CN209579016U - 精雕机用电主轴故障测试诊断系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种精雕机用电主轴故障测试诊断系统，将可编程序控制器PLC与高频变频装置、电主轴、通过压缩空气回路与电主轴的松刀/夹刀进气口连接的继电器及电磁阀组和用于指令输入与检测状态显示的操作及显示面板连接后，能够方便快捷的对电主轴的功能及性能进行测试诊断及调整，解决了因缺少电主轴便利性的测试诊断系统而导致的精雕机保障困难、难以对故障分离定位和对电主轴功能测试维修的问题，同时该系统兼具有对电主轴磨合的功能，在不拆装精雕机同时不影响其它装备生产的前提下便完成电主轴的故障诊断定位，具有较高的使用价值。
Description
技术领域
本实用新型属于数控精雕加工装备技术领域，具体涉及一种精雕机用电主轴故障测试诊断系统。
背景技术
在数控加工技术及装备中，精雕机因使用刀具小、进给移动快、主轴转速高及功率大而逐步被大量应用，它既可雕刻，又可铣削，是一种高效高精的数控加工装备。精雕机中的回转主轴一般以高转速的电主轴为主，常用于体积小而精密的零件加工，电主轴是近些年将主轴电动机和机床主轴融为一体的新技术，属于一种新的主轴结构形式，是一套组装功能部件，包括电主轴本身及其附件:电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、循环冷却装置、防液防尘密封装置、换刀装置等，其特点是高转速、高精度、低噪音。精雕机采用电主轴后与高速刀具技术一起，将高速加工推向了一个新时代，但精雕机普遍结构紧凑密封，当出现与电主轴直接或间接有关的故障时，难以在线进行故障定位诊断和分离，拆装替换电主轴试验不仅繁琐，还须停运其他精雕机，造成装备保障工作事倍功半，而且影响其他装备的生产效率，针对上述问题，有必要进行改进。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题：提供一种精雕机用电主轴故障测试诊断系统，将可编程序控制器PLC与高频变频装置、电主轴、通过压缩空气回路与电主轴的松刀/夹刀进气口连接的继电器及电磁阀组和用于指令输入与检测状态显示的操作及显示面板连接后，能够方便快捷的对电主轴的功能及性能进行测试诊断及调整，解决了因缺少电主轴便利性的测试诊断系统而导致的精雕机保障困难、难以对故障分离定位和对电主轴功能测试维修的问题，同时该系统兼具有对电主轴磨合的功能，在不拆装精雕机同时不影响其它装备生产的前提下便完成电主轴的故障诊断定位，具有较高的使用价值。
本实用新型采用的技术方案：精雕机用电主轴故障测试诊断系统，其特征在于：包括高频变频装置、电主轴、操作及显示面板、可编程序控制器PLC和继电器及电磁阀组，所述高频变频装置和操作及显示面板均通过数据通讯总线与可编程序控制器PLC连接实现信息交互，所述可编程序控制器PLC的控制输出端与继电器及电磁阀组和声光报警器的输入端连接，所述高频变频装置的控制输出端与电主轴的输入端连接，且电主轴的反馈输出端与可编程序控制器PLC的输入端连接，所述继电器及电磁阀组通过压缩空气回路与电主轴的松刀/夹刀进气口连接，所述可编程序控制器PLC与外部电脑电性连接后将检测信号传递至外部电脑。
其中，所述继电器及电磁阀组包括两个松刀继电器、两个夹刀继电器和一个三位四通电磁阀，所述三位四通电磁阀安装于压缩空气回路上并与电主轴的松刀/夹刀进气口连通，两个所述松刀继电器和夹刀继电器均与可编程序控制器PLC连接，并由可编程序控制器PLC控制松刀继电器和夹刀继电器将24VDC输出给三位四通电磁阀用于电主轴中松刀/夹刀进气口通断切换，实现电主轴中换刀机构的换刀与松刀动作的切换。
进一步地，所述压缩空气回路用于将压缩空气输入至电主轴中换刀机构的气缸中，所述压缩空气回路中的压缩空气范围为0.4-0.6MPa。
进一步地，所述高频变频装置和可编程序控制器PLC分别通过空气开关QF1和QF2与三相工频电源连接，且高频变频装置内的保护信号、电主轴以及操作及显示面板均由可编程序控制器PLC内部的24VDV电源供电，所述高频变频装置与数显转速测控表连接且数显转速测控表对高频变频装置发出的0—10V模拟量信号进行A/D转换并处理后数字化显示电主轴的实际转速。
