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數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
對于數控機床，特別是重型切削機床而言，主軸齒輪箱潤滑系統的主要功能是維持齒輪副表面之間形成相對穩定的油膜以減小齒輪傳動(dòng)摩擦和吸收部分振動(dòng)，同時(shí)對主軸齒輪箱進(jìn)行冷卻減小齒輪傳動(dòng)系統熱變形，避免低速重載下齒輪咬合和點(diǎn)蝕破壞，是機床潤滑系統中的重要組成部分，因此主軸齒輪箱潤滑系統能否運行直接影響機床的主軸運動(dòng)特性和零件的加工精度。
本文針對數控機床主軸齒輪箱潤滑存在的持續無(wú)效運行時(shí)間長(cháng)、運行差等問(wèn)題，提出了一種 基于潤滑系統工作狀態(tài)和潤滑油品質(zhì)在線(xiàn)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
傳統主軸齒輪箱潤滑系統一般由控制（通常是ＰＬＣ）、電機、循環(huán)泵、輸油管、油冷空調、溫度傳感器、空氣開(kāi)關(guān)和接觸器等組成?？刂破鞅O測到機床驅動(dòng)系統上電后，控制接觸器閉合使電機通電帶動(dòng)循環(huán)泵工作；循環(huán)泵將油冷空調冷卻后的潤滑油經(jīng)油管送至主軸齒輪箱起到齒輪傳動(dòng)潤滑和冷卻的作用，同時(shí)將齒輪箱底部的潤滑油回送到油冷空調，使潤滑油在主軸齒輪箱和油冷空調之間循環(huán)流動(dòng)；油冷空調為齒輪箱流回的潤滑油冷卻。
主軸齒輪箱潤滑系統如此循環(huán)工作，直到控制器監測到機床驅動(dòng)系統下電或異常信號后立即控制主軸齒輪箱潤滑系統停止工作，若監測到異常信號，同時(shí)發(fā)送報警信號并通知機床控制系統停機，直至機床驅動(dòng)系統重新上電或異?；謴?/span>。其中，異常信號包括電機過(guò)載（空氣開(kāi)關(guān)跳閘）、油冷空調工作異常和主軸齒輪箱油溫過(guò)高（溫度傳感器觸發(fā)）信號?，F有潤滑方式滿(mǎn)足了主軸齒輪箱潤滑基本需求，但存在以下問(wèn)題：
①實(shí)際生產(chǎn)應用中大多數機床主軸平均利用率不足５５％，但機床驅動(dòng)系統上電后不論主軸是否工作，主軸齒輪箱潤滑系統一直持續運行，無(wú)效運行期間潤滑油循環(huán)產(chǎn)生額外熱負荷，增加油冷空調等工作負載；
②控制器監測到主軸側潤滑油溫度高時(shí)主動(dòng)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(shí)間內齒輪傳動(dòng)一直處于欠潤滑甚至無(wú)潤滑運行狀態(tài)，易損壞齒輪副和導致主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度；
③無(wú)法及時(shí)自 診斷潤滑油泄漏問(wèn)題；
④難于合理安排潤滑油更換周期，無(wú)法主軸齒輪箱潤滑系統的潤滑油品質(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(wèn)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運行效率。機床主軸齒輪箱能潤滑系統包括控制器（ＰＬＣ）、電機、循環(huán)泵、油管、油冷空調、連續油位傳感器、潤滑油品質(zhì)傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、空氣開(kāi)關(guān)、接觸器和電抗器。
其中，電機過(guò)載信號（空氣開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)）、油冷空調工作狀態(tài)（是否故障）和連續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(xiàn)圈連接控制器（ＰＬＣ）輸出模塊；電機帶動(dòng)循環(huán)泵使潤滑油經(jīng)油管在油冷空調和機床主軸齒輪之間循環(huán)流動(dòng)。當控制器（ＰＬＣ）監測到機床驅動(dòng)系統上電信號后立即啟動(dòng)主軸齒輪箱潤滑系統工作，并等待機床主軸轉動(dòng)指令，若在規定時(shí)間未監測到主軸轉動(dòng)指令則關(guān)閉主軸齒輪箱潤滑系統，直到再次監測到機床驅動(dòng)系統上電信號或主軸轉動(dòng)指令時(shí)重新啟動(dòng)潤滑系統工作；若潤滑系統工作期間，控制器監測到主軸停指令或機床驅動(dòng)系統下電信號。
其中，上述任何環(huán)節中若控制器一旦監測到異常信號則立即關(guān)閉潤滑系統，同時(shí)請求機床控制系統立即停機以速度使主軸齒輪箱齒輪停止轉動(dòng)，并發(fā)出報警信號和診斷信息，直至控制器（ＰＬＣ）監測到報警才再次啟動(dòng)上述工作循環(huán)。
３、潤滑系統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能夠實(shí)時(shí)自主診斷以下異常信號：潤滑油油位異常、潤滑油流量異常、主軸側潤滑油油溫高、潤滑油品質(zhì)異常和電機過(guò)載。具體而言，潤滑油油位異常報警是指控制器（ＰＬＣ）連續監測油冷空調油箱內潤滑油油位變化，若發(fā)現在某時(shí)間內下降值超過(guò)正常預設值，系統立即觸發(fā)潤滑油泄漏報警以及時(shí)檢修防止事態(tài)進(jìn)一步惡化；潤滑油流量異常報警是指控制器（ＰＬＣ）實(shí)時(shí)監測潤滑油循環(huán)流量，任何時(shí)間流量變小或大于正常閾值，系統立即觸發(fā)潤滑報警，防止機床主軸齒輪箱齒輪傳動(dòng)系統欠潤滑或過(guò)潤滑運行；主軸側潤滑油油溫高報警是指控制器（ＰＬＣ）實(shí)時(shí)監測主軸齒輪箱側油溫，一旦油溫升高并超過(guò)預定值，系統立即觸發(fā)潤滑系統溫度異常報警，防止進(jìn)一步損壞機床主軸齒輪傳動(dòng)系統；潤滑油品質(zhì)異常報警是指控制器（ＰＬＣ）實(shí)時(shí)監測潤滑油中混入金屬粉末、水等雜質(zhì)，一旦超過(guò)設定的臨界值，將立即報警并提示更換潤滑系統中的潤滑油，潤滑油品質(zhì)；電機過(guò)載報警是指控制器（ＰＬＣ）監測到電機工況異常潤滑系統停止后，系統立即報警并請求機床控制系統及時(shí)停止主軸轉動(dòng)。
４、結語(yǔ)
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(shí)時(shí)在線(xiàn)監測和異常自診斷功能，能夠實(shí)現機床主軸齒輪箱按需潤滑功能，有利于機床主軸齒輪傳動(dòng)系統穩定運行和使用壽命，機床主軸的運動(dòng)特性和零件的加工精度具有重要意義。
