H215型蜗杆砂轮磨齿机电气系统的工作原理与故障诊断方法

　　蜗杆砂轮磨齿机是一种高精度、高效率又是生产型的齿轮加工机床。随着锁相伺服系统的应用，使这类机床的精度更是有了明显的提高，尤其在光洁度和齿形精度方面，可达到国家标准的三级精度，因此得到广大用户的欢迎。

　　我厂是一个蜗杆砂轮磨齿机的专业生产厂，先后生产了YA7232A， YA7232B， H215 ， YA7232D/H及YKA7232/H等多种蜗杆砂轮磨齿机。YA7232A、YA7232B型蜗杆砂轮磨齿机是我厂早期产品，电气系统的结构是采用数字分频——晶闸管变频调速——交流同步电动机系统、此系统为一开环工作的随动系统，因此工作精度较低，出厂指标为正齿轮五级、斜齿轮六级。而H215，YA7232D/H型蜗杆砂轮磨齿机则是一种更新换代的产品，其采用了数字分频——锁相伺服系统——直流伺服电动机系统、由于采用了高精度的光电编码器反馈和伺服跟踪，使机床传动链精度大大提高，出厂精度为正齿轮四级、斜齿轮五级。YKA7232/H则为一个数控型蜗杆砂轮磨齿机。

　　到目前，H215型蜗杆砂轮磨齿机生产已有十余年、出厂产品已到达维修阶段，本文编写目的就是为了帮助用户能了介它的工作原理，掌握一定的维护方法，以便能用好此类机床。

　　1 H215型蜗杆砂轮磨齿机的电气系统原理简介

　　蜗杆砂轮磨齿机的基本工作原理是相当于基齿条的蜗杆砂轮和齿轮相啮合、在连续展成运动中实现进刀磨削。由于这种啮合关系的存在，要求砂轮转过一圈，工件(即被加工齿轮)应相应转过Wz圈，两者呈同步关系。

　　在H215型蜗杆砂轮磨齿机中，这种同步关系就是由电气锁相伺服系统，即由数字分频——锁相伺服系统——直流伺服电动机系统来完成的。

　　

　　整个系统可以用图1方框图来表示，电气系统的基本工作过程说明如下：

　　砂轮电动机通过齿轮带动蜗杆型砂轮，砂轮同轴的后部经弹性连接器带动高精度的光电编码器PGl。光电编码器发出反映砂轮位置信号的脉冲，经过四倍频器、电子齿轮分频器，送入鉴频鉴相器，经数字——模拟转换器、功率放大，使工件电机转动。

　　工件电机同轴也装有一高精度的光电编码器PG2。当工件电机转动后，光电编码器发出相应的反馈脉冲送入鉴频鉴相器，以使其输出保持恒定，而维持砂轮与工件的同步关系。

　　对于此系统的基本工作原理实质上是一个反馈控制系统，由于反馈量是位置信号，因此称为位置反馈系统。

　　

　　图2可用来说明正齿轮Z=50的磨削过程。

　　为保证正常工作，工件必须在砂轮转过一圈时转过一牙，即工件转速是砂轮转速的l/Z倍。对于被磨工件齿数Z=50时，砂轮每转过一转，工件应转过1/50转，而工件电机则应转过4/50转，光电编码器PG2输出为l8000x4/50=1440脉冲。与此同时，砂轮转过一转，光电编码器PGl输出18000脉冲，四倍频后输出18000 x 4=72000脉冲，经齿轮分频器分频后：72000 x 1/50=1440脉冲，上述脉冲列在鉴频鉴相器中相减，输出为零，则表明工件和砂轮是同步运行的。

　　若工件转速变慢，则PG2输出减少，鉴频鉴频器输出正向信号增大，则数字——模拟转换器输出增大，从而使工件电机加遮，直至PG2输出与分频器输出相等，即进入同步运行。反之亦然。

