《数控车床主轴及驱动故障与维修》毕业设计 已审

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1、武汉理工大学毕业设计 论文 第 1 页 共 27 页 目 录 摘 要 2 绪 论 4 1 数控机床主轴控制系统 5 1 1 数控机床主轴的结构 5 1 2 数控主轴特点及其性能要求 6 1 3 主轴调速方法 7 1 4 数控车床主轴故障与维修 7 2 数控车床主轴驱动控制系统 9 2 1 主轴驱动控制系统的概述 9 2 1 1 数控机床对主轴驱动系统的要求 9 2 1 2 主轴的驱动方式 10 2 2 主轴驱动系统 10 2 2 1 直流主轴驱动系统 10 2 2 2 交流主轴驱动系统 11 2 3 数控车床主轴驱动控制原理 12 2 3 1 三相笼型转子感应电动机的起动 12 2 3 2 三

2、相绕线型感应电动机的起动 14 2 3 3 感应电动机的电磁制动 16 2 4 数控车床主轴驱动故障与维修 18 3 数控车床相关变频器参数设置过程及优化 20 3 1 变频器矢量控制阐述 20 3 2 数控车床主轴变频的系统结构与运行模式 20 3 2 1 主轴变频控制的基本原理 20 3 2 2 主轴变频控制的系统构成 21 3 3 无速度传感器的矢量控制变频器 21 3 3 1 主轴变频器的基本选型 21 3 3 2 无速度传感器的矢量变频器 22 3 3 3 矢量控制中的电机参数辨识 22 3 3 4 数控车床主轴变频矢量控制的功能设置 23 结 论 24 谢 辞 25 参考文献 26

3、 武汉理工大学毕业设计 论文 第 2 页 共 27 页 数控车床主轴及驱动故障与维修 摘要 数控车床是将电子技术 测温技术 自动化技术 电子半导体技术 计算机技 术及机电一体化等集与一体的自动化设备 具有高精度 高效率和高柔性的特点 自从 1952 年第一台数控铣床在美国诞生以来 随着电子技术 计算机技术 自动控制和精密 测量技术的发展 数控机床得到迅速的发展和更新换代 在很多行业中数控车床设备处 于关键的工作岗位 若出现故障后不能及时维修及排除故障 就会造成较大的经济损失 因此 对于数控系统这样原理复杂 结构精密的装置进行维修很有必要 特别是在数控 车床主轴及驱动故障与维修这方面很重要 加强

4、数控车床主轴及驱动故障与维修的力量 就可以提高数控车床的可靠性 有利于数控车床的推广和使用 此毕业设计的内容包括 根据故障状态进行系统分析 将故障进行分类 对数控机床主轴控制系统的机械装置进 行分析 列出可能出现的原因 并拟定解决方案和实施过程 对数控机床主轴控制系统 的电气装置进行分析 列出可能出现的原因 并拟定解决方案和实施过程 全面了解数 控维修的方法和相关变频器参数设置过程及优化 查阅与数控机相关资料 如数控机床 数控故障诊断 数控维修等 关键词 数控车床 驱动故障 维护与维修 武汉理工大学毕业设计 论文 第 3 页 共 27 页 Numerical control lathe mai

5、n axle and actuation breakdown and service Abstract Abstract CNC lathe is an electronic technology temperature measurement technology automation technology electronic semiconductor technology computer technology and electromechanical integration collection and integration of automation equipment wit

6、h high precision high efficiency and high flexible characteristic Since 1952 first CNC milling machine was born in the United States since as the electronic technology computer technology automatic control and precision measuring technology development nc machine tools of rapid development and renew

7、al In many industries in CNC lathe equipment in key jobs if be in gasmalfunction can not timely maintenance and troubleshooting process can cause great economic losses So the numerical control system so complex the precise structure principle of equipment maintenance is necessary Especially in CNC l

8、athe spindle and its drive fault and maintenance of this respect is very important Strengthen the CNC lathe spindle and its drive fault and maintenance of power can improve the reliability of numerical control lathe be helpful for CNC lathe popularizing and use Key Key words words CNC lathe drive fa

9、ult maintenance and repair 武汉理工大学毕业设计 论文 第 4 页 共 27 页 绪 论 自从 1952 年第一台数控铣床在美国诞生以来 随着电子技术 计算机技术 自动控 制和精密测量技术的发展 数控机床得到迅速的发展和更新换代 数控技术的发展先后经历了电子管 1952 年 晶体管 1959 年 小规模集成电 路 1956 年 大规模集成电路及小型计算机 1970 年 和微处理或计算机 1974 年 等五代数控系统 前三代数控系统采用专用电子线路实现硬件式数控 一般成为普通数 控系统 简称 NC 第四代和五代系统是采用微处理器及大规模集成电路组成的软件式数 控系统 称

10、为现代数控系统 简称 CNC 第四代 和 MNC 第五代 由于现代数控系统的 控制功能大部分由软件技术来实现 因而使硬件得到进一步简化 系统可靠性提高 功 能更加灵活和完善 目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统 随着数控技术的发展 用通用微机技术开发数控系统可以得到强的力的硬件和软件 支持 这些软件和硬件是开放式的 此时的通用微机除了具备本身的功能外 还具有全 功能数控系统的全部功能 这是一条发展数控技术的途径 在很多行业中数控车床设备处于关键的工作岗位 若在出现故障后不能及时维修及 排除故障 就会造成较大的经济损失 因此 对于数控系统这样原理复杂 结构精密的 装置进行维修很有必要

