普通車床數控改造主軸電機控制設計及故障維修

李春勤，葛平海，劉世忠

（1.山東省日照市科技中等專業學校實訓部；2.山東五征集團有限公司人力資源部；3.山東省日照市科技中等專業學校數控技術系，山東 日照 262300）

普通車床數控改造具有很好的經濟社會效益，改造后用于職業技術學校加工制造類專業實訓很實用，作者用KND100i-D數控系統對普通車床進行了數控改造設計，數控系統執行M03、M05或M04指令則主軸正轉、停轉或反轉，也用ZD-15直流電子制動器對主軸電機M05停轉進行了制動設計改造。使用一年后曾出現故障，現有職業教育、本科教育相關教材等書籍并沒有論述相關故障維修，不少企業也很缺乏數控機床故障維修人才，這也是職業技術教育加工制造類專業教學需要解決的問題，作者查閱文獻[2][3][4][5]，進行了現場測試研究，解決了故障維修問題，今做介紹，具有推廣借鑒意義。

1 數控系統持續信號控制三相交流電機設計原理

KND100i-D數控系統采用圖1所示持續信號控制主軸三相交流電機原理如下：圖1(c)數控系統執行M03，直流繼電器J1線圈帶電，J2、J3不帶電，圖1(b)中直流繼電器J1常開觸點閉合，交流接觸器KM1線圈帶電，圖1(a)中直流繼電器J1常閉觸點斷開，交流接觸器主觸點KM1閉合，電機M正轉。

圖1(c)數控系統執行M05再執行潤滑指令M32（M31為停止潤滑指令），直流繼電器J1、J2線圈均不帶電，J3線圈帶電，圖1(b)中直流繼電器J1、J2常開觸點均斷開，交流接觸器KM1、KM2線圈均不帶電，圖1(a)中交流接觸器主觸點KM1、KM2均斷開，電機M停轉。圖1(a)中J3常開觸點閉合，電子制動器ZD-15 C點與24V接通，B1、B2接通，圖1(b)交流接觸器線圈KM3帶電，圖1(a)中主觸點KM3閉合，電子制動器輸出直流電壓至三相交流電機，致使電機制動至設置的時間后，B1、B2斷開，電機停止制動。

圖1(c)數控系統執行M04，直流繼電器J2線圈帶電，J1、J3不帶電，圖1(b)中直流繼電器J2常開觸點閉合，交流接觸器KM2線圈帶電，圖1(a)中直流繼電器J2常閉觸點斷開，交流接觸器主觸點KM2閉合，電機M反轉。

圖1所示數控改造后，加工程序編制思路為：

N0010 M31 J3繼電器線圈斷電

N0020 M03 主軸正轉

圖1 數控系統持續信號控制三相電機原理圖

2 數控車床主軸控制故障測試與維修

如圖1所示普通車床數控改造后，使用效果很好，自動化程度和生產效率均大大提高了，但使用一年后出現了故障，今論述維修。

2.1 數控系統執行M03主軸不正轉

按操作面板上的主軸正轉鍵，依次觀察圖1所示(c)(b)(a)區域繼電器和交流接觸器帶電動作情況，發現(c)圖所示區域直流繼電器J1線圈帶電觸點動作發出響聲，J2、J3直流繼電器觸點均不動作，也不發出響聲，說明故障不在(c)圖區域。再看(b)圖所示區域，按主軸正轉鍵，交流接觸器KM1觸點不動作，沒有發出聲音，說明其線圈沒帶電或損壞，仔細檢查發現其線圈接線脫落，重新接好恢復正常。

這就是按區域找故障維修法，如按主軸正轉鍵，J1直流繼電器線圈不帶電，觸點不動作，則故障在(c)區域；如果J1直流繼電器線圈帶電，觸點動作；KM1交流接觸器線圈也帶電觸點動作；但電機不轉則故障在(a)圖所示區域。這就是分區域檢查故障的方法。

2.2 曾出現數控系統執行M03主軸時轉時不轉故障

按操作面板上的主軸正轉鍵，依次觀察圖1所示(c)(b)(a)圖所示區域的直流繼電器或交流接觸器帶電動作情況？發現(c)圖所示區域直流繼電器J1觸點也時常動作發出響聲，則其線圈時帶電時不帶電；再觀察交流接觸器KM1的觸點也是時常動作發出響聲，則是其線圈時帶電時不帶電，致使電機時轉時不轉。

所以先從(c)圖所示區域找原因，按數控系統操作面板上主軸反轉鍵，則直流繼電器J2、交流接觸器KM2也存在類似情況，致使電機時反轉時不轉，測試24V直流電源是16.5V，換一個好的直流電源，故障排除，電機運轉很正常。

繼續找原因，該數控車床開始加工鑄鋁件，是塑性材料，為帶狀鐵屑，后來加工鑄鐵件為脆性材料，鐵屑為粉末狀，不少粉末狀鐵屑進入了直流電源，影響了其性能，輸出電壓降低了，出現主軸時轉時不轉故障。安裝一個吸塵器，把粉末狀鐵屑吸走，再沒有出現類似故障。

2.3 數控系統執行M05、M32后主軸不制動

按操作面板上的潤滑鍵（即M32功能鍵），觀察圖1所示(c)(b)(a)哪個區域繼電器或交流接觸器帶電動作情況？發現(c)圖所示區域直流繼電器J3線圈帶電觸點動作發出響聲，J1、J2直流繼電器觸點均不動作，也不發出響聲，說明故障不在(c)圖區域。

再看(b)圖所示區域，按潤滑鍵，交流接觸器KM3觸點不動作，檢查B1、B2接線正確，再檢查(a)圖所示區域，發現直流繼電器常開觸點J3接線脫落，重新接好后，故障消失，制動正常了。

3 結語

本文論述的普通車床數控改造主軸控制及制動設計，使用效果很好，分區域檢查故障的方法具有思路清晰、檢查直觀等優點，對其他設備數控化改造電機制動均有借鑒意義，該設計和分區域檢查故障的方法，對提高職業技術教育加工制造類專業的教學質量也有指導意義。