2015/4/16 17:21:10
为了提高主轴低速时的输出转矩，满足主轴低速大转矩的切削要求，在大中型数控机床中，主轴通常采用2级或3级齿轮换挡传动口相对于数控车床而言，数控铣床伽工中心)主轴换挡是系统自动根据主轴指令转速判别和更换挡位的，自动化程度更高，一旦出现故障，则可能涉及数控系统、机械、电气、液压等多方面原因，故障诊断更复杂。要解决好此类故障，维修人员必须掌握数控铣床伽工中心)主轴换挡的控制原理、常见故障的诊断方法及实际处理过程C下面以台湾协宏机床厂一龙门铣床鲤置FANUC1ilVIB数控系统)为例，介绍数控铣床伽工中心)主轴齿轮换挡切换传动原理、主轴换挡的系统参数设定、自动换挡PMC控制以及典型故障的分析和诊断方法。
1 数控铣床主轴齿轮换挡切换传动原理
图1为台湾协宏机床厂某型龙门铣床的主轴自动换挡结构简图口该机床主轴为2级齿轮换挡传动:主轴电动机8与主轴箱的电动机轴b连接，通过电动机轴上的齿轮与滑移齿轮的大齿轮5啮合，把主轴电动机转速传到主轴箱，再通过主轴箱的中间轴上的滑移齿轮的大齿轮5与主轴上的小齿轮10啮合，实现主轴高速挡控制:滑移齿轮上的小齿轮4与主轴上的大齿轮2啮合，实现主轴的低速挡控制。
龙门数控铣床结构
主轴高速和低速挡位的切换控制采用液压拨又来实现自动控制，具体结构如图2所示。图中为空挡状态。当主轴速度要切换到高速时，液压缸4高速口进油，液压缸活塞杆5上移，通过换挡带动环3带动液压拨叉传动轴9移动，从而带动滑移齿轮2上移，滑移齿轮上的大齿轮与主轴上的小齿轮啮合，实现高速控制，同时高速挡到位开关6接通，向系统发出高速挡到位信号，完成主轴高速挡切换控制。当主轴速度要切换到低速时，液压缸4低速口进油，液压缸活塞杆5下移，通过换挡带动环3带动液压拨叉传动轴9移动，从而带动滑移齿轮2下移，滑移齿轮上的小齿轮与主轴上的大齿轮啮合，实现主轴低速控制，同时低速挡到位开关8接通，向系统发出低速挡到位信号，完成主轴低速挡切换控制。
自动换挡
2 数控铣床主轴齿轮自动换挡相关系统参数设定
数控铣床伽工中心)主轴换挡切换一般采用A1型换挡系统参数3706 #4=。)，即数控系统依据5指令和各挡位切换参数，确定主轴挡位，并将挡位信号送到PAM:，由PA4C控制换挡机构进行换挡口因此，为确保换挡正常，应首先根据机床设计要求正确设定相关挡位切换参数。
该数控铣床主轴电动机为α1216000i，电机最高转速为6 (1130 rlmin口高速挡主轴与主轴电动机之间的齿轮传动比为1.卜低速挡主轴与主轴电动机之间齿轮传动比为1:4.950机床主轴设计转速为20~5000r/min，低速挡速度范围为10~899r/min，高速挡速度范围为9000~5000r/min。主轴采用M型换挡的换挡方式B系统参数3705 #R2=1)，相关换挡系统参数设定内容如图3所示。
换挡系统参数设定
系统参数4 02f1设定主轴电动机的最高转速，电机最高转速为6 000r/in，则该参数设为6000。
系统参数3 741. 3 742分别设定主轴电机最高转速时1挡和2挡低速挡和高速挡)的主轴转速。因电机最高转速为6000r/min,低速挡传动比为1:4.95，高速挡传动比为1 : 1,则参数3 741设定值=6000*1/4.95=1 212，参数3 742设定值=6000*1/1= 6 000。
系统参数3 751设定1挡切换至2挡时的主轴电机速度，单位为脉冲，按下式设定:
设定值=齿轮换挡时的主轴电机速度*4 095/主轴电机的最高转速
