主軸驅(qū)動系統(tǒng)的故障診斷與維修

1、主軸驅(qū)動系統(tǒng)分類： 一）直流主軸驅(qū)動系統(tǒng) 二）主軸通用變頻器控制系統(tǒng) 三）交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)第1頁/共93頁對主軸傳動系統(tǒng)的要求: 一）調(diào)速范圍寬 為保證加工時選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，特別對于具有自動換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應各種刀具、工序和材料的加工要求，對主軸的調(diào)速范圍提出了更高的要求，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動實現(xiàn)無級調(diào)速，并減少中間傳動環(huán)節(jié)。目前主軸驅(qū)動裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達1：100，恒功率調(diào)速范圍也可達1：30，過載1.5倍時仍可持續(xù)工作達30min。 二）恒功率范圍要寬 要求主軸在調(diào)速范圍內(nèi)均能提供所需的切削功率，

2、并盡可能在調(diào)速范圍內(nèi)提供主軸電機的最大功率。由于主軸電機與驅(qū)動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機床低速、強力切削的需要，常采用分段無級變速的方法（即在低速段采用機械減速裝置），以擴大輸出轉(zhuǎn)矩。 第2頁/共93頁 三）具有四象限驅(qū)動能力 要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動時均可進行自動加、減速控制，并且加、減速時間要短。目前一般伺服主軸可以在1S內(nèi)從靜止加速到6000r/min。 四）具有位置控制能力 即進給功能（C軸功能）和定向功能（準停功能），以滿足加工中心自動換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車削中心的某些加工工藝的需要。第3頁/共93頁4.24.2 直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)直流主軸驅(qū)動系統(tǒng) 從原

3、理上說，直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)與通常的直流調(diào)速系統(tǒng)無本質(zhì)的區(qū)別，但因為數(shù)控機床高速、高效、高精度的要求，決定了直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有以下特點： 1）調(diào)速范圍寬。采用直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)控機床通常只設置高、低兩級速度的機械變速機構，電動機的轉(zhuǎn)速由主軸驅(qū)動器控制，實現(xiàn)無級變速，因此，它必須具有較寬的調(diào)速范圍。 2）直流主軸電動機通常采用全封閉的結(jié)構形式，可以在有塵埃和切削液飛濺的工業(yè)環(huán)境中使用。第4頁/共93頁 3）主軸電控機通常采用特殊的熱管冷卻系統(tǒng)，能將轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量迅速向外界發(fā)散。此外，為了使電動機發(fā)熱最小，定子往往采用獨特附加磁極，以減小損耗，提高效率。 4）直流主軸驅(qū)動器主回路一般采用晶閘管三相

4、全波整流，以實現(xiàn)四象限的運行。 5）主軸控制性能好。為了便于與數(shù)控系統(tǒng)的配合，主軸伺服器一般都帶有D/A轉(zhuǎn)換器、“使能”信號輸入、“準備好”輸出、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩顯示輸出等信號接口。 第5頁/共93頁 6）純電氣主軸定向準停控制功能。由于換刀、精密鏜孔、螺紋加工等需要，數(shù)控機床的主軸應具有定向準?？刂乒δ埽覒须姎饪刂葡到y(tǒng)自動實現(xiàn)，以進一步縮短定位時間，提高機床效率。 主軸定向準?？刂疲敳捎梦恢镁幋a器作為位置檢測器件時，為了控制主軸位置，主軸與編碼器之間必須是1：1傳動或?qū)⒕幋a器直接安裝在主軸軸端。當采用磁性傳感器作為位置檢測器件時，磁性器件應直接安裝在主軸上，而磁性傳感頭則應固定在主軸箱體上

5、。 第6頁/共93頁 采用編碼器與使用磁性傳感器的方式相比，具有定位點在0360范圍內(nèi)靈活可調(diào)，定位精度高，定位速度快等優(yōu)點，而且還可以作為主軸同步進給的位置檢測器件，因此其使用較廣。 第7頁/共93頁4.2.1 直流主軸控制系統(tǒng)連接圖第8頁/共93頁4.2.2 直流主軸控制系統(tǒng)常見的故障1.主軸電動機不轉(zhuǎn) 造成這類故障的原因有： 1）印制線路板表面太臟或內(nèi)部電路接觸不良。 2）觸發(fā)脈沖電路故障，晶閘管無觸發(fā)脈沖產(chǎn)生 3）機床未給出主軸旋轉(zhuǎn)信號、電動機動力線電線或主軸控制單元與電動機連線不良。 4）機械連接脫落，如高/低檔齒輪切換用的力和齒嚙合不良。 5）機床負載太大。 6）控制信號為滿足主軸

6、旋轉(zhuǎn)的條件，如轉(zhuǎn)向信號、速度給定電壓為輸入。第9頁/共93頁 2.主軸速度不正常或不穩(wěn)定 造成這類故障的原因有： 1）裝在主軸尾部的測速發(fā)電機故障（斷線或不良）。 2）速度指令電壓不良或錯誤。 3）D/A變換器故障。 4）電動機不良，如：勵磁喪失等。 5）電動機負載過重。 6）驅(qū)動器不良。 7) 印刷線路板太臟或其誤差放大器故障。 8）速度指令錯誤。 第10頁/共93頁 3.主軸電動機振動或噪聲過大 造成這類故障的原因有： 1）系統(tǒng)電源或相序不對（缺相、相序不正確或電壓不正常）。 2）電流反饋回路調(diào)整不當。 3）驅(qū)動器上的增益調(diào)整電路或顫動調(diào)整電路的調(diào)整不當。 4）驅(qū)動器上的電源開關設定錯誤（

