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數(shù)控機(jī)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(jī)床，特別是重型切削機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)床的主軸運動特性和零件的加工精度。
本文針對數(shù)控機(jī)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(jī)床主軸齒輪箱智能潤滑控制方法。
１、機(jī)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(jī)、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。控制器監(jiān)測到機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)上電后，控制接觸器閉合使電機(jī)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(jī)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(jī)床控制系統(tǒng)停機(jī)，直至機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)重新上電或異常恢復(fù)。其中，異常信號包括電機(jī)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。現(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(yīng)用中大多數(shù)機(jī)床主軸平均利用率不足５５％，但機(jī)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(fù)荷，增加油冷空調(diào)等工作負(fù)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(jī)床停機(jī)，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(dǎo)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(jī)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(jī)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(jī)床主軸齒輪箱能潤滑系統(tǒng)包括控制器（ＰＬＣ）、電機(jī)、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(jī)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(jī)帶動循環(huán)泵使?jié)櫥徒?jīng)油管在油冷空調(diào)和機(jī)床主軸齒輪之間循環(huán)流動。當(dāng)控制器（ＰＬＣ）監(jiān)測到機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床控制系統(tǒng)立即停機(jī)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(hù)與異常報警處理
機(jī)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(jī)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(yù)設(shè)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(jìn)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(jī)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(yù)定值，系統(tǒng)立即觸發(fā)潤滑系統(tǒng)溫度異常報警，防止進(jìn)一步損壞機(jī)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(shè)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(jī)過載報警是指控制器（ＰＬＣ）監(jiān)測到電機(jī)工況異常潤滑系統(tǒng)停止后，系統(tǒng)立即報警并請求機(jī)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(jī)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(jī)床主軸齒輪箱按需潤滑功能，有利于機(jī)床主軸齒輪傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行和使用壽命，機(jī)床主軸的運動特性和零件的加工精度具有重要意義。