因主轴第1挡切换速度为899rlinin，传动L七为4. 95 ,则参数3 751设定值=(899*4.95/6 000)x 4 0195=3 0137。
参数3 735和3 736分别设定主轴电机下限速度和上限速度，单位为脉冲口该机床主轴最小转速为1C1 rlinin,最高转速为5 000 r/min，则参数3 735设定值=(10 * 4. 95/6000)x 4 0195=34，参数3 736设定值=(5000*1/6000)*4095= 3 412
另外，系统在换挡时必须控制主轴电动机以低速的换挡速度进行旋转或正反摆动，以防止换挡时出现顶齿和打齿现象口将系统参数37015 #1设置为“1”则系统参数3 732设定换挡时的主轴电动机速度，单位为脉冲。对干串行主轴，该参数按下式设定:
设定值=齿轮换挡时的主轴电机速度*16383/主轴电机的最高转速
假定主轴换挡时的电动机速度按电机下限速度计算，则参数3 732设定值=(10 x 4. 95/6 000 )*16 383=135。
3 数控铣床主轴自动换挡PMC控制
4)主轴齿轮自动换挡控制流程
①系统发出主轴挡位信号
当系统读到加工程序中的主轴速度指令6码)时，则根据参数3 751设定的速度切换数值，发出相对应的挡位信号抵速挡信号为F34. 0、高速挡信号为F34. 1)。如图3所示，当主轴速度指令数值小于A范围内时，系统将F34. (1置1 , F34. 1置0;当主轴速度指令数值大于等干A时，系统将F34. (1置0,F34. 1置1。
②通过实际挡位检测信号的判别，发出换挡请求指令
PMC对挡位检测信号进行检测，并判断系统挡位信号与实际挡位检测信号是否一致，若不一致，则发出换挡请求指令。将主轴停止信号*SSTP很日将G29. fi置0)送至CNC，并发出SOR信号将G29. 5置1，请求主轴以换挡速度运转)。
③执行换挡控制
系统接到PML:发出的5i)R信号(}29. 5 )，控制主轴电动机以换挡速度旋转或正反摆动，速度到达后发出检测到低速信号SDTii (F45. 2 ) , Pb'IL;随之发出换挡控制信号，驱动相应的液压阀控制线圈动作，实现主轴挡位的切换口
④主轴换挡切换完成
当主轴挡位信号与实际挡位检测信号一致时，PMC输出辅助功能代码完成信号FIN G4. 3，液压阀控制线圈断电，系统依据新挡位驱动主轴电动机，实现主轴的速度控制口
(2)主轴齿轮自动换挡控制PMC程序
主轴齿轮自动换挡控制F4.2程序如图4所示(程序做了简化处理)F4.2为5功能选通信号，X11.2, X11.0分别为低速挡、高速挡挡位检测信号，Y6.2. Y6.3分别为低速挡、高速挡电磁阀驱动信号。执行5指令时F7.2置1)，如果指令速度在低速挡内(F3.4置1 , F34. 1置(0)、实际挡位却不在低速挡X11. 2为(1)，则需要换低速挡，G29.6失电为0.即禁止主轴以指令速度运转，G29.5置1，即使主轴以换挡速度运转，当速度达到换挡速度时(F45. 2置1),驱动低速挡电磁阀进行换挡动作，当到达低速挡位时X11.2为1)，低速挡电磁阀失电(Y6.2置0)，换挡完成G4.3置1)。同理可完成高速换档摔制。
梯形图
4 主轴自动换挡典型故障表现形式及其诊断
4)主轴在需要换挡时不执行换挡动作，电机一直以较低速度旋转口
主要原因有:
①换挡驱动控制电路故障，如1'Af i}输出接口损坏、控制电路的继电器、液压电磁阀线圈故障等。
②换挡的液压回路故障，如液压回路泄漏、液压元件不良等。
③自动换挡驱动机构的机械故障。
2)主轴