭牌一致 (设定D参数时, 需要将A1.00设定为1即参数显示选择为系统参数) :
D1.00=59.6伺服电机的额定电流;D1.01=750伺服电机的额定转速;D1.02=370伺服电机的额定电压;D1.03=37伺服电机的额定功率;D1.04=0.86伺服电机的功率因数;D1.05=25.7伺服电机的额定频率。
以上D1参数的01-05中, 都有1-8位, 全部分别设定相同的数值。
2.2电机的自学习
以上参数设定后, 进行电机的自学习,
①断电拔掉T3端子, 确保ST无输入信号。
②上电设置A1.10=7, 伺服驱动器驱动自学习模式, 而且LED显示LEAr。
③当LED显示F.0, 电机自学习成功。
④设置A1.11=1, 进行电机参数的自匹配。
电机自学习时, 电机的电流越大, 电机自学习时间越长。
2.3数控系统中主轴速度的设定
NO.3736主轴电机的最高钳制速度
设定值= (主轴电机的最高钳制转速/主轴电机的最大转速) *4095=4095
NO.3741主轴的最大速度
设定值=182 (参考应用参数中A2.23的设定)
3试运转
以上参数设定后, 就可以进行主轴的试运转了。
①机床上电, 驱动器得电, 此时测量驱动器的R S T端子, 三相输入电压正常, 给定T3端子的ST使能信号, 在MDI录入方式下, 输入主轴正转指令:M03 S18, 启动自动循环, 主轴开始旋转, 此时, T3端子上的I1正转信号接通, 测量T1端子上的FI模拟量输入电压为1V, 使用转速表测量主轴转速为18转/分, 主轴运转平稳。
②同样操作方法, 不断提高转速, 直到最高速度182转/分, 模拟量输入电压到+10V,
③在不断提高速度的过程中, 观察驱动器是否出现异常, 伺服电机运转是否正常、平稳, 有没有发热现象, 如果出现异常要及时切断电源。
④同理, 输入主轴反转指令, 进行电机反转运行。
最终机床运行平稳, 切削达到了设计要求。
摘要：应用FANUC数控系统主轴模拟输出功能, 使用国产交流伺服主轴驱动器驱动主轴电机实现主轴控制;介绍线路连接及参数设置, 以及主轴电机的试运行。
关键词：FANUC数控系统,模拟主轴,伺服电机
参考文献
[1]FANUC 0i-MD功能连接说明书.
[2]FANUC参数说明书.
数控主轴论文 第5篇
1.CAK6150ni数控车床结构特点
CAK6150ni数控车床主要由主轴箱、床身、导轨、刀架、拖板以及步进电机部分组成的卧式车床，主轴箱与床身通过螺栓固定，刀架固定在拖板上，大拖板则是带动刀架通过水平直丝杠沿导轨沿着水平方向进行左右移动，中拖板则是通过步进电机完成前后移动从而进行切割工件的工作。床身可直接放在地面上，或用地脚螺钉固定地面上。
2.CAK6150ni主轴箱结构的有限元静力分析
主轴箱直接关系到传动结构和电机。主轴箱的刚度、强度会影响整台机床的刚度、强度，除此之外也会改变数控车床的加工精度。
2.1主轴箱结构有限元建模
（1）实体模型简化原则
主轴箱箱体包括箱体和箱盖两部分。结构特点可定义为不规则的空间几何模型，箱体与箱盖间通过4个螺钉连接。在建模时注意如下因素：
a.不考虑圆角，不考虑箱体上的螺栓孔。
b.设箱体为理想焊接，在建立有限元模型时则不考虑。
c.部件之间建模时用短梁连接进行模拟螺栓。
（2）单元的选取以及网格的划分
a.主轴箱箱体是由四个厚度不等的侧面以及底面组成的。而且内部结构主要是轴承座与箱体相联，因而选用10节点的三维SOLID92四面体块单元来进行模拟边界曲面实体。
b.箱体结构可以说是复杂的空间板块结构。因此在进行划分网格的时候，要避免不同方向的板，要在相交处单元边以及节点处保持重合。
c.单元、节点的编号的选择。
d.检测有限元模型，以避免有重合节点、裂缝以及单元扭曲等。
（3）载荷与边界条件
根据金属切削原理以及刀具中的切削力的公式：
式中：为影响工件材料以及切削条件对切削力的系数；为影响背吃刀量对切削力的指数；为影响进给量对切削力的指数；为当实验条件不同于经验公式中的切削条件时，各种因素与切削力影响的修正系数的乘积。
在静力分析时，主轴箱上的各轴承孔上都要受到轴承的作用力，根据弹性力可以得到载荷主要是按余弦規律分布的。加载时，求得载荷为：
式中：P为总压力；P（θ）表示在不同角度上的分布载荷；r表示圆柱体半径；1则表示圆柱体母线长。
2.2计算结果以及分析
有限元求解的计算结果主要是根据节点等效应力、节点结构总变形、单元应力偏差等值线图可知主轴箱的应力和位移的分布。求解结果得到主轴箱总重量是139kg，而实际总重量是141kg，共减少了1.43%，由于重量接近，说明建模时简化结构合理，实体建模同有限元模型对比具有同样高的精度。
（1）结果误差
从图2.1可知，大部分区域的应力偏差SDSG值范围是0-8Mpa，小部分区域的单元应力偏差SDSG值范围约为13Mpa，表示主轴箱的网络划分具有较好的密度，精确了计算结果。根据分布图显示，局部出现应力偏差值为24Mpa，造成这种现象的原因是主轴箱和轴承底座相联处产生尖角导致应力集中的情况。几何构造或者载荷产生的弹性理论计算应力值偏大是应力集中的原因。因此，主轴箱箱体结构的限元模型具有高精确度，其结果可用作分析的依据。
a.应力分析