7、如50/60HZ切換開關設定錯誤等）。 5）電動機軸承故障、主軸電動機和主軸之間離合器故障。 6）主軸負荷過大等； 第11頁/共93頁 4.發(fā)生過流報警 造成這類故障的原因有： 1）驅(qū)動器電流極限設定錯誤。 2）觸發(fā)電路的同步觸發(fā)脈沖不正確。 3）主軸電動機的點數(shù)線圈內(nèi)部存在局部短路。 4）驅(qū)動器的控制電源（+/-15v或015v電壓）存在故障。 第12頁/共93頁 5.速度偏差過大， 引起速度偏差的原因有： 1）機床切削負荷太重。 2）速度調(diào)節(jié)器或測速反饋回路的設定調(diào)節(jié)不當。 3）主軸負載過大、機械傳動系統(tǒng)不良或制動器為松開。 4）電流調(diào)節(jié)器或電流反饋回路的設定調(diào)節(jié)不當。 第13頁/共93頁

8、 6. 熔斷器熔絲熔斷 產(chǎn)生此故障的原因可能有： 1）驅(qū)動器控制印刷電路板不良 2）電動機不良，如：電樞線短路、電樞繞組短路或局部短路，電樞線對地短路等等。 3）測速發(fā)電機不良 4）輸入電源相序不正確 5）輸入電源存在缺相。 第14頁/共93頁 7.熱繼電器保護 8.電動機過熱 9.過電壓吸收器燒壞 通常情況下，它是由于外加電壓過高或瞬間電網(wǎng)電壓干擾引起的。 10.運轉(zhuǎn)停止第15頁/共93頁 11.速度達不到最高轉(zhuǎn)速 引起這類故障的原因主要有： 1）電動機勵磁電流調(diào)整過大。 2）勵磁控制回路存在不良。 3）晶閘管整流部分太臟，造成直流母線電壓過低或絕緣性能降低。第16頁/共93頁 12.主軸在

9、加/減速時工作不正常 引起此故障的原因可能有： 1）電動機加/減速電流計先設定、調(diào)整不當。 2）電流反饋回路設定、調(diào)整不當。 3）加/減速回路時間常數(shù)設定不當或電動機/負載間的慣量不匹配。 4）機械傳動系統(tǒng)不良。 第17頁/共93頁 13.電動機電刷磨損嚴重或電刷面上有劃痕 其原因可能有： 1）主軸電動機連續(xù)長時間過載工作。 2）主軸電動機換向器表面太臟或有傷痕。 3）電刷上有切削液進入。 4）驅(qū)動器控制回路的設定、調(diào)整不當。 第18頁/共93頁 維修實例故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，配套SIEMENS 6RA26*系列直流主軸驅(qū)動器，開機后顯示主軸報警。分析與處理過程：檢查SIEMENS

10、6RA26*系列直流主軸驅(qū)動器，發(fā)現(xiàn)報警的含義與提示是“電源故障”，其可能的原因有： 1）電源相序接反。 2）電源缺相，相位不正確。 3）電源電壓低于額定值的80%。 測量驅(qū)動器輸入電壓正常，相序正確，但主驅(qū)動仍有報警，因此可能的原因是電源板存在故障。 檢查確認故障原因為印制電路板存在虛焊，導致了同步電源的電壓降低，引起了電源報警。重新焊接后電壓恢復正常，報警消失，機床恢復正常。 第19頁/共93頁 4.2.2 直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)使用注意點直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)使用注意點： 安裝注意事項 主軸伺服系統(tǒng)對安裝有較高的要求，這些要求是保證驅(qū)動器正常工作的前提條件，在維修時必須引起注意。 1）安裝驅(qū)動器的電

11、柜必須密封。為了防止電柜內(nèi)溫度過高，電柜設計時應將溫升控制在15以下。電柜的外部空氣引入口，應設置過濾器，并防止從排氣口浸入塵?；驘熿F；電纜出入口、柜門等部分應進行密封，冷卻電扇不要直接吹響驅(qū)動器，以免粉塵附著。 維修過程中，必須保證以上部分的完好，確保機床長期可靠工作。 第20頁/共93頁 2. 電動機維修完成后，進行重新安裝時，要遵循下列原因： 1）電動機安裝面要平，且有足夠的剛性。 2）電刷應定期維修及更換，安裝位置應盡可能使其檢修容易。 3） 電動機冷卻進風口的進風要充分，安裝位置要盡可能使冷卻部分的檢修容易。 4） 電動機應安裝在灰塵少、濕度不高的場所，環(huán)境溫度應在40以下。 5）電