　　2 H215型蜗杆砂轮磨齿机的电气系统结构布置

　　H215型蜗杆砂轮磨齿机的整个电气控制系统分别安装在二个电箱内，一个称之主电箱(或强电箱)，另一个为伺服电箱。(后来为了方便用户磨削不同材质的工件和提高磨齿精度，又增加了一个用于砂轮变速的变频电箱)。

　　在主电箱(或强电箱)中，放置的有自动开关、接触器、继电器、熔断器等控制用器件，主要用途为控制各工作电机的起停。也放置了用来控制动作循环用的可编程序逻辑控制器(PLC)，这是全机的核心器件，我们采用的是日本富士电机公司生产的可编程序逻辑控制器。在主电箱内还安装了齿向修形装置的控制部分和步进电机驱动器，齿向修形装置的传感器装于立柱上，而执行装置(为三相六拍型步进电动机)则装在机身的左侧。

　　伺服电箱由无锡江南计算技术研究所生产。机箱内部主要分为二部分，底部为交流电源控制部分，上部为一摇架。摇架上也分为几层：最高层放置的功率放大部分，中层放置的为伺服系统的控制板和直流稳压电源，下层放置了控制板的备件。

　　中层的控制板根据本机的应用需要，共放置了六块，它们的作用分别为：

　　APOl　为鉴频鉴相控制板，砂轮主轴的位置信号与工件电机轴的反馈信号在这板上进行处理，经数模转换输出，作为功率放大部分的输入；

　　APO2　为时钟脉冲控制板，本板用一个l0MHz的晶体振荡器，通过一组电路，产生全机所需的七个不同的时钟脉冲；

　　APO3　为齿数分频控制板，本板通过三个十进制拨码开关和一组电路来完成齿数分频任务，其中一片主要元件是EPROM；

　　APO4　为脉冲倍频控制板，在本板上产生砂轮主轴位置编码器的四倍频脉冲信号和工件电机轴的反馈编码器输出的整形信号脉冲；

　　AW5　为砂轮主轴和工件电机的编码器输入信号控制板，本板有二个作用：一是将砂轮主轴位置编码器和工件电机轴的反馈编码器输出经信号隔离与整形后输出两个相位差为90°的砂轮主轴信号和工件反馈信号；二为板上装有一块DC/DC变换器，产生+5V电源供工件反馈编码器用；

　　APO6　为电源指示与对刀校正信号控制板，在本板上主要作用为指示全机直流稳压电源工作正常与否、砂轮极数4/6的选择、接受由PLC送来的对刀校正信号等。

　　后期生产的机床尚增加了一个变频电箱，其中放置的是用于调节砂轮转速的变频器及相应控制元件。变频器采用的是日本明电舍电机公司生产的VT210S型变频器。

　　3 H215型蜗杆砂轮磨齿机的电气系统故障的诊断方法

　　从H215型磨齿机来说，电气系统的故障来源常来自于机床动作循环的出错和伺服系统的出错二个部分。下面分别说明。

　　3，1机床动作循环的故障

　　有关这部分的故障多数来自于可编程序控制器、接触器、继电器或自动开关等元器件的出错。要解决这一部分的故障较为容易，只要有机床出厂使用说明书(其中的SBO8电气部分)和万用表，且了介机床的动作循环过程及系统的输入/输出表，就能较轻松地排除这类故障。

　　3.2　伺服系统的故障

　　伺服装置系由我厂与江南计算技术研究所共同开发研制的，根据双方协定，不向第三方开放，因此无法提供详尽的图纸，还请各用户原谅。但从我们提供的使用说明书和机箱中的全套备板来看，可足以看出我们已为用户作了充分的维修考虑:当用户的机床出现故障时，可以根据说明书的指导，通过简单的诊断，就可判别出哪一块是故障板，更换相应的印制板，即可保证继续工作，之后就将此板寄到我厂进行修理即可。因此这样做，对用户而言也是简单又方便的事情。