从图2.2可知，主轴箱箱体区域的等效应力VonMises值的范围是0-10.289Mpa，最大值为32.35Mpa，居于箱盖和箱体的螺钉衔接处。在节点等效应力VonMises最大处的箱盖与箱体的螺钉衔接处，应力稍微集中，应力值比材料的强度极限低，应力集中与主轴箱箱体的刚度关系不大。
b.刚度分析
由于在建模时约束了导轨面及丝杠螺孔，因此在导轨面周围的变形值相对较小。
结论
本文根据箱体和床身结构的特点，建立了精确的有限元计算模型，通过有限元求解得出箱体的应力和变形分布图，并进行强度和刚度校核。这种建模方法对于分析其它结构具有同样的实用价值。
浅谈数控车床主轴回转精度 第6篇
1 主轴回转精度检测要求
某一台数控车床主轴回转精度要求:图1 (a) 主轴端部的跳动精度:主轴的轴向窜动精度a≤0.01m m;主轴轴肩的跳动精度b≤0.015mm。图1 (b) 主轴锥孔轴线的径向跳动精度:靠近主轴端面a≤0.01m m, 距a点L (300mm) 处b≤0.02mm。图1 (c) 主轴定心轴颈的径向跳动精度a≤0.01m m, 这些精度要求是机床出厂前或交付用户时必检的内容, 是衡量机床质量的主要标准。
2 影响主轴回转精度的因素
主轴回转精度是指机床在装配后, 主轴前端安装工件或刀具部分的径向和轴向跳动的大小。主轴回转精度取决于主轴部件的主要零件, 如:主轴、轴承、支撑孔座、调整螺母、隔套等的制造精度和装配质量等。
主轴制造误差:主要包括主轴支承轴颈的圆度误差、同轴度误差 (使主轴轴心线发生偏斜) 和主轴轴颈轴向承载面与轴线的垂直度误差 (影响主轴轴向窜动) 。
主轴支承座孔:其尺寸和形状误差同样也会使主轴轴心发生偏斜与轴向窜动。
轴承误差:轴承误差包括滑动轴承内孔或滚动轴承滚道的圆度误差, 滑动轴承内孔或滚动轴承滚道的波度, 滚动轴承滚子的形状与尺寸误差, 轴承定位端面与轴心线垂直度误差, 轴承端面之间的平行度误差, 轴承间隙以及切削中的受力变形等。
轴向固定轴承用的调整螺母、隔套、垫圈等零件的端面对其轴线不垂直以及端面间不平行, 都会使轴承在装配时受力不均而发生歪斜, 并引起滚道畸变, 同时还会使主轴产生弯曲变形, 从而影响主轴部件的回转精度。
除了零件制造精度对机床回转精度造成影响之外, 主轴部件的装配和调整质量与主轴部件回转精度有密切关系。影响主轴部件装配和调整质量的因素主要有工人装配的熟练程度和外构件的制造精度 (比如锁紧螺钉端部的是否平整) 。
3 主轴回转精度的控制方法
主轴回转精度的控制主要在预紧轴承时进行的, 其一般用到修刮, 研磨, 修整、轻敲等方法, 所以在装配调试时结合这几种方法, 把主轴回转精度控制在要求范围之内, 下面是几种常见控制主轴回转精度的方法。
(1) 修刮法:因主轴轴承锁紧螺母端面与其螺纹中心线的垂直度及螺纹齿的误差, 在螺母拧紧后很可能造成主轴弯曲及轴承内、外圈倾斜, 对主轴组件回转精度有很大影响。所以拧紧螺母后, 应测量其主轴回转精度, 找出径向跳动最高点, 并在反方向180°处于螺母上作出标记。拧下螺母后, 在作标记处修刮螺母结合面, 再装上重新测量, 直至主轴回转精度合格为止。
(2) 研磨法:轴套两端的平面度误差过大会影响机床主轴的回转精度, 轴套两端一般是在平面磨床上加工, 通过磨床的自身精度保证轴套前后端面的平行度, 所以精度不好保证。一般情况下, 如果机床主轴回转精度要求高, 可在装配主轴部件之前研磨轴套两端面, 以提高主轴装配精度。
(3) 修整法:图1 (d) 锁紧螺母上的紧定螺钉用于对锁紧螺母的防松, 紧定螺钉一般是外购件, 其生产过程对质量要求不高, 端部一般都不平整, 在锁紧紧定螺钉会使压片或螺母发生倾斜, 从而使轴套也跟随倾斜, 依次传递到滚动轴承内圈, 破坏轴承先前的调整精度, 从而也会影响到主轴的回转精度, 但是我们装配过程中往往就忽视了紧定螺钉所起的作用, 所以在锁紧紧定螺钉之前务必要把紧定螺钉的端部打磨平整, 这样紧定螺钉旋转力才会垂直向下, 压片或锁紧螺母才不会发生倾斜。
(4) 轻敲法:在装配调整主轴部件并调整检测过程中, 可以根据主轴跳动情况对锁紧螺母轻轻敲打, 或对主轴前后轴承支撑之间的中间位置进行敲击, 一定用铜棒进行, 切勿用钢棒, 避免主轴损伤。敲击锁紧螺母的目的是找正螺母位置, 使螺母轴线与主轴轴线逼近同轴并且保证螺母轴线与螺母端面垂直, 这样螺母端面压紧轴套端面处于最佳状态。减少螺母旋紧过程中发生的倾斜对轴套的影响, 起到调整主轴跳动的目的。敲击主轴中间位置的方法是在打表检测找到主轴径向跳动的最高点, 然后再前支撑和后支撑之间的中间位置进行敲击, 能使主轴跳动的最高点位置得以降低。
4 结论
在装配调整主轴的过程中, 对主轴回转精度的控制一定要从多方面去考虑, 考虑每一个零部件对主轴装配精度的影响, 在常规方法无法解决的时候一定要考虑个案。主轴上每一个零件的制造精度, 或主轴部件的装配方法都会影响到主轴的回转精度。
摘要：数控车床主轴回转精度直接影响到零件加工精度, 而影响主轴回转精度的主要有:主轴相关零件的制造精度及工人的安装技术, 本文主要分析影响主轴回转精度的一些因素及装配过程中的一些注意事项。
关键词：数控车床,回转精度,制造精度,安装技术,注意事项
参考文献
[1]曹健, 周开俊, 彭淑华.数控机床装调与维修[M].清华大学出版社, 2011, 8.
