主轴控制故障

摘摘 要要 目前国内外数控车床的现状 发展动态和发展方向及其在现代工业中的重 要作用 根据设计的实际需要 对数控车床主轴开展研究 以用实际工程的有 关理论和实现原理进行阐述 并进行了主轴箱及液压卡盘的三维设计及优化设 计 和主轴驱动系统的优化设计 研究过程中主要分为静态分析和优化设计两 个阶段 静态分析 得知主轴箱的静态应变力 并对主轴箱体和主轴的结构及 驱动系统的传动结构进行了优化设计 数控车床的主轴控制系统 它是利用数 字化的信息脉冲对机床运动及工作过程进行控制的一种方法 这种方法用于组 合机床及其生产线上的专用机床数控技术实施加工控制的机床 或者说装备了 数控系统的机床称为数控 CNC 机床 要实现对机床的控制 需要用以数字 信号描述的主轴 刀具运动的几何信息 使主轴 刀具和工件间的相对运动以 及用工艺信息来描述机床加工必须具备的加工工艺参数 而今 在机械加工工厂里 有许多数控车床 这些数控车床会出现许多主 轴的工作故障 主轴又是数控机床加工工作的直接执行者 因此整个数控系统 的硬件与软件设备都是为主轴的正常精确工作而存在的 所以任何一个硬件或 软件发生故障都会直接或间接的影响到主轴运动 在数控车床的主轴及驱动故 障维修的问题上要对整个数控系统进行严密的检查与分析 从而达到使数控车 床主轴故障 的排除 关键字 数控车床关键字 数控车床 主轴控制故障主轴控制故障 主轴维修主轴维修 主轴驱动主轴驱动 Take to At present the domestic and foreign status quo development of CNC lathes and dynamic development direction and the important action on the modern industry of according to the actual requirement of the design of NC lathe spindle conducting research with actual engineering theories and implementation principle is expounded and the main spindle box and hydraulic chuck of three dimensional design and optimization design and the spindle drive system optimization design The research process is divided into static analysis and optimal design of two stage static analysis that the spindle box of static strain and the spindle box and spindle structure and drive system for driving structure optimized design NC lathe spindle control system it is the use of digital information pulse on the machine and the work process control method This method is used for the combination of machine and production line dedicated CNC technology implementation process control machine tool or equipment of CNC machine tool called NC CNC machine tool In order to realize the control needed for the digital signal to describe the spindle tool motion geometry information allowing the spindle tool and the relative