进一步地，所述外部电脑通过RS-2323通讯接口与可编程序控制器PLC连接。
本实用新型与现有技术相比的优点：
1、本技术方案将可编程序控制器PLC与高频变频装置、电主轴、通过压缩空气回路与电主轴的松刀/夹刀进气口连接的继电器及电磁阀组和用于指令输入与检测状态显示的操作及显示面板连接后，能够方便快捷的对电主轴的功能及性能进行测试诊断及调整，解决了因缺少电主轴便利性的测试诊断系统而导致的精雕机保障困难、难以对故障分离定位和对电主轴功能测试维修的问题；
2、本技术方案在全套自动测试模式、单项自动测试模式、手动换刀/径跳测试模式和其它驱动试验模式四种工作模式下，可实现电主轴电气驱动特性、电主轴换刀机构的换刀功能测试、电主轴轴伸端定位锥孔径向跳动的测试以及其它电主轴的异步电机驱动特性的测试，可实现对电主轴的故障进行全面的测试诊断；
3、本技术方案在可编程序控制器PLC与高频变频装置的控制下，兼具有对电主轴磨合的功能，在不拆装精雕机同时不影响其它装备生产的前提下便完成电主轴的故障诊断定位，具有较高的使用价值。
附图说明
图1为本实用新型原理框架示意图；
图2为本实用新型电气原理简图；
图3为本实用新型控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图1-3描述本实用新型的一种实施例，从而对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。
精雕机用电主轴故障测试诊断系统，包括高频变频装置1、电主轴2、操作及显示面板3、可编程序控制器PLC4和继电器及电磁阀组5，所述高频变频装置1和操作及显示面板3均通过数据通讯总线与可编程序控制器PLC4连接实现信息交互，所述可编程序控制器PLC4的控制输出端与继电器及电磁阀组5和声光报警器6的输入端连接，所述高频变频装置1的控制输出端与电主轴2的输入端连接，且电主轴2的反馈输出端与可编程序控制器PLC4的输入端连接，所述继电器及电磁阀组5通过压缩空气回路与电主轴2的松刀/夹刀进气口连接，所述可编程序控制器PLC4与外部电脑7电性连接后将检测信号传递至外部电脑7；
具体的，所述继电器及电磁阀组5包括两个松刀继电器、两个夹刀继电器和一个三位四通电磁阀，所述三位四通电磁阀安装于压缩空气回路上并与电主轴2的松刀/夹刀进气口连通，两个所述松刀继电器和夹刀继电器均与可编程序控制器PLC4连接，并由可编程序控制器PLC4控制松刀继电器和夹刀继电器将24VDC输出给三位四通电磁阀用于电主轴2中松刀/夹刀进气口通断切换，实现电主轴2中换刀机构的换刀与松刀动作的切换。
具体的，所述压缩空气回路用于将压缩空气输入至电主轴2中换刀机构的气缸中，所述压缩空气回路中的压缩空气范围为0.4-0.6MPa；具体的，所述高频变频装置1和可编程序控制器PLC4分别通过空气开关QF1和QF2与三相工频电源连接，且高频变频装置1内的保护信号、电主轴2以及操作及显示面板3均由可编程序控制器PLC4内部的24VDV电源供电，所述高频变频装置1与数显转速测控表连接且数显转速测控表对高频变频装置1发出的0—10V模拟量信号进行A/D转换并处理后数字化显示电主轴2的实际转速；具体的，所述外部电脑7通过RS-2323通讯接口与可编程序控制器PLC4连接。
精雕机用电主轴故障测试诊断系统的诊断方法，包括以下步骤：
1)启动电源及与压缩空气回路连接的压缩空气源，系统上电自检正常后复位清零，通过操作及显示面板3界面选择系统的测试操作模式，所述测试操作模式包括全套自动测试模式、单项自动测试模式、手动换刀/径跳测试模式和其它驱动试验模式；
