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數(shù)控機床主軸齒輪箱智能潤滑控制方法

2021-08-25 09:47:37
 0 引言  
      對于數(shù)控機床,特別是重型切削機床而言,主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)的主要功能是維持齒輪副表面之間形成相對穩(wěn)定的油膜以減小齒輪傳動摩擦和吸收部分振動,同時對主軸齒輪箱進行冷卻減小齒輪傳動系統(tǒng)熱變形,避免低速重載下齒輪咬合和點蝕破壞,是機床潤滑系統(tǒng)中的重要組成部分,因此主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)能否運行直接影響機床的主軸運動特性和零件的加工精度。  
      本文針對數(shù)控機床主軸齒輪箱潤滑存在的持續(xù)無效運行時間長、運行差等問題,提出了一種 基于潤滑系統(tǒng)工作狀態(tài)和潤滑油品質(zhì)在線感知的機床主軸齒輪箱智能潤滑控制方法。    
      1、機床主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng) 
      傳統(tǒng)主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)一般由控制(通常是PLC)、電機、循環(huán)泵、輸油管、油冷空調(diào)、溫度傳感器、空氣開關(guān)和接觸器等組成??刂破鞅O(jiān)測到機床驅(qū)動系統(tǒng)上電后,控制接觸器閉合使電機通電帶動循環(huán)泵工作;循環(huán)泵將油冷空調(diào)冷卻后的潤滑油經(jīng)油管送至主軸齒輪箱起到齒輪傳動潤滑和冷卻的作用,同時將齒輪箱底部的潤滑油回送到油冷空調(diào),使?jié)櫥驮谥鬏S齒輪箱和油冷空調(diào)之間循環(huán)流動;油冷空調(diào)為齒輪箱流回的潤滑油冷卻。
      主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)如此循環(huán)工作,直到控制器監(jiān)測到機床驅(qū)動系統(tǒng)下電或異常信號后立即控制主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)停止工作,若監(jiān)測到異常信號,同時發(fā)送報警信號并通知機床控制系統(tǒng)停機,直至機床驅(qū)動系統(tǒng)重新上電或異?;謴?/span>。其中,異常信號包括電機過載(空氣開關(guān)跳閘)、油冷空調(diào)工作異常和主軸齒輪箱油溫過高(溫度傳感器觸發(fā))信號?,F(xiàn)有潤滑方式滿足了主軸齒輪箱潤滑基本需求,但存在以下問題:  
      ①實際生產(chǎn)應用中大多數(shù)機床主軸平均利用率不足55%,但機床驅(qū)動系統(tǒng)上電后不論主軸是否工作,主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)一直持續(xù)運行,無效運行期間潤滑油循環(huán)產(chǎn)生額外熱負荷,增加油冷空調(diào)等工作負載;
      ②控制器監(jiān)測到主軸側(cè)潤滑油溫度高時主動報警并使機床停機,但油溫升高至溫度傳感器觸發(fā)油溫高信號這段時間內(nèi)齒輪傳動一直處于欠潤滑甚至無潤滑運行狀態(tài),易損壞齒輪副和導致主軸產(chǎn)生振動,影響加工精度;
      ③無法及時自 診斷潤滑油泄漏問題;
      ④難于合理安排潤滑油更換周期,無法主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)的潤滑油品質(zhì)和潤滑效果。  
      2、機床主軸齒輪箱智能潤滑控制方法
       為解決上述問題,本文提出了一種機床主軸齒輪箱智能潤滑控制的控制方法,以提高主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)運行效率。機床主軸齒輪箱能潤滑系統(tǒng)包括控制器(PLC)、電機、循環(huán)泵、油管、油冷空調(diào)、連續(xù)油位傳感器、潤滑油品質(zhì)傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、空氣開關(guān)、接觸器和電抗器。
     其中,電機過載信號(空氣開關(guān)輔助觸點)、油冷空調(diào)工作狀態(tài)(是否故障)和連續(xù)油位檢測傳感器信號、潤滑油品質(zhì)傳感器信號、流量傳感器信號以及溫度傳感器信號接入控制器(PLC)輸入模塊;接觸器線圈連接控制器(PLC)輸出模塊;電機帶動循環(huán)泵使?jié)櫥徒?jīng)油管在油冷空調(diào)和機床主軸齒輪之間循環(huán)流動。當控制器(PLC)監(jiān)測到機床驅(qū)動系統(tǒng)上電信號后立即啟動主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng)工作,并等待機床主軸轉(zhuǎn)動指令,若在規(guī)定時間未監(jiān)測到主軸轉(zhuǎn)動指令則關(guān)閉主軸齒輪箱潤滑系統(tǒng),直到再次監(jiān)測到機床驅(qū)動系統(tǒng)上電信號或主軸轉(zhuǎn)動指令時重新啟動潤滑系統(tǒng)工作;若潤滑系統(tǒng)工作期間,控制器監(jiān)測到主軸停指令或機床驅(qū)動系統(tǒng)下電信號。
      其中,上述任何環(huán)節(jié)中若控制器一旦監(jiān)測到異常信號則立即關(guān)閉潤滑系統(tǒng),同時請求機床控制系統(tǒng)立即停機以速度使主軸齒輪箱齒輪停止轉(zhuǎn)動,并發(fā)出報警信號和診斷信息,直至控制器(PLC)監(jiān)測到報警才再次啟動上述工作循環(huán)。
       3、潤滑系統(tǒng)智能防護與異常報警處理
        機床主軸齒輪箱智能潤滑控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r自主診斷以下異常信號:潤滑油油位異常、潤滑油流量異常、主軸側(cè)潤滑油油溫高、潤滑油品質(zhì)異常和電機過載。具體而言,潤滑油油位異常報警是指控制器(PLC)連續(xù)監(jiān)測油冷空調(diào)油箱內(nèi)潤滑油油位變化,若發(fā)現(xiàn)在某時間內(nèi)下降值超過正常預設值,系統(tǒng)立即觸發(fā)潤滑油泄漏報警以及時檢修防止事態(tài)進一步惡化;潤滑油流量異常報警是指控制器(PLC)實時監(jiān)測潤滑油循環(huán)流量,任何時間流量變小或大于正常閾值,系統(tǒng)立即觸發(fā)潤滑報警,防止機床主軸齒輪箱齒輪傳動系統(tǒng)欠潤滑或過潤滑運行;主軸側(cè)潤滑油油溫高報警是指控制器(PLC)實時監(jiān)測主軸齒輪箱側(cè)油溫,一旦油溫升高并超過預定值,系統(tǒng)立即觸發(fā)潤滑系統(tǒng)溫度異常報警,防止進一步損壞機床主軸齒輪傳動系統(tǒng);潤滑油品質(zhì)異常報警是指控制器(PLC)實時監(jiān)測潤滑油中混入金屬粉末、水等雜質(zhì),一旦超過設定的臨界值,將立即報警并提示更換潤滑系統(tǒng)中的潤滑油,潤滑油品質(zhì);電機過載報警是指控制器(PLC)監(jiān)測到電機工況異常潤滑系統(tǒng)停止后,系統(tǒng)立即報警并請求機床控制系統(tǒng)及時停止主軸轉(zhuǎn)動。 
      4、結(jié)語  
      本文提出了一種機床主軸齒輪箱智能潤滑控制的控制方法,具有潤滑油品質(zhì)、潤滑油流量和潤滑油液位實時在線監(jiān)測和異常自診斷功能,能夠?qū)崿F(xiàn)機床主軸齒輪箱按需潤滑功能,有利于機床主軸齒輪傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行和使用壽命,機床主軸的運動特性和零件的加工精度具有重要意義。
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