motion between the workpiece and the use of information technology to describe the machine must have the processing parameters Now in the mechanical processing factories there are a lot of CNC lathes CNC lathe spindle which there will be a lot of work spindle fault and CNC machining work the executor the numerical control system hardware and software equipment are as the main axis of the normal precision work exists so any hardware or software failure will directly or indirectly affect spindle motor In the CNC lathe spindle and its drive fault repair problems to the CNC system of strict examination and analysis so as to make the spindle CNC lathe fault exclusion Keywords CNC lathe spindle spindle spindle drive control fault repair 目目 录录 摘要摘要 1 英文摘要英文摘要 2 一 绪论一 绪论 1 1 选题背景与意义选题背景与意义 4 1 2 国内外发展研究现状国内外发展研究现状 4 1 3 本文内容与结构本文内容与结构 5 二 数控车床主轴驱动系统二 数控车床主轴驱动系统 2 12 1 数控车床对主轴传动数控车床对主轴传动 6 三三 直流主轴控制系统常见的故障直流主轴控制系统常见的故障 3 13 1 主轴驱动故障主轴驱动故障 8 3 直流主轴驱动系统使用注意点和日常维护直流主轴驱动系统使用注意点和日常维护 12 3 3 主轴通用变频器主轴通用变频器 13 3 4 主轴通用变频器常见报警及故障主轴通用变频器常见报警及故障 18 四 四 交流伺服主轴驱动系统常见故障及排除交流伺服主轴驱动系统常见故障及排除 4 1 交流伺服主轴驱动系统交流伺服主轴驱动系统 23 4 2 交流伺服主轴驱动系统常见故障交流伺服主轴驱动系统常见故障 23 结结 论论 27 致致 谢谢 28 参考文献参考文献 29 附录附录 30 一 绪论一 绪论 1 1 选题背景与意义选题背景与意义 随着科学技术的发展 越来越多的高科技 高精度产品进入我们生活和生 产的各个领域 能制造出这些高精度产品必须要以高精度低误差的数控车床来 进行加工 对数控车床而言加工精度就是其生命 主轴驱动系统带动工件或刀 具做相应的旋转运动 从而能配合进给运动 加工出理想的产品 但是 总会 有许多故障导致数控车床的主轴及驱动发生偏差 从而直接影响到数控车床加 工质量发生不良效果 本课题针对数控车床主轴及驱动故障与维修而进行探讨 的 就是找出数控车床的主轴及驱动可能出现的故障并用相关技术进行维修 从而解决主轴及驱动的故障 消除该故障对车床造成的不良影响 现如今数控技术已经广泛应用于社会生产 各个领域都离不开数控技术 如数控机床在工业生产上运用极其广泛 特别是国防军事 航空航天等高端领 域的运用起着非常重要的作用 只有高精度的数控机床才能加工出高质量的产 品 因此数控车床主轴及驱动的研究一直在进行 它的研究意义重大 本课题 随着数控技术的广泛运用也一起得到了研究人员的高度重视 如今正在蓬勃的 发展着 在数控机床的应用是很重要的 其发展空间很广阔 目前学者在该问 题的探讨 研究中已经取得了不错的成绩 今后该课题将会有更深层次的研究 1 2 国内外发展研究现状国内外发展研究现状 数控车床主轴及驱动故障与维修作为数控机床的一门关键课题 理论基础 涉及到数学 电路基础 信号分析等科学与技术 其理论和应用研究始终在不 