2)在操作及显示面板3的界面上第一次按压选择键起2s内，按压模式选择键2次后系统进入全套自动测试模式，在高频变频装置1和可编程序控制器PLC4的控制下，系统进入5段速驱动测试，实际转速由与高频变频装置1连接的型号为DP5-NDV10的数显转速测控表进行显示，电主轴2按照顺时针方向转速等比递增，且每段速度下保持数分钟，5段速驱动测试结束后电主轴2转换到自动换刀运行，由可编程序控制器PLC4控制松刀继电器和夹刀继电器使松刀/夹刀进气口多次往复通断后，电主轴2中的换刀机构完成多次刀具夹紧与松开状态的交替转换并保持数秒，若执行每个换刀状态后1s内可编程序控制器PLC4未接收到电主轴2内部的刀具传感器反馈的对应换刀状态下的刀具反馈信号，可编程序控制器PLC4控制声光报警器6报警并锁存信息，测试完成后声光报警器6声光提示；具体的，上述步骤2)中，所述电主轴2按照顺时针方向转速由300～4800RPM等比递增，且每段速度下保持2～5min，所述可编程序控制器PLC4控制松刀继电器和夹刀继电器使松刀/夹刀进气口20～30次往复通断后，电主轴2中的换刀机构完成20～30次刀具夹紧与松开状态的交替转换，每个状态下保持3～5s，测试完成后声光报警器6声光提示3s；
3)在操作及显示面板3的界面上第一次按压选择键起2s内，按压模式选择键1次后按压驱动或换刀按键，系统进入单项自动测试模式，在高频变频装置1和可编程序控制器PLC4的控制下，系统按5段速递增方式进行SPWM驱动或刀具的夹紧、松开转换，在此过程中可编程序控制器PLC4接收到高频变频装置1反馈的驱动异常信号或接收到电主轴2内部的刀具检测传感器反馈的换刀异常信号时，由可编程序控制器PLC4控制声光报警器6报警；
4)选择手动换刀/径跳测试模式时，在操作及显示面板3界面上，每按压换刀按键一次，可编程序控制器PLC4通过高频变频装置1控制电主轴2中的换刀机构执行刀具转换一次，在电主轴2中的换刀机构处于刀具夹紧状态时，按压操作及显示面板3界面上的停止键或暂停键，使电主轴2中的转子低速运转，配用千分表完成对电主轴2轴伸端定位锥孔径向跳动的测试；具体的，所述电主轴2中的转子以95～115RPM的速度运转；
5)在操作及显示面板3界面上同时按压复位键和停止键，进入其它驱动试验模式，顺时针旋转操作及显示面板3上的旋钮，通过操作及显示面板3向可编程序控制器PLC4输入模拟量参数后由可编程序控制器PLC4向高频变频装置1给定0～10VDC的模拟量，使高频变频装置1输出相应的SPWM驱动波形后实现对其它电主轴2中异步电机驱动特性的测试。
本技术方案中，高频变频装置1用于将三相工频电源转换为SPWM宽范围变频电源，用于驱动电主轴2内部的异步电机，高频变频装置1输出的动力电源通过电主轴驱动接口与电主轴2相连接，可编程序控制器PLC4与电主轴2通过换刀反馈接口连接后实现电主轴2的换刀监控信号的反馈，压缩空气回路用于连接压缩空气气源、将三位四通电磁阀气路与电主轴2的松刀/夹刀进气口(即松刀进气口和夹刀进气口)相对应连接，三位四通电磁阀用于受控后切换气路进行电主轴2中换刀机构换刀，两个松刀继电器、两个夹刀继电器(即转换继电器)可编程序控制器PLC4的控制完成对三位四通电磁阀的驱动，其中，松刀继电器和夹刀继电器选用型号为MY2N-GS继电器，选用型号为MSJE-F-24DC三位四通电磁阀，可编程序控制器PLC4作为该系统的核心，用于对各种操作及反馈信号进行采集并处理后刷新输出，操作及显示面板3中的状态显示及操作信号部分用于显示系统的工作状态、有关电主轴2的转速等信号及提供人员可操作的信息。本系统具有电主轴2电气绝缘、驱动特性、换刀功能、定位锥孔径向跳动(配合千分表)测试及在线调整功能。高频变频装置1为宽范围SPWM变频装置，将三相工频电源进行整流、滤波及逆变后，达到在0—1200Hz范围内产生SPWM驱动波形，对应电主轴2的转速在0—36000RPM，可便利地对电主轴2内置一体化电机的电气绝缘、频率-转速特性进行测试。可编程序控制器PLC4通过不断刷新获取各输入信息进行运算处理后，循环刷新输出。可编程序控制器PLC4通过RS-232通讯接口与外部电脑7连接，可实时进行本系统状态监控、修改程序、强制输出调整。