11、 特别是在数控车床主轴及驱动故障与维修这方面很重要 加强 数控车床主轴及驱动故障与维修的力量 就可以提高数控车床的可靠性 有利于数控车 床的推广和使用 数控车床已经发展将近 60 年了 取得了非常大的进步 希望通过这次毕业设计使自 己对数控车床有足够的认识和了解 尤其能够掌握数控车床及驱动故障与维修这方面的 知识与技能 为了更具体的了解数控车床主轴及驱动鼓掌与维修 我们以华中数控星世纪车床为 例进行说明 武汉理工大学毕业设计 论文 第 5 页 共 27 页 1 数控机床主轴控制系统 1 1 数控机床主轴的结构 在数控机床中 不论是数控车床 钻床还是铣床 其主轴是最关键的部件 对机床 精度起着至

12、关重要的作用 主轴的结构与其需实现的功能关 加工及装配的工艺性也是影响其形状的因素 主轴端 部的结构已标准化 主轴头部的形状手册中已有规定 机床主轴的定位形式一般有两支承或三支承 以两支承的数控铣床主轴为例进行介绍 大部分机床主轴前端结构如图 1 1 所示 重点讨论主轴前支承部分 主轴前端支承 是由 3182100 系列轴承和一个能承受双向力的角接触轴承构成 国外有很多数控机床主 轴也采用这种结构 图 1 1 机床主轴前端结构 该结构对技术力量较强的厂家来说 凭经验进行合理的选配和调整 不会对精度产 生太大的影响 但这种结构在设计上存在不妥之处 当前面的 3182100 系列轴承 2 需要 预

13、紧时 要靠拧紧螺母 6 来实现 在装配前选配调整垫 1 时 因为主轴本身的加工等原 因 很难使调整垫 1 正好符合 3182100 系列轴承的预紧力要求 因为当各件都装上后 拧紧螺母 6 使 3182100 系列轴承开始预紧 但当轴承 2 的外端与调整垫 1 端面接触时 因轴承位置已经靠死 螺母拧不动 若轴承 2 未达到应有的预紧力时 将会影响主轴的 刚性和回转精度 在轴承精度已选好 且工件加工情况也良好时 从理论上分析前后轴承的调整对主 轴精度的影响 如果 2 所示 前后轴承最大径向跳动位于同一平面 并在主轴轴线的同 侧 表示主轴前端检验处的径向跳动 1 表示前轴承的最大径向跳动 2 表示后

14、轴 承的最大径向跳动 且 1 2 a 为主轴前支承到检验处的距离 L 为主轴前后支 承之间的距离 另一种情况 如图 1 2 所示 前后支承的最大跳动位于同一平面 但在主轴轴线的 两侧 主轴前端检验处的最大径向跳动为 且 1 比较两种情况可以得出以下结论 表明若使主轴前端检验处径向跳动最 小 应使其满足图 1 的条件 而应避免图 3 所示的情况 对图 1 所示的前支承调整环节 来说 要达到图 1 2 所示的情况是比较困难的 图 1 2 轴承 武汉理工大学毕业设计 论文 第 6 页 共 27 页 图 1 3 主轴轴承 轴承的间隙是影响主轴回转精度及刚度的重要因素 然而轴承在预紧过程中 若间 隙过小

15、 容易引起主轴轴承过热 若间隙过大 又会影响回转精度 所以用图 1 3 所示 的结构对轴承进行预紧时 很难将间隙一次性调好 如调不好 还要重新拆下轴承等相 关的一些零件 再拿出调整垫 1 进行配磨 磨去多少合理 理论上无法算出 只能凭经 验 这样既烦琐 又难以保证效果 如果将主轴前支承的定位方式改为图 1 4 所示 以螺母 1 进行轴向定位 垫片 2 起 防松作用 在加工中若稍有位置偏差 也可通过垫片 1 使之与轴承 3 的端面均匀接触 由此可见 螺母 1 既是轴向定位基准 又可控制轴向移动量 因此调整控制比较方便 图 1 4 主轴前支承 在过去 这种定位方式较难推广 其主要原因在于主轴上切削

16、螺纹时 螺纹孔和螺 母端面的垂直度要求很高 因此难以加工 但在目前数控机床普及的情况下 切削螺纹 的工序已经比较容易 这种结构在理论上是正确的 在实践上是可 行的 1 2 数控主轴特点及其性能要求 本机床采用传统的卧式车床布局 整体设计 采用微电脑控制和伺服电机驱动的数 控车床 具有操作方便 结构紧凑 外型美观 性能稳定 精度高 噪音低等特点 本 机床采用高性能的 HNC 21T 数控系统 通过发出和接收信号控制伺服电机 车床的主轴 刹车和转位刀架 独立主轴通过变频器控制变频电机转速达到无级变速 进给速度可任 意设定 从而实现由微电脑控制的自动化加工 该机床可在自动 手动方式下进行操作 具有半自动对刀 刀具补偿和间隙补偿功能 配有硬件 软件限位等功能 本机床可加 工内外圆柱面 圆锥面 圆弧面 切槽 切断 还可加工英制直螺纹 锥螺纹等 本车 床可按用户要求增加液压卡盘 液压尾架等 也可按用户要求选配其它数控系统 主轴 直接承受切削力 转速范围比较大 所以对主轴主件的主要性能提出如下要求 1 回转精度 是指主轴在无负荷的转动条件下 主轴前端工作部位的径向和轴向跳 动值 回转精度的测量一般分