重型数控车床主轴加工及解决措施 第7篇
关键词：重型数控,车床,主轴,加工,措施
CCK61500×110×200S重型数控车床最大回转直径为5 000mm, 工件最大加工长度为11 000mm。两顶尖之间工件的最大承载重量为200吨。主轴是该机床的核心部件, 对回转精度、形状公差、形位公差及表面粗糙度要求都很高。其最大直径达到1 000mm, 长度达2 558mm, 成品重量达到9 600kg, 加工难度非常大。它的精度直接决定着整机的质量能否满足用户的需求。
1 现状分析和存在的问题
某分厂是公司的主要加工车间, 有各种主轴加工的设备。该主轴半成品重达10.5吨, 最大加工直径达到1 000mm, 而其常用的CKW6140/3M数控车床和MK84100/5M轧辊磨床最大承载只有6吨, 天车的起重量为5吨, 设备能力达不到, 所以自己无法加工。公司寻求外协加工, 也都因为各种原因没有单位愿意接。为此, 他们成立了一个由分厂领导、技术人员、操作者组成的攻关小组, 对图纸进行了认真的分析研究, 决定粗加工用我分厂的CW61200/6M车床进行加工, 精加工没有磨床就改用装配现场刚刚装完的CKW61180/5M全功能数控车床, 采用刚刚引进的以车代磨技术进行加工。
2 具体措施及步骤
2.1在落地镗床上检查毛坯, 打两端中心孔。
2.2在径向和长度上各留10mm余量, 进行粗车, 并加工两个工艺基准面。
2.3上中心架、找正工件。分别加工两端头φ90×1∶20×200、φ105×1∶20×100工艺用孔。
2.4转热处理进行时效处理。
2.5调整装配现场的CKW61180/5M数控车床精度, 垫好、垫实垫铁。粗车各外圆, 两端面。修饰各工艺基准面及基准用孔。
2.6二次半精车φ530f7、φ650f7、φ675f7、φ710f7、φ800h5、φ880f7各外圆, 半精车φ730.333±0.02×1∶30、φ900.833±0.02×112、φ600.417×1∶12各圆锥面, 贴合度达到65%以上。
2.7上V型铁, 找正工件上母、侧母达0.015mm/500mm长, 找正主轴中心, 跑坐标钻、攻各螺纹孔及油孔至尺寸, 达要求。铣80P7×260×338.310-0.2键槽至尺寸, 达要求。
2.8对φ400+0.0150×1∶4孔进行高频淬火。
2.9对工件低温时效24小时, 随炉自然冷却, 消除应力。
2.10车床上中心架, 找正工件, 修饰两端中心工艺用锥孔, 保证贴合度达75%以上。
2.11选用瑞士URMA车刀及TNMG160404-FF.UMF10刀片, 采用引进的以车代磨新技术, 对各外圆、端面以及2-1∶12轴承锥面、1∶30齿轮用面, 用轴承内环、齿轮内锥孔配研各锥面, 贴合度达75%以上。
2.12按照螺母配车M800×4、M700×4螺纹, 保证配合尺寸, 锁紧螺母, 精车端面达要求。
2.13上中心架、找正工件上母、侧母达0.015mm/500mm长以内, 前、后A、B基准及后端面在0.01mm内, 半精车、精车, 以车代磨精加工1∶30圆锥面, 与卡盘内锥孔配研贴合度达75%以上, 精车端面至尺寸, 达要求。
2.14精车φ400×1∶4锥孔至尺寸、达要求。用塞规配研贴合度达75%以上, 大端接触。精车端面至尺寸、达要求, 保证间隙在0.08-0.10mm。 (15) 检查各部, 并做好记录。
3 加工中的技术难点
3.1 A、B2个1∶12圆锥面及1∶30齿轮用锥面的加工。由于主轴尺寸较大, 制作专用的工装检具, 一是设计制作时间长, 二是成本巨大, 三是精度高、难度大。为此我们采用按照轴承内环, 齿轮面内锥孔进行配作, 这样可以节约工装设计、制造成本, 缩短制造工期。因此在加工时, 首先要多次调整2-1∶12及1∶15锥面的锥度, 然后卸下主轴加工, 将轴承或齿轮安装到该面上检查贴合度是否达到要求, 两端用0.02mm塞尺检查不入。
3.2掉头加工大端时, 首先要安装好中心架, 选好支撑部位, 找正工件上母、侧母线并保证圆转和端面跳动达0.01mm以内。其次由于工件大端在前部, 主轴2/3以上的重量压在中心架上, 工件转动时摩擦力特别大, 加工时不仅切削热大、还会产生摩擦热, 导致工件发热 (内应力改变) 而变形。另外中心架支撑面触头会产生磨损, 会造成已加工面与正在加工的面不同心。所以要求工件进行充分的润滑和冷却。降低热量, 减小磨损和变形, 加工中必须密切监视, 观察基准的变化情况 (用百分表检查) 。发现异常, 及时停车进行零件调整、找正。保证工件达技术要求。卡盘与主轴结合用1∶30面, 必须按照卡盘锥孔进行多次配做加工, 将卡盘后端面向上放平, 将主轴立起。大端向下放入卡盘锥孔中, 检查贴合度, 按照检查的情况。调整刀架锥度, 再次车削锥度后检验, 直到达到技术要求。由于我们用的机床是产品, 未安装冷却剂回收系统。我们自行解决了冷却润滑的问题, 并且没有使装配现场环境受到污染。 (3) 前端面φ400×1∶4锥孔, 由于硬度高而工件大, 转速上不去, 线速度达不到要求, 表面粗糙度难以达到要求。经过多次调整, 改变刀具及切削用量, 最终才达到了技术要求。