操作及显示面板3中指令操作信号部分包括测试模式选择、驱动及换刀按键、复位、暂停、停止按键及模拟量给定驱动测试，用于对系统发出各种操作指令；通过操作及显示面板3进行测试模式选择、驱动及换刀按键、复位、暂停及停止属于数字量信号输入可编程序控制器PLC4，模拟量给定测试包括0—10V给定电位器至高频变频装置1，数显转速测控表接受高频变频装置1发出的0—10V模拟量信号后进行A/D(模数转换)，再经数显转速测控表内部处理后，数字化显示电主轴2的实际转速；操作及显示面板3中状态显示部分包括电源指示、转速显示、松刀反馈、夹刀反馈、驱动状态、换刀状态及声光报警，电源指示包括可编程序控制器PLC4状态正常及控制回路24VDC状态正常，转速显示包括高频变频装置1显示及数显转速表，松刀反馈、夹刀反馈指可编程序控制器PLC4接收到电主轴2反馈回来的刀具实际状态后输出的指示信息，驱动状态指系统在驱动运行状态时，可编程序控制器PLC4输出的闪烁指示信息，所述换刀状态指系统在进行换刀运行时，可编程序控制器PLC4输出相应的闪烁指示信息，所述声光报警器6指当可编程序控制器PLC4检测到异常信息时，经过运算后输出持续的声光信息，当选择全套自动测试模式并执行完毕后，声光报警器6自动工作3秒钟以提示操作者，其中，声光报警器6设于测试系统的面板上，选用型号为BC-8AV声光报警器。
本技术方案的高频变频装置1包括三相工频电源输入、SPWM逆变输出、数字量及模拟量0-10VDC控制和有关驱动报警电路输，用于在接受可编程序控制器PLC4的控制下将三相工频电源进行整流、滤波及按照三相正弦规律逆变成SPWM波输出，驱动电主轴2异步旋转，电主轴2包括接受高频变频装置1的SPWM驱动波形、内置换刀机构、清洁气路、正压密封、松夹刀反馈、过热检测回路，所述操作及显示面板3包括面板的各种操作按键及状态显示，其中，操作信号输入可编程序控制器PLC4，状态显示由可编程序控制器PLC4控制刷新输出，分别显示刀具状态、程序选择模式、过程执行状态，所述可编程序控制器PLC4作为本系统的控制核心，分别接受来自高频变频装置1的信号、电主轴2的反馈信号、操作及显示面板3的信号，经过可编程序控制器PLC4的处理刷新后，分别输出至高频变频装置1、操作及显示面板3及继电器及电磁阀组5，各部分按照电路原理通过内部连接电缆连接，实现动力及控制信号的传输，所述继电器及电磁阀组5包括两个松刀继电器、夹刀继电器和一个三位四通电磁阀，三位四通电磁阀接受可编程序控制器PLC4的控制，用于将24VDC输出给三位四通电磁阀来切换松刀、夹刀。
图2中，用的是欧姆龙CMP2A系列的可编程序控制器PLC4，选用型号为E2000-0022T3的高频变频装置，A、B、C及PEN为三相工频电源，经空气开关QF1、QF2后分别给高频变频装置1和可编程序控制器PLC4供应电源，可编程序控制器PLC4内部产生的24VDC电源作为其输入单元的电源，其输入分别来自高频变频装置1的保护信号、电主轴2、操作及显示面板3，0-10VDC用来通过模拟量调节实现其它电主轴2电机实验测试，电主轴2的刀具状态反馈信号及过热检测信号反馈至可编程序控制器PLC4，高频变频装置1的控制信号主要包括旋向控制、多段速控制及模拟量给定，均来自可编程序控制器PLC4的输出；所述高频变频装置1为0-1200Hz宽范围的SPWM变频驱动装置，其内部整定有专用于该装置的多组参数；电主轴2采用北京精雕集团公司所出产的电主轴；操作及显示面板3为分布式操作及显示，一部分操作元件具有显示功能，另一部分显示元件为LED；可编程序控制器PLC4为整体式，其内部应用程序可通过RS-232接口编辑修改及监控。
本技术方案将可编程序控制器PLC4与高频变频装置2、电主轴3、通过压缩空气回路与电主轴3的松刀/夹刀进气口连接的继电器及电磁阀组5和用于指令输入与检测状态显示的操作及显示面板3连接后，能够方便快捷的对电主轴2的功能及性能进行测试诊断及调整，解决了因缺少电主轴2便利性的测试诊断系统而导致的精雕机保障困难、难以对故障分离定位和对电主轴2功能测试维修的问题；在全套自动测试模式、单项自动测试模式、手动换刀/径跳测试模式和其它驱动试验模式四种工作模式下，可实现电主轴2电气驱动特性、电主轴2换刀机构的换刀功能测试、电主轴2轴伸端定位锥孔径向跳动的测试以及其它电主轴2的异步电机驱动特性的测试，可实现对电主轴2的故障进行全面的测试诊断；在可编程序控制器PLC4与高频变频装置1的控制下，兼具有对电主轴2磨合的功能，在不拆装精雕机同时不影响其它装备生产的前提下便完成电主轴的故障诊断定位，具有较高的使用价值。