12、動機應安裝在切削液和油不能直接濺到的位置上。 第21頁/共93頁 3. 使用檢查 在對主軸驅(qū)動系統(tǒng)進行維修前，應進行如下驅(qū)動系統(tǒng)工作前的檢查： 1）檢查速度指令與電動機轉(zhuǎn)速是否一致，負載指示是否正常。 2）電動機是否有異常聲音和異常振動。 3）軸承溫度是否急劇上升等不正常現(xiàn)象。 4）電刷上是否有顯著的火花發(fā)生痕跡。 第22頁/共93頁 4. 對于工作正常的主軸驅(qū)動系統(tǒng)，應進行如下日常維護 1）電柜的空氣過濾器每月應清掃一次。 2）電柜及驅(qū)動器的冷卻風扇應定期檢查。 3）建議操作人員每天都應注意主軸電動機的旋轉(zhuǎn)速度、異常振動、異常聲音、通風狀態(tài)、軸承溫度、外表溫度和異常臭味。 4）建議使用單位維

13、護人員，每月應對電刷、換向器進行檢查。 建議使用單位維護人員，每半年應對測速發(fā)電機、軸承、熱管冷卻部分、絕緣電阻進行檢測。 第23頁/共93頁 隨著交流調(diào)速技術的發(fā)展，目前數(shù)控機床的主軸驅(qū)動多采用交流主軸電動機配變頻器控制的方式。變頻器的控制方式從最初的電壓空間矢量控制（磁通轉(zhuǎn)跡法）到矢量控制（磁通定向控制），發(fā)展至今天直接轉(zhuǎn)矩控制，從而能方便地實現(xiàn)無速度傳感器化；脈寬調(diào)制（PWM）技術從正弦PWM發(fā)展至優(yōu)化PWM技術和隨機PWM技術，以實現(xiàn)電流諧波畸變小，電壓利用率最高、效率最優(yōu)、轉(zhuǎn)矩脈沖最小及噪聲強度大幅度削弱的目標；功率器件由GTO、GTR、IGBT發(fā)展到智能模塊IPM，是開關速度快、驅(qū)

14、動電流小、控制驅(qū)動簡單、故障率降低、干擾得到有效控制及保護功能進一步完善。 第24頁/共93頁 隨著數(shù)控控制的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)控機床主軸驅(qū)動采用通用變頻器控制也越來越多。所謂“通用”包含著兩方面的含義：一是可以和通用的籠型異步電動機配套應用；二是具有多種可供選擇的功能，可應用于各種不同性質(zhì)的負載。 如三菱FR-A500系列變頻器既可以通過2、5端，用CNC系統(tǒng)輸出的模擬信號來控制電動機的轉(zhuǎn)速，也可通過撥碼開關的編碼輸出或CNC系統(tǒng)的數(shù)字信號輸出值RH、RM和RL端，通過變頻器的參數(shù)設置，實現(xiàn)從最低速到最高速的變速。第25頁/共93頁 值得注意的是，變頻器的冷卻方式都采用風扇強迫冷

15、卻。如果通風不良，器件的溫度將會升高，有時即使變頻器并沒有跳閘，但器件的使用壽命已經(jīng)下降。所以，應注意冷卻風扇的運行狀況是否正常，經(jīng)常清拭濾網(wǎng)和散熱器的風道，以保證變頻器的正常運轉(zhuǎn)。 第26頁/共93頁4.3.1 變頻器連接圖第27頁/共93頁腳號 描述 說明 P24 為邏輯輸入提供+24V 24V直流，最大電流30mA （禁止與端子L短接）1,2,3,4,5,6, 獨立的邏輯輸入 使用p24或相當于L的外部輸入 L（上端） 邏輯輸入地 輸入1-6的電流和（流入） 11,12 分離邏輯輸出 閉合狀態(tài)下最大電流為50mACM2 邏輯輸出地 100mA：11、12的電流和（流入） FM PWM（模

16、擬/數(shù)字）輸出 0 10VDC，1mA，PWM和占空比為50的數(shù)字量 L(下端) 模擬輸入地 OI、O、H的電流和（流入） OI 模擬電流輸入 范圍為4 19.6mA，標稱值為20mAO 模擬電壓流入 范圍為0 9.6VDC，標稱值為10VDC，輸入阻抗為10K H +10V模擬基準源 標稱值為10V，最大電流為10mA 第28頁/共93頁腳號 描述 說明 AL0 通用繼電器 250VAC,，最大電流2.5A（電阻負載） 250VAC,，最大電流0.2A（感性負載， 功率因數(shù)為0.4） 100VDC，最小電流10mA 30VDC，最大電流3A（電阻負載） 30VAC，最大電流0.7A（感性負載

17、，功率因數(shù)為0.4）5VDC，最小電流100mA AL1 繼電器，運行中為常閉 AL2繼電器，運行中為常開 +1,RB 直流母線抑制器 配件（提供動態(tài)制動，抑制干擾等） + ,- 制動電阻 L1,L2,L3 主電源供電輸入 主電路強電部分 T1,T2,T3 電機供電輸出 第29頁/共93頁第30頁/共93頁1.變頻調(diào)速原理： UxEcf第31頁/共93頁2. 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速系統(tǒng)中，如能保持Ux/f=定值，則f變化時，能保持過載能力不變（理論上）。 第32頁/共93頁第33頁/共93頁 從上式中可知：當f1減小時，最大轉(zhuǎn)矩Tm不變，啟動轉(zhuǎn)矩Tst增大，臨界點轉(zhuǎn)速降不變，因此，機械特性