断的发展 数控车床主轴及驱动故障与维修领域的理论研究 特性测量和新功能数控 系统的开发 需要投入高科技专业人才和巨大的资金 它的理论研究花费的时 间比较长 从基础理论研究到将其成果转化位标准 转化为测量技术 其过程 很是复杂 有少数实力雄厚的大型公司也在进行数控技术的理论研究 当今世 界各国制造业广泛采用数控技术 以提高制造能力和水平 提高对动态多变市 场的适应能力和竞争能力 此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装 备列为国家的战略物资 不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业 而且在 高精尖 数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策 总之 大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发 展 提高综合国力和国家地位的重要途径 随着改革开放 国内通过引进了国 外的高新技术及自己的努力研究 数控相关技术迅速崛起 华中数控系统已经 发展为国内使用较为广泛的数控系统 数控技术的研究也取得了可观的成就 目前中国在数控技术方面远远落后于欧美发达国家 国内的数控技术研究起步 较慢 某些高端技术不及欧美发达国家 我们国内要有自己的高端技术就必须 自己研究 科学技术就是是第一生产力 1 3 本文内容与结构本文内容与结构 本文主要阐述的是数控车床主轴及驱动故障的排除与维修问题 要解决数 控车床主轴及驱动系统的故障 使数控车床主轴能够正常工作 就必须要在整 个数控系统的各个部件进行检查 排除一系列可能的故障因素 本论文就是对 数控主轴及其驱动故障进行分析并实施维修的 通过对数控车床主轴及驱动故 障分析并维修可以解决数控车床主轴的工作故障问题 使之加工精确能力增强 工作更加稳定 本文分为几个部分进行深层次的探讨与研究 二 数控车床主轴驱动系统二 数控车床主轴驱动系统 数控系统的稳定性 可靠性是数控机床稳定 可靠运行的重要条件 主轴 驱动系统带动工件或刀具做相应的旋转运动 从而能配合进给运动 加工出理 想的产品 数控车床的主轴驱动系统分为三种 直流主轴驱动系统 主轴通用 变频器控制系统 交流主轴驱动系统 主轴驱动变速目前主要有两种形式 一是主轴电动机齿轮换挡 目的在于 降低主轴转速 增大传动比 放大主轴功率以适应切削的需要 二是主轴电动 机通过同步齿形带或皮带驱动主轴 该类主轴电动机又称宽域电机或强切削电 动机 具有恒功率宽的特点 由于无需机械变速 主轴箱内省却了齿轮和离合 器 主轴箱实际上成了主轴支架 简化主传动系统 从而提高了传动链的可靠 性 2 12 1 数控车床对主轴传动系统的要求数控车床对主轴传动系统的要求 1 调速范围宽 为了保证加工时选用适合的切削用量 以获得最佳的生产率 加工精度和表 面质量 特别对于具有自动换刀功能的数控车床 为了适应各种刀具 工序和 材料的加工要求 对主轴的调速范围提出了更高的要求 要求主轴能在较宽的 转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速 并减少中间传动环节 2 恒功率范围要宽 要求主轴在调速范围内均能提供所需的切削功率 并尽可能在调速范围内 提供主轴电机的最大功率 由于主轴机电与驱动装置的限制 主轴在低速段均 为恒转矩输出 3 具有四相驱动能力 要求主轴在正 反向转动时均可进行自动加 减速控制 并且加 减速时间 要短 4 具有位置控制能力 即进给功能和定向功能 以满足刚性攻丝 螺纹切削以及车削中心的某些 加工工艺的需要 5 具有较高的精度与刚度 传动平稳 噪音低 数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关 为了提高传动件的 制造精度与刚度 采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增 加耐磨性 最后一级一般用斜齿轮传动 使传动平稳 采用带传动时应采用齿 型带 应采用精度高的轴承及合理的支撑跨距 以提高主轴的组件的刚性 在 结构允许的条件下 应适当增加齿轮宽度 提高齿轮的重叠系数 变速滑移齿 