普通车床数控改造主轴电机控制设计及故障维修

李春勤，葛平海，刘世忠

（1.山东省日照市科技中等专业学校实训部；2.山东五征集团有限公司人力资源部；3.山东省日照市科技中等专业学校数控技术系，山东 日照 262300）

普通车床数控改造具有很好的经济社会效益，改造后用于职业技术学校加工制造类专业实训很实用，作者用KND100i-D数控系统对普通车床进行了数控改造设计，数控系统执行M03、M05或M04指令则主轴正转、停转或反转，也用ZD-15直流电子制动器对主轴电机M05停转进行了制动设计改造。使用一年后曾出现故障，现有职业教育、本科教育相关教材等书籍并没有论述相关故障维修，不少企业也很缺乏数控机床故障维修人才，这也是职业技术教育加工制造类专业教学需要解决的问题，作者查阅文献[2][3][4][5]，进行了现场测试研究，解决了故障维修问题，今做介绍，具有推广借鉴意义。

1 数控系统持续信号控制三相交流电机设计原理

KND100i-D数控系统采用图1所示持续信号控制主轴三相交流电机原理如下：图1(c)数控系统执行M03，直流继电器J1线圈带电，J2、J3不带电，图1(b)中直流继电器J1常开触点闭合，交流接触器KM1线圈带电，图1(a)中直流继电器J1常闭触点断开，交流接触器主触点KM1闭合，电机M正转。

图1(c)数控系统执行M05再执行润滑指令M32（M31为停止润滑指令），直流继电器J1、J2线圈均不带电，J3线圈带电，图1(b)中直流继电器J1、J2常开触点均断开，交流接触器KM1、KM2线圈均不带电，图1(a)中交流接触器主触点KM1、KM2均断开，电机M停转。图1(a)中J3常开触点闭合，电子制动器ZD-15 C点与24V接通，B1、B2接通，图1(b)交流接触器线圈KM3带电，图1(a)中主触点KM3闭合，电子制动器输出直流电压至三相交流电机，致使电机制动至设置的时间后，B1、B2断开，电机停止制动。

图1(c)数控系统执行M04，直流继电器J2线圈带电，J1、J3不带电，图1(b)中直流继电器J2常开触点闭合，交流接触器KM2线圈带电，图1(a)中直流继电器J2常闭触点断开，交流接触器主触点KM2闭合，电机M反转。

图1所示数控改造后，加工程序编制思路为：

N0010 M31 J3继电器线圈断电

N0020 M03 主轴正转

图1 数控系统持续信号控制三相电机原理图

2 数控车床主轴控制故障测试与维修

如图1所示普通车床数控改造后，使用效果很好，自动化程度和生产效率均大大提高了，但使用一年后出现了故障，今论述维修。

2.1 数控系统执行M03主轴不正转

按操作面板上的主轴正转键，依次观察图1所示(c)(b)(a)区域继电器和交流接触器带电动作情况，发现(c)图所示区域直流继电器J1线圈带电触点动作发出响声，J2、J3直流继电器触点均不动作，也不发出响声，说明故障不在(c)图区域。再看(b)图所示区域，按主轴正转键，交流接触器KM1触点不动作，没有发出声音，说明其线圈没带电或损坏，仔细检查发现其线圈接线脱落，重新接好恢复正常。

这就是按区域找故障维修法，如按主轴正转键，J1直流继电器线圈不带电，触点不动作，则故障在(c)区域；如果J1直流继电器线圈带电，触点动作；KM1交流接触器线圈也带电触点动作；但电机不转则故障在(a)图所示区域。这就是分区域检查故障的方法。

2.2 曾出现数控系统执行M03主轴时转时不转故障

按操作面板上的主轴正转键，依次观察图1所示(c)(b)(a)图所示区域的直流继电器或交流接触器带电动作情况？发现(c)图所示区域直流继电器J1触点也时常动作发出响声，则其线圈时带电时不带电；再观察交流接触器KM1的触点也是时常动作发出响声，则是其线圈时带电时不带电，致使电机时转时不转。

所以先从(c)图所示区域找原因，按数控系统操作面板上主轴反转键，则直流继电器J2、交流接触器KM2也存在类似情况，致使电机时反转时不转，测试24V直流电源是16.5V，换一个好的直流电源，故障排除，电机运转很正常。

继续找原因，该数控车床开始加工铸铝件，是塑性材料，为带状铁屑，后来加工铸铁件为脆性材料，铁屑为粉末状，不少粉末状铁屑进入了直流电源，影响了其性能，输出电压降低了，出现主轴时转时不转故障。安装一个吸尘器，把粉末状铁屑吸走，再没有出现类似故障。

2.3 数控系统执行M05、M32后主轴不制动

按操作面板上的润滑键（即M32功能键），观察图1所示(c)(b)(a)哪个区域继电器或交流接触器带电动作情况？发现(c)图所示区域直流继电器J3线圈带电触点动作发出响声，J1、J2直流继电器触点均不动作，也不发出响声，说明故障不在(c)图区域。

再看(b)图所示区域，按润滑键，交流接触器KM3触点不动作，检查B1、B2接线正确，再检查(a)图所示区域，发现直流继电器常开触点J3接线脱落，重新接好后，故障消失，制动正常了。

3 结语

本文论述的普通车床数控改造主轴控制及制动设计，使用效果很好，分区域检查故障的方法具有思路清晰、检查直观等优点，对其他设备数控化改造电机制动均有借鉴意义，该设计和分区域检查故障的方法，对提高职业技术教育加工制造类专业的教学质量也有指导意义。