18、隨頻率的降低而向下平移，如圖1中虛線所示。 實際上，由于定子電阻r1的存在，隨著f1的降低（u1/f1 常數(shù)），Tm將減小，當f1很低時，Tm減小很多，如圖1中實線所示。第34頁/共93頁第35頁/共93頁3.恒功率變頻調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時，頻率從 往上增高，但電壓U1卻不能增加得比額定電壓 還大，最大只能保持U1 ，由上述公式可知，這迫使 與f成反比降低，Tm與Tst均隨頻率f1的增高而減小， 保持不變，機械如圖3所示，這近似為恒功率調(diào)速，相當于直流電動機弱磁調(diào)速的情況。1Nf1NUmn第36頁/共93頁第37頁/共93頁第38頁/共93頁第39頁/共93頁一）通用變頻器常見報警及保護。

19、為了保證驅(qū)動器的安全，可靠的運行，在主軸伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障和異常等情況時，設置了較多的保護功能，這些保護功能與主軸驅(qū)動器的故障檢測與維修密切相關。當驅(qū)動器出現(xiàn)故障時，可以根據(jù)保護功能的情況，分析故障原因。 第40頁/共93頁故障現(xiàn)象 故障原因 報警號 內(nèi) 容 引起故障可能的原因 F0001 過電流 1)電動機的功率（P0307）與變頻器的功率（P0206）不對應，電動機功率大于變頻器功 率；2)電動機的導線短路；3)有接地故障。 F0002過電壓1)供電電源電壓過高；2)斜坡下降太快，再生制動引起過電壓；3)負載慣量太大，制動時引起過電壓。 F0003 欠電壓 1)供電電源電壓太低；2)供電電源

20、有短路時掉電或瞬時電壓跌落。 變頻器（440系列）的主要報警及故障診斷如下表：第41頁/共93頁F0004F0005變頻器過熱1）冷卻風機運行不正常；2）環(huán)境溫度過高；3）變頻器過載。F0022 功率模塊故障 1）IGBT短路；2）接地故障。F0030 冷卻風機故障 風機不在工作。 F0041 電動機參數(shù)自動檢測失敗 1）變頻器與電動機連接不正確；2）電動機參數(shù)不正確，參數(shù)值太小或太大。 第42頁/共93頁二）主軸變頻系統(tǒng)常見故障及處理： 1.主軸電機不轉(zhuǎn) 主要有以下原因： 1）檢查CNC系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出。 2）主軸驅(qū)動裝置故障。 3）主軸電動機故障。 4）變頻器輸出端子U、V、W不

21、能提供電源。造成此 種情況可能有以下原因： a)是否有報警錯誤代碼顯示，如有報警，對照相關說明書解決（主要有過流、過熱、過壓、欠壓以及功率塊故障等）。 b)頻率指定源和運行指定源的參數(shù)是否設置正確。 c)智能輸入端子的輸入信號是否正確。第43頁/共93頁 2.電機反轉(zhuǎn) 造成電機反轉(zhuǎn)的原因主要有： 1）檢查輸出端子U/T1，V/T2和W/T3的連接是否正確 ？（使得電機的相序與端子連接相對應，通常來說：正轉(zhuǎn)（FWD）UVW，和反轉(zhuǎn)（REV）UWV ） 2）檢查電機正反轉(zhuǎn)的相序是否與U/T1，V/T2和W/T3相對應 ？ 3）檢查控制端子（FW）和（RV）連線是否正確 ？（端子(FW）用于正轉(zhuǎn)，（

22、RV）用于反轉(zhuǎn) ）第44頁/共93頁 3 .電機轉(zhuǎn)速不能到達 主要原因可能有： 1）如果使用模擬輸入，是否用電流或電壓“O”或“OI” i.檢查連線 ii.檢查電位器或信號發(fā)生器 2）負載太重 i.減少負載 ii.重負載激活了過載限定（根據(jù)需要不讓此過載信號輸出） 第45頁/共93頁 4.電機過載 （連續(xù)超負載150一分鐘以上 ） 造成電機過載原因有： 1）機械負載是否有突變 2）電機配用太小 3）電機發(fā)熱絕緣變差 4）電壓是否波動較大 5）是否存在缺相 6）機械負載增大 7）供電電壓過低第46頁/共93頁 5. 變頻器過載 造成變頻器過載原因有： 1）檢查變頻器容量是否配小，否則加大容量。

23、2）檢查機械負載是否有卡死現(xiàn)象。 3）V/F曲線設定不良，重新設定。第47頁/共93頁 6.主軸轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定 主要原因有： 1）負載波動是否太大。 2）電源是否不穩(wěn)。 3）該現(xiàn)象是否出現(xiàn)在某一特定頻率下。此現(xiàn)象可 以稍微改變輸出頻率，使用跳頻設定將此有問題的頻率跳過。 4）外界干擾。 第48頁/共93頁 7.主軸轉(zhuǎn)速與變頻器輸出頻率不匹配 主要原因有： 1）最大頻率設定是否正確。 2) 驗證V/F設定值與主軸電機規(guī)格是否相匹配。 3）確保所有比例項參數(shù)設定正確。 第49頁/共93頁 8.主軸與進給不匹配（螺紋加工時） 主要原因有： 當進行螺紋切削或用每轉(zhuǎn)進給指令切削時，會出現(xiàn)停止進給、主軸仍繼續(xù)