轮一般都用花键传动 采用内径定心 侧面定心的花键对降低噪声更为有利 因为这种定心方式传动间隙小 接触面大 但加工需要专门的刀具和花键磨床 6 不同类型的主轴系统的特点和使用范围 数控机床加工时 可能由于持续切削 加工余量不均匀 运动部件不平衡以 及切削过程中的自振等原因引起冲击力和交变力 使主轴产生振动 影响加工 精度和表面粗糙度 严重时甚至可能损坏刀具和主轴系统中的零件 使其无法 工作 主轴系统的发热使其中的零部件产生热变形 降低传动效率 影响零部 件之间的相对位置精度和运动精度 从而造成加工误差 因此 主轴组件要有 较高的固有频率 较好的动平衡 且要保持合适的配合间隙 并要进行循环润 滑 三三 直流主轴控制系统常见的故障直流主轴控制系统常见的故障 尽管直流主轴驱动系统在目前已应用不多 逐步为交流主轴驱动系统取代 但现有系 统的维修还有不少 在此也总结它的故障特点 3 13 1 主轴驱动故障主轴驱动故障 1 主轴电动机不转 造成这类故障的原因有 1 印制线路板表面太脏或内部电路接触不良 维修时可通过清洗印制线路板表面 确保内部电路接线正确 2 触发脉冲电路故障 晶闸管无触发脉冲发生 在维修时检查脉冲发生器和晶闸管 确保触发脉冲信号畅通 3 机床未给出主轴旋转信号 电动机动力线电线或主轴控制单元与电动 机连线不良 通过测量从数控装置主轴接口输出过来的信号 保证主轴控制信号正 常 4 机械连接脱落 如高 低档齿轮切换用的力和齿啮合不良 检查各机械部件是否连接到位 5 机床负载太大 重新考虑负载条件 减轻负载 6 控制信号为满足主轴旋转的条件 如转向信号 速度给定电压为输入 重新输入并更正控制信号 主轴速度不正常或不稳定 造成这类故障的原因见表 2 1 表 2 1 主轴速度不正常或不稳定的故障综述 可能的原因检查步骤排除措施 电动机负载过重 重新考虑负载条 件 减轻负载 速度指令电压不 良或错误 D A 转换器发生故 障 测量从数控装置 主轴接口输出过 来的信号 确保主轴控制信 号正常 反馈线断线或不 良 确保接线正确 反馈装置损坏 测量反馈信号 更换反馈装置 电动机故障 如 励磁丧失等 更换电动机 驱动器故障 误差放大器故障 采用交换法 可 以判断是否出了 故障更换驱动器 印刷线路板太脏 打开驱动器 定 期给电路板作出 清洁 保持电路板的清 洁或更换放大器 3 电动机速度达到一定值就上不去了 如法兰克直流可控硅主轴伺服驱动单元 为 1160 它是电动机的调速转换点 速度在 0 1160 励磁电流为 6 8A 恒定 电 机主线圈电压由 0 220V 变化 电机速度大于 1160 后 则电机主线圈电压 为 220V 恒定 励磁电流从 6 8A 减小 其可能原因见表 2 2 表 2 2 主轴电机速度达到一定值就上不去了的故障综述 可能的原因检查步骤排除措施 晶闸管整流部分太脏 造成直流母线电压过低 或绝缘性能降低 清洁好晶闸管 保持内 电路板的清洁 电动机磁体不正常 输 出电压不正常 用万用表测量励磁电压更换磁体或更换电动机 控制板的励磁回路故障 最好用交换法测试控制 板 更换控制板 4 发生过流报警 造成这类故障的原因见表 2 3 表 2 3 主轴过程报警综述 可能原因检查步骤排除措施 驱动器电流极限设定错 误 检查设定参数 依照参数说明书 设置 好参数 主轴负载过大 或机械 故障 检查是否机械卡住 在 停机状态 确保主轴无机械异常 如果负载过大 重新考 虑机床负载条件 长时间切削条件恶劣 调整切削参数 改善切 削条件 检查直流主轴电机的线 圈电阻不正常 换向器 检查直流主轴电机的线 圈电阻是否正常 换向 确保电阻正常 用干燥 的压缩空气吹干净 太脏器是否太脏 动力线连接不牢固 检查动力线是否连接牢 固 拧紧动力线 驱动器的控制励磁电源 存在故障 也就是检查励磁电压是 否正常 电动机故障 如 电枢 线内部存在局部短路 更换电机 驱动器故障 如 同步 触发脉冲不正确 采用交换法 可判断出 它们是否有故障 更换驱动器 5 主轴过热或过载报警 这时驱动器的过热报警指示灯会亮 其可能原因见表 2 4 表 2 4 主轴过热报警综述 可能原因检查步骤排除措施 长期负载过大 电动机 太热 用手触摸电动机 感觉 是否发热厉害 如果温 度很高 等冷却后再开 机 看是否仍有报警 改善切削条件 调整切 