数控主轴论文 第8篇
关键词：拉刀装置,故障原因,处理措施
1 拉刀装置简介
在具有换刀功能的主轴拉刀装置中, 刀柄采用是大锥度锥柄, 它既利于刀柄定心, 也可为松刀时带来方便, 其装置构造主要由拉杆, 弹性夹头卡爪, 碟形弹片和主轴气缸等组成。因为没有配备自动换刀的刀库设施, 均采用手动换刀, 在刀柄夹紧时, 碟形弹片通过拉杆及弹簧夹头卡爪夹住刀柄尾部拉钉后将其拉紧, 使刀具锥柄
与主轴锥孔紧密配合。在刀柄需要松刀时, 气缸活塞顶压顶杆, 顶杆通过调节螺钉推动拉杆并压缩碟形弹片, 使弹簧夹头卡爪胀开, 刀柄即可拨出以进行刀具的交换。在新刀装入后, 气缸活塞后移, 刀具锥柄又被碟形弹片回弹拉紧。执行松紧刀柄动作条件是:PLC可编程序逻辑控制器加工程序不在运行中, 并且主轴处于停止旋转状态。
2 主轴系统工作原理
见数控铣床主轴系统控制原理图所示。在机床的气路系统中, 主要包括过滤调压阀、气缸、常闭二位三通电磁阀、常闭三位五通换向阀、单向阀和安全阀等元件。常闭三位五通换向阀的滑阀YV3和YV2实现拉刀装置在松紧刀柄时, 对气缸活塞动作的控制, 过滤减压阀通过减压后, 经过常闭二位三通电磁阀的阀芯YV1来实现吹气, 以自动清洁主轴锥孔中的切屑和脏物。在冷却装置中, 主要包括冷却液箱、冷却泵电机、冷却液泵及减压阀等元件, 采用循环式装置, 使刀具在高转速切削加工时, 保证有良好的散热冷却效果。
3 存在的问题
铣床在发生故障时, CRT显示器或LED指示灯一般可给出故障报警号和显示相应的信息提示, 在设备操作手册中都有详细的报警号、报警内容和处理方法, 根据这些报警号查找故障原因进行处理。为满足零件加工不同工序的需要, 刀柄必须频繁用手动装卸交换, 在进行松紧刀具锥柄时, 偶尔会发生拉刀装置失灵, 造成主轴无法正常旋转。其故障表现为:一是CRT显示器给出报警号提示刀柄无法取出, 二是按动控制面板K4健后不能夹紧刀柄。
4 故障原因分析
铣床出现不能松刀动作故障现象表现为, 按下控制面板K4健, 对应的HL4指示灯不亮, 刀柄处在紧刀状态, 按动RESTE复位键, 仍不能消除其故障报警, 经分析其原因有: (1) 刀柄尾锥拉钉长度不够, 气缸活塞虽已运动到位, 但仍未将刀柄压出。 (2) 调节螺钉位置起了变化, 拉杆向下行程满足不了松刀要求。 (3) 拉杆已变形和磨损, 移动受阻被卡滞不到位。 (4) 弹簧夹头卡爪不能全部胀开。检查机床气源控制压力, 气压表读数显示在0.6～0.7 MPa正常范围, 分水过滤器无堵塞, 出现无法卸下刀柄, 可能与气缸活塞动作不到位有关。在解体后拆卸下气缸, 用机床气枪分别在其两端口吹气, 气缸活塞伸缩动作灵活, 并活塞行程能够到位, 气缸动作正常无漏气。在检查中发现, 调节螺钉的锁紧螺母有所松动, 其伸出位置发生变化, 拉杆向下动作被限未能到位, 造成刀柄尾锥拉钉仍被弹簧夹头卡爪紧抱无法退出。同时用以固定限位开关的螺钉也有所松动, 其位置触头比以前稍微滞后。铣床出现不能夹紧刀柄故障现象表现为, 按动控制面板K4健后, 其对应的HL4指示灯一直闪烁, 表明刀柄仍处在松刀未夹紧状态。按下K1启动健, 主轴被锁不能旋转, CRT显示“700000刀具未夹紧, 主轴禁止运行”报警号和信息提示。经分析其原因有: (1) 限位开关触头位置出现变动。 (2) 弹簧夹头卡爪损坏。 (3) 碟形弹片破损失效, 导致其回弹力减小。拆卸拉刀装置检查, 发现因碟形弹片长期使用, 大部分已产生疲劳破损, 不能推动拉杆向上运行, 导致对刀柄拉紧力下降。在检查中又发现, 拉杆端面锥形喷气嘴和调节螺钉锥孔产生变形, 拉杆表面磨损严重并有拉伤痕迹, 阻碍其向上回位, 造成弹性夹头卡爪夹持力不够大, 不能拉动和夹紧刀柄拉钉。
5 采取处理措施
在拆卸解体拉刀装置过程中, 发现主轴套筒前端轴承法兰盘预紧螺钉有所松动, 使其与轴承间的游隙量变大, 产生轴向窜动。调节螺钉端面锥孔口撞击变形严重, 与拉杆锥形喷气嘴吻合错位。定位紧固调节螺钉的锁紧螺母出现松动, 其伸出量位置距离缩短, 气缸活塞杆行程虽已到位, 松卸刀时刀柄在主轴中压出不够无法取下。采取处理措施是:加强对主轴前端轴承法兰盘的预紧, 并调节适当游离量, 使其压在轴承端面, 然后拧紧预紧螺钉。重新更换调节螺钉, 将其调整到正常的伸出位置长度, 并用锁紧螺母拧紧, 再用紧固螺钉锁死定位, 保证气缸活塞松刀行程到位后, 能推动拉杆向下胀开弹簧夹头卡爪, 使刀柄在主轴中压出。再者由于机床在加工中易产生振动, 造成松刀限位开关紧固螺钉松动, 使气缸活塞上的压板与松刀限位开关触头并没有完全压合, 需要调整其正确位置重新确定, 其调整方法为:按下控制面板K4松刀键, 使气缸活塞伸长保持在松刀位置, 松刀限位开关触头紧贴气缸活塞上的压板, 当控制面板上指示灯HL4明亮后, 其所在位置得到确定。