上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。
Claims (5)
1.精雕机用电主轴故障测试诊断系统，其特征在于：包括高频变频装置(1)、电主轴(2)、操作及显示面板(3)、可编程序控制器PLC(4)和继电器及电磁阀组(5)，所述高频变频装置(1)和操作及显示面板(3)均通过数据通讯总线与可编程序控制器PLC(4)连接实现信息交互，所述可编程序控制器PLC(4)的控制输出端与继电器及电磁阀组(5)和声光报警器(6)的输入端连接，所述高频变频装置(1)的控制输出端与电主轴(2)的输入端连接，且电主轴(2)的反馈输出端与可编程序控制器PLC(4)的输入端连接，所述继电器及电磁阀组(5)通过压缩空气回路与电主轴(2)的松刀/夹刀进气口连接，所述可编程序控制器PLC(4)与外部电脑(7)电性连接后将检测信号传递至外部电脑(7)。
2.根据权利要求1所述的精雕机用电主轴故障测试诊断系统，其特征在于：所述继电器及电磁阀组(5)包括两个松刀继电器、两个夹刀继电器和一个三位四通电磁阀，所述三位四通电磁阀安装于压缩空气回路上并与电主轴(2)的松刀/夹刀进气口连通，两个所述松刀继电器和夹刀继电器均与可编程序控制器PLC(4)连接，并由可编程序控制器PLC(4)控制松刀继电器和夹刀继电器将24VDC输出给三位四通电磁阀用于电主轴(2)中松刀/夹刀进气口通断切换，实现电主轴(2)中换刀机构的换刀与松刀动作的切换。
3.根据权利要求2所述的精雕机用电主轴故障测试诊断系统，其特征在于：所述压缩空气回路用于将压缩空气输入至电主轴(2)中换刀机构的气缸中，所述压缩空气回路中的压缩空气范围为0.4-0.6MPa。
4.根据权利要求1或2或3所述的精雕机用电主轴故障测试诊断系统，其特征在于：所述高频变频装置(1)和可编程序控制器PLC(4)分别通过空气开关QF1和QF2与三相工频电源连接，且高频变频装置(1)内的保护信号、电主轴(2)以及操作及显示面板(3)均由可编程序控制器PLC(4)内部的24VDV电源供电，所述高频变频装置(1)与数显转速测控表连接且数显转速测控表对高频变频装置(1)发出的0—10V模拟量信号进行A/D转换并处理后数字化显示电主轴(2)的实际转速。
5.根据权利要求1所述的精雕机用电主轴故障测试诊断系统，其特征在于：所述外部电脑(7)通过RS-2323通讯接口与可编程序控制器PLC(4)连接。
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2019
- 2019-03-22 CN CN201920367988.3U patent/CN209579016U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| CN109759898A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-17 | 陕西宝光真空电器股份有限公司 | 精雕机用电主轴故障测试诊断系统及其诊断方法 |
| CN109759898B (zh) * | 2019-03-22 | 2024-02-27 | 陕西宝光真空电器股份有限公司 | 精雕机用电主轴故障测试诊断系统及其诊断方法 |
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Granted publication date: 20191105 Effective date of abandoning: 20240227 |
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