削参数 降低负载 电动机或反馈线断线或 短路 用万用表测量其输出端 子 是否接通状况良好 确保接线正确 电动机故障 采用交换法 确定电动 机是否有故障 更换电动机 6 保险丝熔断 其可能原因见表 2 5 表 2 5 保险丝熔断的故障综述 可能原因检查步骤排除措施 伺服电动机或主回路绝 缘不良 检查直流伺服电动机和 主回路的绝缘 更换相应的部件 电枢线短路 电枢线短路 电枢线绕 组短路或局部短路 电 枢线对地短路 排除短路故障 主回路故障 用万用表检查所有会路 的可控硅是否有短路 更换相应的坏的可控硅 控制板故障引起主回路如果在烧保险的同时有按电流报警处理方法处 电流过大过电流报警理 输入电压太高用万用表测量输入电压 控制电压在 10 15 范 围内 7 电动机不转 就是系统发出指令后 主轴伺服单元或直流主轴电动机不执行 其可能原因见表 2 6 表 2 6 电动及不转的故障综述 可能原因检查步骤排除措施 机械卡死 在不通电的情况下 机械轴应该能自由活动 消除机械故障 减 轻负载 负载特别大 重新考虑机床负载 能力 机械连接脱落 如 高 低档齿轮切换用的力 和齿啮合不良 在负载特别重的外界情 况下 检查机械连接情 况重新调整机械连接 控制信号为满足主 轴旋转的条件 如转向 信号 速度给定电压为 输入 通过 PLC 状态监测 功能 查看主轴正 反转 信号时否送出 主轴速 度给定指令是否给出 从数控系统端找出 故障 确保各指令正常 电动机动力线不良 电机励磁线短线 R S T 线不正常 用万用表测量各连 线端子的接通情况 确保各连接线正常 碳刷不好或严重磨 损 检查直流主轴电机 的碳刷是否正常 是否 接触不好 更换好的碳刷 电动机励磁回路或 主回路组织不正常 检查励磁回路是否 有阻值 或者阻值很大 如果没阻值或阻值 很大 更换电动机 驱动器印制线路板 表面太脏以致内部电路 接触不良 在不通电的情况下 打开驱动器保护盖子 清洁印制线路板 保持驱动器的清洁 有良好的工作环境 触发脉冲电路故障 晶闸管无触发脉冲产生 属驱动器故障 采 用交换法判断是否有故 障 更换驱动 控制板故障 用交换法判断是否 控制板故障更换控制板 8 电刷磨损严重或电刷面上有划痕 可能原因见表 2 7 表 2 7 电刷磨损严重或电刷面上有划痕的可能原因 可能原因 检查步骤排除措施 主轴连续长时间过 载工作 有计划的安排使用 机床 主轴电动机换向器 表面太脏或有伤痕 目测清洁换向器 电刷上有切削液进 入 做好密封措施 驱动器控制回路的 设定 调整不当 检查参数是否正确 依照参数说明书 重新设置好参数 3 2 直流主轴驱动系统使用注意点和日常维护直流主轴驱动系统使用注意点和日常维护 1 安装注意事项 主轴伺服系统对安装有较高的要求 这些要求是保证驱 动器正常工作的前提条件 在维修时必须引起注意 1 安装驱动器的电柜必须密封 为了防止电柜内温度过高 电柜设计 时应将温升控制在 15 以下 电柜的外部空气引入口 应设置过滤器 并防止 从排气口浸入尘埃或烟雾 电缆出入口 柜门等部分应进行密封 冷却电扇不 要直接吹向驱动器 以免粉尘附着 2 维修完成后 进行重新安装时 要遵循下列原因 安装面要平 且有足够的刚性 电刷应定期维修及更换 安装位置应尽可能使其检修容易 冷却进风口的进风要充分 安装位置要尽可能使冷却部分的检修容易 应安装在灰尘少 湿度不高的场所 环境温度应在 40 以下 应安装在切削液和油不能直接溅到的位置上 2 使用检查 1 伺服系统启动前的检查 检查伺服单元和电动机的信号线 动力线等的连接时否正常 是否松动 以及绝缘是否良好 强电柜和电动机是否可靠接地 电动机的电刷的安装是否牢靠 电动机安装螺栓是否完全拧紧 2 使用时的检查 检查速度指令与转速是否一致 负载指示是否正常 是否有异常声音和异常振动 轴承温度是电刷上是否急剧上升等不正常现象 电刷上是否有显著的火花发生痕迹 3 对于工作正常的主轴驱动系统 应进行如下日常维护 1 电柜的空气过滤器每月应清扫一次 2 电柜及驱动器的冷却风扇应定期检查 3 建议操作人员每天都应注意主轴的旋转速度 异常振动 异常声音 通 风状态 轴承温度 外表温度和异常臭味 4 建议使用单位维护人员 每月应对电刷 换向器进行检查 5 建议使用单位维护人员 每半年应对测速发电动机 轴承 热管冷却部 