刀柄尾锥拉钉不能被拉住, 刀柄夹不紧, 造成主轴被锁不能旋转。在拆卸解体拉刀装置中, 发现主轴锥孔表面有少许碰伤, 使其与刀柄锥面配合不良, 有微量偏心。碟形弹片大部分已破碎变形, 弹力疲劳失效。拉杆表面磨损划伤严重, 端面锥形喷气嘴长度产生缩短变形, 刀柄末能被拉杆完全拉紧, 有少许窜动现象。紧固刀柄弹簧夹头卡爪的紧箍钢丝已断裂。采取处理措施是:研磨主轴锥孔表面, 保证刀柄锥面与主轴锥孔接触配合面大于85%。重新加工修光拉杆表面拉伤划痕, 整形修复被撞击变形的拉杆锥形喷气嘴, 保证能与调节螺钉端面锥孔配合不产生错位。并将弹簧夹头卡爪钢丝重新加以紧箍。对已破碎变形的碟形弹片进行更换, 并调整好其叠加位置和高度。回装后重新启动机床, 把刀具锥柄装入主轴后, 按动控制面板K4键, 刀柄被紧刀夹紧, HL4指示灯报警消除, 主轴恢复了正常运行。
6 结语
数控机床是一种自动化程度高、机械结构较复杂的加工设备, 要充分发挥机床的高效益, 就必须正确操作使用和精心维护, 这样则可防止设备产生非正常性磨损, 保持其在良好的技术性能状态, 延缓劣化进程, 保证安全运行。
参考文献
[1]彭跃湘.数控机床故障诊断及维护.清华大学出版社, 2007.6
数控主轴论文 第9篇
一、变频主轴的工作原理
数控机床的主轴控制方式主要有两种, 即伺服主轴和变频主轴。伺服主轴又叫串行主轴, 是指以串行通信方式传送控制信号而组成驱动系统的形式, 串行主轴系统由主轴伺服驱动模块和主轴伺服电机组成。变频主轴采用模拟量作为主轴的速度信号, 变频主轴系统通常由三相异步电机、变频器和脉冲编码器组成, 其电气控制原理如图1所示。
图1中主轴电机三相U、V、W经带过载保护的空气开关QM接入变频器R、S、T, 变频器的输出端接主轴电机。CNC发出一个0~10V模拟量的电压作为主轴旋转控制信号, 电压的高低决定了主轴的转速高低, 这一控制信号由CNC的JA40接口输出到三菱变频器的转速信号接入端。主轴的转向由变频器的STF、STR和SD端子控制, SD端为24V电压, PLC信号Y0.0输出高电平 (24V) 时, 中间继电器KA1通电, 其常开触点闭合, SD端24V电压接入变频器STF端, 主轴实现正转。PLC信号Y0.1输出高电平时, 中间继电器KA2通电, 其常开触点闭合, SD端24V电压接入变频器STR端, 主轴实现正转。主轴上安装有独立编码器, 编码器的反馈信号接入CNC的JA7A接口, 用于主轴的转角位移和转速控制。
二、变频主轴常见故障诊断与维修
1. 主轴不转
(1) 主轴速度信号输出故障。CNC装置JA40接口没有模拟量输出或者速度信号传输有故障, 致使信号没有接通。JA40接口如果没有输出, 根据系统报警信息进一步检查CNC是否故障, 重点检查主轴启动条件如润滑和冷却等是否满足要求。
(2) 主轴转向信号不良。如果主轴转向信号不良, 主轴也无法运转。若不能正转, 在MDI方式下运行主轴正转指令, 检查PLC输出信号Y0.0是否为高电平, 若是低电平, 则是PLC输出故障。若为高电平, 则观察电柜中继电器KA1是否动作, 如KA1线圈没有得电, 则检查PLC输出信号Y0.0是否断线, 若KA1线圈正常得电, 则可能继电器KA1坏、KA1触点接触不良、触点上电源断线。
(3) 主轴电机电源缺相。电机不转且没有声音为电源或绕组有两相或两相以上断路, 首先检查电机电源输入端是否有电压, 如果三相电压平衡, 那么故障在电机本身, 可检测电机三相绕组的电阻, 寻找出断线的绕组。电机不转但发出较闷的嗡嗡声则电源或绕组一相断路, 缺相的原因可能是电机供电回路中接触不良或断线, 查出断线处或接触不良, 并连接牢固。
(4) 主轴电机损坏。若接入电源正常空载下电机仍不转则说明电机损坏, 原因一般由于缺相、过载运行、绕组接地、绕组相间和匝间短路故障引起。接地故障的检测方法:用摇表检测电机绕组对地的绝缘电阻, <0.2MΩ时, 说明电机严重受潮。用万用表电阻挡或校验灯逐步检查, 如果电阻较小或者校验灯较暗, 说明该项绕组严重受潮, 需要烘干处理, 如果电阻为零或者校验灯接近正常亮度, 那么该项已近接地了。绕组接地一般发生在电机出线孔、电源线的进线孔或绕组伸出槽口处, 对于后一种情况, 若发现接地并不严重, 可将竹片或绝缘纸插入定子铁芯与绕组之间, 如经检查已不接地, 可包扎并涂绝缘漆后继续使用。绕组短路故障的检测方法: (1) 利用兆欧表或者万用表检查任意两相间的绝缘电阻, 如发现<0.2MΩ或为零, 说明是相间短路 (检查时应将电机引线的所有连线拆开) 。 (2) 分别测量三相绕组的电流, 电流大的为短路相。 (3) 用短路探测器检查绕组间短路。 (4) 用电桥测量三相绕组电阻, 电阻小的为短路相。