24、運轉(zhuǎn)的故障。要執(zhí)行每轉(zhuǎn)進給的指令，主軸必須有每轉(zhuǎn)一個脈沖的反饋信號，一般情況下為主軸編碼器有問題?？梢杂靡韵路椒▉泶_定： 1）CRT畫面有報警顯示。 2）通過PLC狀態(tài)顯示觀察編碼器的信號狀態(tài)。 3）用每分鐘進給指令代替每轉(zhuǎn)進給指令來執(zhí)行程序，觀察故障是否消失。第50頁/共93頁三）注意事項： 1）保持變頻器的清潔，不要讓灰塵等其它雜質(zhì)進入。 2）特別注意避免斷線或連接錯誤。 3）牢固連接接線端和連接器。 4）確保使用具有合適容量的熔斷器，漏電斷路器，交 流接觸器，電機連線。 5）切斷電源后應等待至少5分鐘，才能進行維護或檢 查。 6）設備應遠離潮濕和油霧，灰塵，金屬絲等雜質(zhì)。第51頁/共93

25、頁四）維修實例 例1：驅(qū)動器出現(xiàn)過電流報警的故障維修 故障現(xiàn)象：某數(shù)控車床，在加工時主軸運行突然停止，出現(xiàn)打刀，驅(qū)動器顯示過電流報警 。 分析與處理過程：經(jīng)查交流主軸驅(qū)動器主回路，發(fā)現(xiàn)再生制動回路、主回路的熔斷器均熔斷，經(jīng)更換后機床恢復正常。但機床正常運行數(shù)天后，再次出現(xiàn)同樣故障。 由于故障重復出現(xiàn)，證明該機床主軸系統(tǒng)存在問題，根據(jù)報警現(xiàn)象，分析可能存在的主要原因有： 1）主軸驅(qū)動器控制板不良。 2）電動機連續(xù)過載。 3）電動機繞組存在局部短路。 第52頁/共93頁 在以上幾點中，根據(jù)現(xiàn)場實際加工情況，電動機過載的原因可以排除?？紤]到換上元器件后，驅(qū)動器可以正常工作數(shù)天，故主軸驅(qū)動器控制板不良

26、的可能性已較小。因此，故障原因可能性最大的是電動機繞組存在局部短路。 維修時仔細測量電動機繞組的各項電阻，發(fā)現(xiàn)U相對地絕緣電阻較小，證明該相存在局部對地短路。 拆開電動機檢查發(fā)現(xiàn)，電動機內(nèi)部繞組與引出線的連接處絕緣套已經(jīng)老化；經(jīng)重新連接后，對地電阻恢復正常。 再次更換元器件后，機床恢復正常，故障不再出現(xiàn)。 第53頁/共93頁 例2：主軸高速出現(xiàn)異常振動的故障維修 故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，當主軸在高速（3000r/min以上）旋轉(zhuǎn)時，機床出現(xiàn)異常振動。 分析與處理過程：數(shù)控機床的振動與機械系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)整以及機械系統(tǒng)的固有頻率、主軸驅(qū)動系統(tǒng)的固有頻率等因素有關，其原因通常比較復雜。

27、 但在本機床上，由于故障前交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)工作正常，可以在高速下旋轉(zhuǎn)；且主軸在超過3000r/min時，在任意轉(zhuǎn)速下振動均存在，可以排除機械共振的原因。 經(jīng)仔細檢查機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)連接，最終發(fā)現(xiàn)該機床的主軸驅(qū)動器的接地線連接不良，將接地線重新連接后，機床恢復正常。 第54頁/共93頁 例3：不執(zhí)行螺紋加工的故障維修 故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，在自動加工時，發(fā)現(xiàn)機床不執(zhí)行螺紋加工程序。 分析與處理過程：數(shù)控車床加工螺紋，其實質(zhì)是主軸的轉(zhuǎn)角與Z軸進給之間進行的插補。主軸的角度位移是通過主軸編碼器進行測量。 在本機床上，由于主軸能正常旋轉(zhuǎn)與變速，分析故障原因主要有以下幾種： 1） 主軸編碼器

28、與主軸驅(qū)動器之間的連接不良。 2） 主軸編碼器故障。 3） 主軸驅(qū)動器與數(shù)控裝置之間的位置反饋信號電纜連接不良。 4） 主軸編碼器方向設置錯誤 。第55頁/共93頁 經(jīng)查主軸編碼器與主軸驅(qū)動器的連接正常，故可以排除第1項；且通過CRT的顯示，可以正常顯示主軸轉(zhuǎn)速，因此說明主軸編碼器的A、-A、B、-B信號正常；在利用示波器檢查Z、-Z信號，可以確認編碼器零脈沖輸出信號正確。 根據(jù)檢查，可以確定主軸位置監(jiān)測系統(tǒng)工作正常。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的說明書，進一步分析螺紋加工功能與信號的要求，可以知道螺紋加工時，系統(tǒng)進行的是主軸每轉(zhuǎn)進給動作，因此它與主軸的速度到達信號有關。 在FANUC 0-TD系統(tǒng)上，主軸的