分 绝缘电阻进行检测 3 3 主轴通用变频器主轴通用变频器 1 变频器技术简介 随着交流调速技术的发展 目前数控机床的主轴驱动采用交流主轴配变频器 控制的方式 变频器的控制方式从最初的电压空间矢量控制 磁通转迹法 到 矢量控制 磁通定向控制 发展至今为直接转矩控制 从而能方便地实现无速 度传感器化 脉宽调制 PWM 技术从正弦 PWM 发展至优化 PWM 技术和随 机 PWM 技术 以实现电流谐波畸变小 电压利用率最高 效率最优 转矩脉 冲最小及噪声强度大幅度削弱的目标 功率器件由 GTO GTR IGBT 发展到 智能模块 IPM 是开关速度快 驱动电流小 控制驱动简单 故障率降低 干 扰得到有效控制及保护功能进一步完善 随着数控控制的 SPWM 变频调速系统的发展 数控机床主轴驱动采用通用 变频器控制也越来越多 所谓 通用 包含两方面的含义 一是可以和通用的笼 型异步配套应用 二是具有多种可供选择的功能 可应用于各种不同性质的负 载 如三菱 FR A500 系列变频器既可以通过 2 5 端 用 CNC 系统输出的模拟 信号来控制的转速 也可通过拨码开关的编码输出或 CNC 系统的数字信号输 出值 RH RM 和 RL 端 通过变频器的参数设置 实现从最低速到最高速的变 速 值得注意的是 变频器的冷却方式都采用风扇强迫冷却 如果通风不良 器 件的温度将会升高 有时即使变频器并没有跳闸 但器件的使用寿命已经下降 所以 应注意冷却风扇的运行状况是否正常 经常清拭滤网和散热器的风道 以保证变频器的正常运转 例 AC200S 是矢量控制晶体管正弦波 PWM 的主轴驱动装置 有带冷却风 扇和电容器的机架 主轴驱动装置 电源和再生电路及装配有编码器的主轴电 动机组成 当出现主轴电动机不转的故障时 可逐个检查各装置是否正常 2 变频器接线图 图 3 1 变频接线图 图 3 2 HNC 21 数控装置与主轴变频器的连接图 3 变频器调速原理与特性 变频调速公式 恒转矩调速 恒转矩变频调速系统中 如能保持 Ux f 定值 则 f 变化时 能保持过载能 力不变 理论上 从上式中可知 当 f1 减小时 最大转矩 Tm 不变 启动转矩 Tst 增大 临 界点转速降不因此 机械特性随频率的降低而向下平移 如图 5 5 中虚线所示 实际上 由于定子电阻 r1 的存在 随着 f1 的降低 u1 f1 常数 Tm 将减小 当 f1 很低时 Tm 减小很多 如图 2 3 所示 图 2 3 实际恒转矩特性曲线 3 恒功率变频调速 在基频以上调速时 频率从 f1 N 往上增高 但电压 U1 却不能增加得比 额定电压还大 最大只能保持 U1N 由上述公式可知 这迫使 与 f 成反比 降低 Tm 与 Tst 均随频率 f1 的增高而减小 保持不变 机械如图 3 6 所示 这近似为恒功率调速 相当于直流电动机弱磁调速的情况 图 3 4 恒转矩和恒功率变频调速的机械特性 图 3 5 异步电动机变频调速控制特性 图 3 6 变频调速时功率 转矩变化特性 3 4 主轴通用变频器常见报警及故障处理主轴通用变频器常见报警及故障处理 1 通用变频器常见报警及保护 为了保证驱动器的安全 可靠的运行 在主轴伺服系统出现故障和异常等 情况时 设置了较多的保护功能 这些保护功能与主轴驱动器的故障检测与维 修密切相关 当驱动器出现故障时 可以根据保护功能的情况 分析故障原因 1 接地保护 在伺服驱动器的输出线路以及主轴内部等出现对地短路时 可以通过快速 熔断器间切断电源 对驱动器进行保护 2 过载保护 当驱动器 负载超过额定值时 安装在内部的热开关或主回路的热继电器 将动作 对进行过载保护 3 速度偏差过大报警 当主轴的速度由于某种原因 偏离了指令速度且达到一定的误差后 将产生报 警 并进行保护 4 瞬时过电流报警 当驱动器中由于内部短路 输出短路等原因产生异常的大电流时 驱动器将 发出报警并进行保护 5 速度检测回路断线或短路报警 当测速发电动机出现信号断线或短路时 驱动器将产生报警并进行保护 6 速度超过报警 当检测出的主轴转速超过额定值的 115 是 驱动器将发出报警并进行保护 7 励磁监控 如果主轴励磁电流过低或无励磁电流 为防止飞车 驱动器将发出故障并进 行保护 8 短路保护 当主回路发生短路时 驱动器可以通过相应的快速熔断器进行短路保护 