2. 主轴转速与指令值不符
(1) CNC装置JA40接口输出的0~10V的模拟量控制电压偏离转速指令对应的数值。此时首先检查CNC装置输出的模拟量电压是否正常, 如不正常则检查模拟量输出电缆连接是否松动。如果模拟量电压输出正常, 则检查CNC装置和变频器的参数是否设置正确。
(2) 主轴电机的负载过大或主轴的转速极限值设定太小而造成主轴电机过载。此时检查主轴负载和主轴转速极限参数设定是否合适。
(3) 编码器速度反馈信号故障。此时检查编码器速度反馈信号电缆是否断线或接触不良。
(4) 当CNC没有输出速度指令时, 主轴有往返运动。这种现象大多是因为电磁干扰、屏蔽和接地不良造成的, 因此要检查电源进线抗干扰措施是否有效, 包括信号线和反馈线的屏蔽、走线是否强弱电分开、接地电阻是否正常。
3. 主轴转速与进给不同步
故障表现为数控机床进行螺纹切削, 攻螺纹加工动作时, 出现螺纹乱扣。原因一般为脉冲编码器故障, 造成反馈信号异常。此时检查编码器以及反馈信号线。
4. 变频器故障造成主轴运转异常
(1) 变频器过流报警。可能原因有参数设置不当, 如变频器加速时间设置过短, 则变频器输出频率的变化远远超过电机频率的变化, 变频器启动时, 因过流而跳闸。依据不同的负载情况相应地调整加速时间, 就能消除此故障。输出负载发生短路, 检测电路的损坏也会显示过流报警, 其中霍尔传感器受温度和湿度等环境因素的影响, 工作点漂移可能引发过流;主轴负载过大如机械卡死也会引起过流。
(2) 变频器欠压和过压报警。可能原因是主电源或变频器检测电路损坏引起, 也有变频器参数设置不当引起的。如果过压出现在停机时, 主要原因可能是减速时间太短 (若无制动电阻及制动单元) 电机转速大于同步转速, 转子电动势和电流增加, 使电机处于发电状态, 回馈的能量流回直流环节, 使直流母线电压升高。
数控机床的故障复杂多样, 变频主轴的控制涉及变频器、低压电器、PLC和传感器等多学科知识, 要求维修人员熟知主轴的控制原理以及常用检测工具的使用, 根据故障现象的分析, 罗列成因, 确定合理的诊断与检测步骤, 以便迅速排除故障。
参考文献
[1]龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例[M].北京:机械工业出版社, 2004
[2]徐衡.数控机床维修[M].沈阳:辽宁科学技术工业出版社, 2005
[3]朱仕学.数控机床系统故障诊断与维修[M].北京:清华大学出版社, 2007
数控主轴论文 第10篇
【关键词】数控机床；驱动系统；西门子6RA70直流驱动；改造
0.引言
7寸数镗控铣床是我公司燃机车间一台关键的数控加工设备，是上世纪70年代美国LUCAS公司的产品，其主轴控制单元采用了美国GE公司的直流驱动统，该控制单元是由主控板、磁场板、接口板和电源板组成，采用了大量的分立元件，经过几十年的运行，元件已经老化，备件严重缺乏，故障率很高，给我们维修工作带来了极大的压力，为提高生产效率，急需对其进行改造。
1.西门子6RA70直流驱动特性
西门子6RA70系列全数字直流控制器为全数字紧凑型整流器，输入为三相电源，可为变速直流驱动提供电枢和励磁供电，额定电枢电流从15A至2000A。紧凑型整流器可以并联连接，提供高至10000A的电流，励磁电路可以提供最大40A的电流，所有6RA70装置均配备一个安装在整流器门上的简易操作面板PMU，PMU也具有根据RS232或RS485标准同USS接口的连接器X300。操作面板提供了为了启动整流器所需进行的调整和设定及测量值显示的所有手段。西门子6RA70采用（C163和C167）两台高效能的微处理器承担电枢和励磁回路所有的调节和传动控制功能。控制软件以控制功能块的形式存放在Flash-EPROM中，通过参数设置，可以方便地将软件所提供的程序块“连接”起来，实现各种驱动控制功能、逻辑控制功能等。
2.驱动器选型及电路设计
为了降低改造成本，我们保留了原主轴直流驱动电机、测速机以及用于主电机冷却的风机，其主要参数为：电机额定功率—75HP；电机额定电压—220V；电机额定电流—260A；电机额定转速—2700r/min；额定励磁电流—7.4A；额定励磁电压—120V；测速机最大转速—5000r/min；测速机输出电压—50V/1000r。
经过参数比较，最后选用驱动器的型号是西门子6RA7078-6DV62。其主要技术参数为：电枢额定电压—3AC400V（+15%/-20%）；电枢额定输入电流—233A；励磁额定电压—2AC400（+15%/-20%）；额定直流电压—485V；额定直流电流—280A；励磁额定直流电压—325V（MAX）；励磁额定直流电流—15A。