29、每轉(zhuǎn)進給動作與參數(shù)PRM24.2的設定有關，當該位設定為“0”時，Z軸進給時不監(jiān)測“主軸速度到達”信號；設定為“1”時，Z軸進給時需要檢測“主軸速度到達”信號。 第56頁/共93頁 在本機床上，檢查發(fā)現(xiàn)該位設定為“1”，因此只有“主軸速度到達”信號為“1”時，才能實現(xiàn)進給。 通過系統(tǒng)的診斷功能，檢查發(fā)現(xiàn)當實際主軸轉(zhuǎn)速顯示置與系統(tǒng)的指令指一致時，才能實現(xiàn)進給。 通過系統(tǒng)的診斷功能，檢查發(fā)現(xiàn)當實際主軸轉(zhuǎn)速顯示值與系統(tǒng)的指令值一致時，“主軸速度到達”信號仍然為“0”。 進一步檢查發(fā)現(xiàn)，該信號連接線斷開；重新連接后，螺紋加工動作恢復正常。第57頁/共93頁例4 4：變頻器出現(xiàn)過壓報警的維修 故障現(xiàn)象：

30、配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，主軸電動機驅(qū)動采用三菱公司的E540變頻器，在加工過程中，變頻器出現(xiàn)過壓報警。 分析與處理過程：仔細觀察機床故障產(chǎn)生的過程，發(fā)現(xiàn)故障總是在主軸啟動、制動時發(fā)生，因此，可以初步確定故障的產(chǎn)生與變頻器的加/減速時間設定有關。當加/減速時間設定不當時，如主電動機起/制動頻繁或時間設定太短，變頻器的加/減速無法在規(guī)定的時間內(nèi)完成，則通常容易產(chǎn)生過電壓報警。 修改變頻器參數(shù)，適當增加加/減速時間后，故障消除。第58頁/共93頁 例5 5：安川變頻主軸在換刀時出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的故障維修 故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，開機時發(fā)現(xiàn)，當機床進行換刀動作時，主軸也隨之轉(zhuǎn)動。 分析與處理過程：由于該

31、機床采用的是安川變頻器控制主軸，主軸轉(zhuǎn)速是通過系統(tǒng)輸出的模擬電壓控制的。根據(jù)以往的經(jīng)驗，安川變頻器對輸入信號的干擾比較敏感，因此初步確認故障原因與線路有關。 為了確認，再次檢查了機床的主軸驅(qū)動器與刀架控制的原理圖于實際接線，可以判定在線路連接、控制上兩者相互獨立，不存在相互影響。 進一步檢查變頻器的輸入模擬量屏蔽電纜布線與屏蔽線連接，發(fā)現(xiàn)該電纜的布線位置與屏蔽線均不合理，將電纜重新布線并對屏蔽縣進行重新連接后，故障消失。 第59頁/共93頁 例6 6：主軸定位出現(xiàn)超調(diào)的故障維修 故障現(xiàn)象：某加工中心，配套611A主軸驅(qū)動器，在執(zhí)行主軸定位指令時，發(fā)現(xiàn)主軸存在明顯的位置超調(diào)，定位位置正確，系統(tǒng)無

32、故障。 分析與故障處理：由于系統(tǒng)無報警，主軸定位動作正確，可以確認故障是由于主軸驅(qū)動器或系統(tǒng)調(diào)整不良引起的。 解決超調(diào)的方法有很多種，如：減小加減速時間、提高速度環(huán)比例增益、降低速度環(huán)積分時間等等。檢查本機床主軸驅(qū)動器參數(shù)，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動器的加減速時間設定為2s，此值明顯過大；更改參數(shù)，設定加減速時間為0.5s后，位置超調(diào)消除。 第60頁/共93頁 數(shù)控機床對主軸要求在很寬范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速可調(diào)，恒功率范圍寬。要求機床有螺紋加工功能、準停功能和恒功率加工等功能時，就要對主軸提出相應的速度控制和位置控制要求。 主軸驅(qū)動系統(tǒng)也可稱為主軸伺服系統(tǒng)，相應的主軸電動機裝配有編碼器作為主軸位置檢測；另一種方法就是在主軸

33、上直接安裝外置式的編碼器，這在機床改造和經(jīng)濟型數(shù)控車床中用得較多。 與交流伺服驅(qū)動一樣，交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)也有模擬式和數(shù)字式兩種形式，交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)與直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)相比，具有如下特點：第61頁/共93頁 1) 由于驅(qū)動系統(tǒng)必須采用微處理器和現(xiàn)代控制理論進行控制，因此其運行平穩(wěn)、振動和噪聲小。 2）驅(qū)動系統(tǒng)一般都具有再生制動功能，在制動時，既可將電動機能量反饋回電網(wǎng)，起到節(jié)能的效果，又可加快制動速度。 3） 特別是對于全數(shù)字式主軸驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動器可直接使用CNC的數(shù)字量輸出信號進行控制，不要經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)速控制精度得到了提高。第62頁/共93頁 4）與數(shù)字交流伺服驅(qū)動一樣，在數(shù)字式主軸驅(qū)動

34、系統(tǒng)中，還可采用參數(shù)設定方法對系統(tǒng)進行靜態(tài)調(diào)整與動態(tài)優(yōu)化，系統(tǒng)設定靈活、調(diào)整準確。 5）由于交流主軸電動機無換向器，主軸電動機通常不需要進行維修。 6）主軸電動機轉(zhuǎn)速的提高不受換向器的限制，最高轉(zhuǎn)速通常比直流主軸電動機更高，可達到數(shù)萬轉(zhuǎn)。第63頁/共93頁4.5.1 主軸伺服與數(shù)控裝置的接線圖第64頁/共93頁第65頁/共93頁4.5.2 4.5.2 相關參數(shù)設置相關參數(shù)設置1. 位置比例增益 設定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益。設置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會引起振蕩或超調(diào)。參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號和負載情況確定。 第66頁/共93頁2.