9 相序报警 当三相输入电源相序不正确或缺相应的快速熔断器进行短路保护 驱动器出现保护性的故障时 也叫报警 首先通过驱动器自身的指示灯以 报警的形式反映出内容 具体说明见表 2 8 报警名称 报警时的 LED 显示 动作内容 对地短路对地短路故障 检测到变频器输出电路对地 短路时动作 一般为 30kW 而对 22kW 变频器发生对地 短路时 作为过过电流保护 动作 此功能只是保护变频 器 为保护人身和防止火警 事故等应采用另外的漏电保 护继电器或漏电短路器等进 行保护 加速时过电压 减速时过电流 过电压 恒速时过电流 由于再生电流增加 使主电 路直流电压达到过电压检出 值 有些变频器为 800VDC 时 保护动作 但是 如果 由变频器输入侧错误地输入 控制电路电压值时 将不能 显示此报警 欠电压欠电压 电源电压降低等使主电路直 流电压低至欠电压检出值 有点变频器为 400VDC 以下时 保护功能动作 注 意 当电压低至不能维持变 频器控制电路电压值时 将 不显示报警 电源缺相电源缺相 连接的 3 相输入电源 L1 R L2 S L3 T 中任何 1 相缺时 有点变频器能在 3 相电压不平衡状态下运行 但可能造成某些器件 如 主电路整流二极管和主滤波 电容器损坏 这种情况下 变频器会报警和停止运行 散热片过热 如内部的冷却风扇发生故障 散热片温度上升 则产生的 保护动作 变频器内部过热 如变频器内通风散热不良等 则其内部温度上升 保护动 作 过热 制动电阻过热 当采用制动电阻且使用频度 过高时 会使其温度上升 为防止制动电阻烧损 有点 会 叭 的很大的爆炸声 保 护动作 外部报警 当控制电路端子连接控制单 元 制动电阻 外部热继电 器等外部设备的报警常闭接 点时 按这些节点的信号动 作 电动机过负载 当电动机所拖动的负载过大 使超过电子热继电器的电流 超过设定值时 按反时限性 保护动作 外部报警 变频器过负载 此报警一般为变频器主电路 半导体元件的温度保护 按 变频器输出电流超过过载额 定值时保护动作 通讯错误RS 通信错误 当通信时出错 则保护 动作 5 通用变频器常见故障及处理 1 主轴电机不转 主要有以下原因 变频器输出端子 U V W 不能提供电源 负载过量 任选远程操作器被使用 此种状况处理的方法有 a 电源是否已提供给端子 运行命令是否有效 RS 复位 功能或自由运 行停车功能是否处于开启状态 b 电动机负载是否太重 c 确保其操作设定正确 2 电动机反转 主要有以下原因 输出端子 U T1 V T2 和 W T3 的连接是否正确 电动机正反转的相序是否与 U T1 V T2 和 W T3 相对应 控制端子 FW 和 RV 连线是否正确 a 使得电动机的相序与端子连接相对应 通常来说 正转 FWD U V W 和反转 REV U W V b 端子 FW 用于正转 RV 用于反转 3 电动机转速不能到达 主要有以下原因 如果使用模拟输入 电流或电压 O 或 OI 负载太重 a 检查连线 检查电位器或信号发生器 b 减少负载 重负载激活了过载限定 根据需要不让此过载信号输出 4 电机过载 连续超负载 150 一分钟以上 主要有以下原因 机械负载是否有突变 电机配用太小 电机发热绝缘变差 电机是否波动较大 是否存在缺相 机械负载增大 供电电压低 关于以上故障情况说明 电源电压过高 变频器一般允许电源电压向上波动的范围是 10 超过此范围时 就进行保护 降速过快 如果将减速时间设定的太短 在再生制动过程中 制 动电阻来不及将能量放掉 只是直流回路赂电压过高 形成高电 压 电源电压低于额定值电压 10 过电流可分为 非短路性过电流 可能发生在严重过载或加速过快 短路性过电流 可能发生在负载侧短路或负载侧接地 另外 如果变频器 逆变桥同一桥臂的上下两晶体管同时导通 形成 直通 因为变频器在运行时 同一桥臂的上下两晶体管总是处于交替导通状态 在交替导通的过程中 必须 保证只有在一个晶体管完全截止后 另一个晶体管才开始导通 如果由于某种 原因 如环境温度过高等 使之器件参数发生飘移 就可能导致直通 四 四 交流伺服主轴驱动系统常见故障及排除交流伺服主轴驱动系统常见故障及排除 流伺服主轴驱动系统通常采用感应电动机作为驱动电机 由伺服驱动器实 施控制 有速度开环或闭环控制方式 