主电路及励磁回路均有快速熔断器和进线电抗器，交流110V控制电源利用了原电器柜的110V电源，直流24V控制电源选用了24V5A开关电源。下面简要说明一下6RA70装置与此次改造相关端子的定义及接线说明：
1U1、1V1、1W1—电枢电源输入。3AC380V（进线端接快速熔断器、电抗器）。
1C1（1D1）、1D1（1C1）—电枢回路电动机连接。接直流电机电枢端子。
3U1、3W1—励磁电源连接。2AC380V（进线端接快速熔断器、电抗器）。
励磁绕组连接。3C、3D—接直流电机励磁端子：6031、6032。
5U1、5W1—进线电压400V。2AC380V。
103、104—测速机连接8V～270V；模拟量地M。接测速机端子：6039、6040。
1、4—基准M；可设置输入主给定值。给定输入：接FAGOR8025CNC数控系统；主轴给定端子：6037、6038。（—10V～+10V）。
12、13—实际电流；模拟地M。接电流表：用来实时监视动机电流。
34、35—电源（输出）；数字地M。24VDC。
36—可设置输入开关量1。用于主轴JOGCW
37—电源的合闸/分闸：高电平信号（合闸）；进线接触器闭合+（端子38为高电平），按照斜坡函数发生器的斜率加速至运行速度；低电平信号（分闸）。用于主轴START/STOP。
38—运行使能，高电平信号：调节器使能；低电平信号：调节器禁止。
39—可设置输入开关量2。用于主轴JOGCCW。
46、47—可设置输出开关量1；地M。用于驱动系统故障报警。
48、54—可设置输出开关量2；地M。用于主轴电机零速检测。
109、110—进线接触器用继电器。用作主回路上电确认。
106—安全停车用电源（输出）。24VDC。
105—安全停车开关。与106连接。
107—安全停车按钮。常闭接点接数控系统E-STOP
108—安全停车复位。常开接点接系统复位开关。
3.参数设定及调试
西门子6RA70直流驱动器对参数的设置是通过安装在整流器门上的简易操作控制面板（PMU）来实现的。简易操作控制面板安装在整流器门上，它由5位7段显示板和三个状态指示LED及下面的三个参数键组成。所有为启动整流器所要采取的调整，设置均可通过简易操作控制面板来实现。
访问授权：P051=0（参数不能更改）；P051=40（参数可以改变）；P052=0（只显示不是工厂设定值的参数）；P052=3（显示所有参数）。
根据西门子6RA70系统的P参数设定说明，通过对电源及电机铭牌等参数的测定和计算，其主要参数设定如下：P076001=100；P076002=50；P078001=240；P078002=380；P082=2；P083=1；P100=260；P101=240；P102=7.4；P114=10；P741=260；P430=0010；P431=0410；P771=0106；P772=0164。
主要参数设置完成后，将对驱动系统进行通电调试和最优化设置。6RA70的自优化功能可通过P51参数设定：P051=25（电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行）；P051=26（速度调节器的优化运行动）；P051=27（励磁减弱的优化运行）；P051=28（摩擦和转动惯量补偿的优化运行）。
通过优化和调整参数达到装置与电机及负载之间的较佳匹配。6RA70的监控与诊断功能可通过操作面板修改所有的参数。励磁回路采用电流反馈的闭环调节器，以保证励磁电流稳定，同时可对电机的励磁特性进行测量，以实现最佳弱磁升速特性。通过开关量输入输出信号与控制系统进行联锁逻辑控制，通过整体调试完成对主轴电机调速的最佳控制。
该机床的数控系统是西班牙FAGOR8025CNC数控系统，是采用了内置PLC加外置PLC64控制模式，主轴控制单元有部分I/O受控于PLC，分别是：I69—主轴故障报警；I81—主轴零速检测；O61—主轴CW；O64—主轴CCW；O62—主轴JOGCW；O63—主轴JOGCCW。
在调试过程中，发现主轴换挡无法完成，换挡程序自动中断，PLC程序报警，经检查发现：I81（零速检测信号）和PLC的要求不匹配，PLC程序要求，主轴零速时I81=1；主轴非零速时I81=0。经更改参数P772后，使I81满足了PLC程序的要求，主轴换挡顺利完成；在调试和优化设置完成后，手动设置参数P303=3；P304=3，以调节主轴电机加减速时间；设置参数P401=-3；P402=3，以满足主轴JOG运行的速度。
现在，7寸数控镗铣床主轴控制系统运行正常，基本上实现无故障运行。 [科]
【参考文献】
[1]张欣波，辛艳东.普通镗铣床的数控改造[J].经济技术协作信息，2003.