35、速度比例增益 設定速度調(diào)節(jié)器的比例增益。設置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動系統(tǒng)型號和負載值情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設定較大的值。 第67頁/共93頁3.速度積分時間常數(shù)設定速度調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。設置值越小，積分速度越快。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動系統(tǒng)型號和負載情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設定較小的值。 第68頁/共93頁4.5.3 主軸伺服系統(tǒng)故障診斷 一）當主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時，通常有三種表現(xiàn)形式： 1. CRT或操作面板上顯示報警內(nèi)容或報警信息 2. 是在主

36、軸驅(qū)動裝置上用報警燈或數(shù)碼管顯示主軸驅(qū) 動裝置的故障； 3. 主軸工作不正常，但無任何報警信息。 二）主軸伺服系統(tǒng)常見故障有： 1.過載 原因：切削用量過大，頻繁正、反轉(zhuǎn)等均可引起過載報警 具體表現(xiàn)為：主軸電動機過熱主軸驅(qū)動裝置顯示過電流報警等。第69頁/共93頁 電氣系統(tǒng)原因： 1）檢查CNC系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出 2）檢查使能信號是否接通: 通過CNC顯示器觀察I/O狀 態(tài);分析機床PLC梯形圖（或流程圖），以確定主軸的啟動條件，如潤滑、冷卻 等是否滿足。 3）主軸電動機動力線斷裂或主軸控制單元連接不良。 4）機床負載過大。 5）主軸驅(qū)動裝置故障。 6）主軸電機故障。 2.主軸不能轉(zhuǎn)動

37、第70頁/共93頁機械故障原因： 機械方面，主軸不轉(zhuǎn)常發(fā)生在強力切削下，可能原因有: 1）主軸與電機連接皮帶過松或皮帶表面有油，造成打滑。 2）主軸中的拉桿未拉緊夾持刀具的拉釘。 （在車床上就是卡盤未夾緊工件）第71頁/共93頁當主軸轉(zhuǎn)速超過技術要求所規(guī)定的范圍，原因：1）CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉(zhuǎn)速模擬量(通常為010v)沒有達到與轉(zhuǎn)速指令對應的值，或速度指令錯誤。2）CNC系統(tǒng)中D/A變換器故障。3）主軸轉(zhuǎn)速模擬量中有干擾噪聲。4）測速裝置有故障或速度反饋信號斷線。5）電動機過載。6）電動機不良（包括勵磁喪失）。7）主軸驅(qū)動裝置故障。3. 主軸轉(zhuǎn)速異?；蜣D(zhuǎn)速不穩(wěn)定第72頁/共93頁 首先要區(qū)別

38、噪聲及振動發(fā)生在主軸機械部分還是電氣部分。檢查方法有：1）在減速過程中發(fā)生，一般是由驅(qū)動裝置造成的，如交流驅(qū)動中的再生回路故障。2）在恒轉(zhuǎn)速時，可通過觀察主軸電動機自由停車過程中是否有噪聲和振動來區(qū)別，如存在，則主軸機械部分有問題。3）檢查振動的周期是否與轉(zhuǎn)速有關，如無關，一般是主軸驅(qū)動裝置未調(diào)整好；如有關，應檢查主軸機械部分是否良好，測速裝置是否不良。4. 主軸振動或噪聲太大第73頁/共93頁電氣方面的原因： 1） 電源缺相或電源電壓不正常。 2）控制單元上的電源開關設定（50/60Hz切換）錯誤。 3）伺服單元上的增益電路和顫抖電路調(diào)整不好（或設 置不當） 4）電流反饋回路未調(diào)整好。 5）

39、三相輸入的相序不對。 第74頁/共93頁機械方面的原因： 1）主軸箱與床身的連接螺釘松動。 2）軸承預緊力不夠或預緊螺釘松動，游隙過大，使之 產(chǎn)生軸向竄動，應重新調(diào)查。 3）軸承損壞，應更換軸承。 4）主軸部件上動平衡不好，應重新調(diào)整動平衡。 5）齒輪有嚴重損傷，或此輪嚙合間隙過大，應更換此 輪或調(diào)整嚙合間隙。 6）潤滑不良，因油不足，應改善潤滑條件，使?jié)櫥?充足。 第75頁/共93頁 7）主軸與主軸電機的連接皮帶過緊，應移動電機座 調(diào)整皮帶使松緊度合適。 8）連接主軸與電機的連軸器故障。 9）主軸負荷太大。 例：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，在加工過程中，發(fā)現(xiàn)在端面加工時，表面出現(xiàn)周期性波紋。 分