[2]王文龙，王海龙.西门子6RA70型直流调速器在轧机中的应用[J].金川科技，2010.
浅议数控机床主轴系统动态特性分析 第11篇
1 机床主轴动态研究的内容
机床的动态性能包括机床的固有频率和主振型, 所以在进行动态研究时主要研究的是机床的振动。比如对于受迫振动通过研究看是否能够避开共振, 对于自激振动, 主要是通过研究能否有效避开撤销颤振产生的力。
对车床主轴的建模, 目前主要有二种方法:一是通过建立系统结构的动力学微分方程, 通过解耦方法求解方程组的特征值和特征向量, 来获得机床的模态参数;或者是通过各种分析软件来建立主轴系统的有限元模型, 通过对模拟模型的分析来得到主轴系统的动态特性参数。二是通过实验测试的方法来得到结构系统在信号激励下的各部分相应, 通过参数识别的方式来得到机床和主轴的固有频率及振型。
2 模态分析方法的选择
实验模态分析时认为对系统结构施加一定的激励信号, 把系统结构上各测定点的激振力信号和相应信号采集后, 经过系统的频响函数的分析来获得系统结构的固有动态特性参数。然而不同参数的识别方法对系统结构的频响函数测试的要求也不同。
正则振兴实验法:该方法是通过对个激振器对系统进行正弦激励, 当激振信号矢量被调到系统某阶振型的倍数时, 就可以得到系统的一阶模态振型, 直接获得系统的模态参数。此方法测试的结果精度高, 但对测试仪器和操作人员的实验技术要求较高。
频响函数法:该方法是在结构的一个固定点上进行激励, 在结构的其它测定点上依次测定相应信号, 然后把这些测定的信号, 经动态信号分析仪转换成频域的频谱, 再通过与数学模型进行曲线拟合就可以从频响函数中求出系统的模态频率及阻尼比。该方法能够从一个激励点激励出系统的全部模态, 测试的时间相对较短、方便。
3 模态参数的识别
在建模后, 我们需要采用模态参数来描述系统的动态性能。因此, 模态参数识别的主要任务使通过对测试得到的数据进行分析与计算来确定振动系统的模态参数。其中最具代表性的就是频域法和时域法。
峰值拾取法:此方法是以假定响应的公路谱峰仅有一个模态确定为前提, 用结构响应的公路谱代替频响函数, 系统的固有频率可有平均响应功率谱的峰值得到, 用工作绕度近似代替系统的振型。此方法无法辨别密集模态, 也无法辨别系统的阻尼, 仅适用于实模态或比例阻尼的结构。
时域法:该方法是以粘性阻尼多自由度系统的自由响应为基础, 通过对各个的测定点的自由振动的响应信号进行采集, 通过建立自由振动响应矩阵及数学模型来求出系统的特征值和特征向量, 在通过模态识别的方法识别出各模态参数。其基本原理是通过模拟实验测试所得的系统衰减系统衰减响应信号提取模态参数, 看起来比较简单, 但需要测试系统对应的n个自由度的响应, 测试工作量极大。
4 振动测试点的选择
4.1 悬挂位置的选择
在做试验时, 一般都是希望将试件的悬挂点选择在振幅较小的位置, 为此需要预先确定最佳的悬挂位置。对于单点激励, 激励点p和测试点l之间的频率响应函数为:
在求解时, 假设各阶模态阻尼近似相等, 则第j个自由度的平均驱动自由度位移为:。如果仅仅要求测试一阶摩天, 则最佳悬挂位置在该节模态的节点处。
4.2 激励位置的选择
激励点应该避免选择在最佳激励点的值等于0的位置, 因为在该点处某些模态将不能被激发出来。当使用锤击法时, 还应避免选择平均驱动自由度位移值较大的点, 否则容易产生连击的现象;使用激振器激励时, 也要避免以上两点, 因为激振器附加质量的影响较大。
4.3 测试点的选择
在有限元模型中, 数学模型的自由度远大于系统结构试验模态的自由度。因此使用模态阵型通常要比模态试验分析获得的模态阵型完整。因此通常是构造一向量使从测试点估计模态坐标的估计误差的协方差最小。该向量中较小分量所对应的自由度可以除去的不很有效的自由度, 而该向量中较大分量所对应的自由度是应该保留的有效的自由度。
机床主轴的动态特性分析, 在提高机床的性能方面具有极其重要的作用, 但由于我国在这方面的研究起步比较晚, 与发达国家还存在着一定的差距, 本文就当前的技术进行了总结, 希望可以为大家提供一定的参考。
参考文献
[1]高尚晗, 孟光.机床主轴系统动力学特性研究发展[J].振动与冲击, 2007, 26 (6) :103.
[2]梁双翼.高速加工中心关键功能部件静动态特性分析[D].武汉:华中科技大学, 2006.
[3]梁志强.加工中心整机试验模态分析及主要结合部参数识别方法研究[D].昆明:昆明理工大学, 2004.