40、析與處理過程：數(shù)控車床端面加工時，表面出現(xiàn)皺紋的原因很多，在機械方面如：刀具、絲杠、主軸等部件的安裝不良、機床的精度不足等等都可能產(chǎn)生以上問題。第76頁/共93頁 但該機床為周期性出現(xiàn)，且有一定規(guī)律，根據(jù)通常的情況，應于主軸的位置監(jiān)測系統(tǒng)有關，但仔細檢查機床主軸各部分，卻未發(fā)現(xiàn)任何不良。 檢查該機床的機械傳動裝置，其結(jié)構是伺服電動機與滾珠絲杠間通過齒形帶進行聯(lián)接，位置反饋編碼器采用的是分離型布置。 檢查發(fā)現(xiàn)X軸的分離是編碼器安裝位置與絲杠不同心，存在偏心，即：編碼器軸心線與絲杠中心不在同一直線上，從而造成了X軸移動過程中的編碼器的旋轉(zhuǎn)不均勻，反映到加工中，則出現(xiàn)周期性波紋。 重新安裝、調(diào)整編碼

41、器后，機床恢復正常。 第77頁/共93頁 1）減速極限電路調(diào)整不良。 2）電流反饋回路不良。 3）加/減速回路時間常數(shù)設定和負載貫量不匹配。 4）驅(qū)動器再生制動電路故障。 5）傳動帶連接不良。 5. . 主軸加主軸加/ /減速時工作不正常減速時工作不正常第78頁/共93頁 屏蔽或接地措施不良，主軸轉(zhuǎn)速指令信號或反饋信號受到干擾，使主軸驅(qū)動出現(xiàn)隨機和無規(guī)律性的波動。 判別有無干擾的方法是：當主軸轉(zhuǎn)速指令為零時，主軸仍往復擺動，調(diào)整零速平衡和漂移補償也不能消除故障。 6. 6. 外界干擾外界干擾第79頁/共93頁 1）CNC模擬量輸出（D/A）轉(zhuǎn)換電路故障。 2）CNC速度輸出模擬量與驅(qū)動器連接不

42、良或斷線。 3）主軸轉(zhuǎn)向控制信號極性與主軸轉(zhuǎn)向輸入信號不一致。 4）主軸驅(qū)動器參數(shù)設定不當。7. 主軸速度指令無效第80頁/共93頁 1）CNC參數(shù)設置不當或編程錯誤造成主軸轉(zhuǎn)速 控制信號 輸出為某一固定值。 2）D/A轉(zhuǎn)換電路故障。 3）主軸驅(qū)動器速度模擬量輸入電路故障。 例：一臺配套某系統(tǒng)的立式加工中心，主軸在低速時（低于120r/min）時，S指令無效，主軸固定以120r/min轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。 分 析 與 處 理 過 程 ： 由 于 主 軸 在 低 速 時 固 定 以120r/min轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，可能的原因是主軸驅(qū)動器有120r/min的轉(zhuǎn)速模擬量輸入，或是主軸驅(qū)動器控制電路存在不良。8. 8.

43、 主軸不能進行變速主軸不能進行變速第81頁/共93頁 為了判定故障原因，檢查CNC內(nèi)部S代碼信號狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)它與S指令值一一對應；但測量主軸驅(qū)動器的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出（測兩端CH2），發(fā)現(xiàn)即使是在S為0時，D/A轉(zhuǎn)換器雖然無數(shù)字輸入信號，但其輸出仍然為0.5V左右的電壓。 由于本機床的最高轉(zhuǎn)速為2250r/min，對照下表看出，當D/A轉(zhuǎn)換器輸出0.5V左右時，電動機轉(zhuǎn)速應為120r/min左右，因此可以判定故障原因是D/A轉(zhuǎn)換器（型號：DAC80）損壞引起的。 更換同型號的集成電路后，機床恢復正常。更換同型號的集成電路后，機床恢復正常。 第82頁/共93頁 9. 主軸只能單向運行或主軸轉(zhuǎn)向不正確主軸

44、只能單向運行或主軸轉(zhuǎn)向不正確 1）主軸轉(zhuǎn)速控制信號輸出錯誤 2）主軸驅(qū)動器速度模擬量輸入電路故障第83頁/共93頁 數(shù)控車床加工螺紋，其實質(zhì)是主軸的角位移與Z軸進給之間進行插補，主軸的角位移是通過主軸編碼器進行測量的，一般螺紋加工時，系統(tǒng)進行的是主軸每轉(zhuǎn)進給動作，要執(zhí)行每轉(zhuǎn)進給的指令，主軸必須有每轉(zhuǎn)一個脈沖的反饋信號，“亂牙”往往是由于主軸與Z軸進給不能實現(xiàn)同步引起的，此外，還有以下原因： 1）主軸編碼器或Z軸“零位脈沖”不良或受到干擾。 2）主軸編碼器或連軸器松動（斷裂）。 3）主軸編碼器信號線接地或屏蔽不良，被干擾。 4）主軸轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，有抖動。10. 10. 螺紋加工出現(xiàn)螺紋加工出現(xiàn)“亂牙亂牙”故障故障第84頁/共93頁 5）主軸轉(zhuǎn)速尚未穩(wěn)定，就執(zhí)行了螺紋加工指令（G32），導致了主軸與Z軸進給不能實現(xiàn)同步，造成“亂牙”。 例：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，在G32車