也有采用永磁同步电动机作为驱动电机 由伺服驱动器实现速度环的矢量控制 具有快速的动态响应特性 但其恒功率 调速范围较小 与交流伺服驱动一样 交流主轴驱动系统也有模拟式和数字 式两种型式 交流主轴驱动系统与直流主轴驱动系统相比 具有如下特点 三 维网技术论坛 0 8 u W1 由于驱动系统必须采用微处理器和现代控制理论进行控制 因此其运行平 稳 振动和噪声小 驱动系统一般都具有再生制动功能 在制动时 即可将能 量反馈回电网 起到节能的效果 又可以加快起制动速度 特别是对于全数字 式主轴驱动系统 驱动器可直接使用 CNC 的数字量输出信号进行控制 不要经 过 D A 转换 转速控制精度得到了提高 与数字式交流伺服驱动一样 在数字 式主轴驱动系统中 还可采用参数设定方法对系统进行静态调整与动态优化 系统设定灵活 调整准确 由于交流主轴无换向器 主轴通常不需要进行维修 主轴转速的提高不受换向器的限制 最高转速通常比直流主轴更高 可达到数 万转 图 4 1 主轴伺服与数控装置的接线图 4 1 交流伺服主轴驱动系统交流伺服主轴驱动系统 交流伺服主轴驱动系统通常采用感应电动机作为驱动电机 由伺服驱动器 实施控制 有有速度开环或闭环控制方式 也有采用永磁同步电动机作为驱动 电机 由伺服驱动器实现速度环的矢量控制 具有快速的动态响应特性 但其 恒功率调速范围较小 与交流伺服驱动一样 交流主轴驱动系统也有模拟式和数字式两种型式 交 流主轴驱动系统与直流主轴驱动系统相比 具有如下特点 由于驱动系统必须采用微处理器和现代控制理论进行控制 因此其运行平 稳 振动和噪声小 驱动系统一般都具有再生制动功能 在制动时 即可将能量反馈回电网 起到节能的效果 又可以加快起制动速度 特别是对于全数字式主轴驱动系统 驱动器可直接使用 CNC 的数字量输 出信号进行控制 不要经过 D A 转换 转速控制精度得到了提高 与数字式交流伺服驱动一样 在数字式主轴驱动系统中 还可采用参数设 定方法对系统进行静态调整与动态优化 系统设定灵活 调整准确 由于交流主轴无换向器 主轴通常不需要进行维修 主轴转速的提高不受换向器的限制 最高转速通常比直流主轴更高 可达 到数万转 4 2 交流伺服主轴驱动系统常见故障交流伺服主轴驱动系统常见故障 交流主轴驱动系统按信号形式又可分为交流模拟型主轴驱动单元和交流数字型主轴驱 动单元 交流主轴驱动除了有直流主轴驱动同样的过热 过载 转速不正常报警或故障外 还有另外的故障条目 总结如下 1 主轴不能转动 且无任何报警显示 可能的原因见表 4 1 表 4 1 可能原因可能原因检查步骤检查步骤排除措施排除措施 机械负载过大www尽量减轻机械负载 主轴与电动机连接皮带过松 重新装夹好刀具或工件三维 cad 机 系统处在急停状态 更具实际情况下 松开急停 机械准备好信号断路 检查主轴单元的主交流接触 器是否吸合三维网技术论坛 d w y E 通过 CRT 观察 I O 状态 分 析机床 PLC 梯形图 或流程 图 以确定主轴的启动条件 如润滑 冷却等是否满足 三维网技术 论坛 检查外部启动的条件是否符 合 主轴驱动装置故障更换主轴驱动装置 主轴电动机故障 有条件的话 利用交换法 确定是否有故障www 3dportal 更换电动机www 2 主轴速度指令无效 转速仅有 1 2r min 可能的原因见表 4 2 可能原因可能原因检查步骤检查步骤排除措施排除措施 动力线接线错误三 检查主轴伺服与电动机 之间的 UVW 连线三维网 技术论 确保连线对应 www CNC 模拟量输出 D A 转换电路故障 用交换法判断是否有故 障 更换相应电路板 CNC 速度输出模拟量与 驱动器连接不良或断线 三维 测量相应信号 是否有 输出且是否正常 更换指令发送口或更换 数控装置 主轴驱动器参数设定不 当 0 R6 q 查看驱动器参数 是否 正常三维网技术论坛 依照说明书 正确设置 参数 反馈线连接不正常查看反馈连线三确保反馈连线正常 反馈信号不正常 检查反馈信号的波形调整波形至正确或更换 编码器 4 速度偏差过大 指的是主轴电机的实际速度与指令速度的误差值超过允许值 一般是启动时电机没有转动或速度上不去 引起此故障的原因见表 4 3 可能原因可能原因检查步骤检查步骤排除措施排除措施 反馈连线不良三维网技 不启动主轴 用手盘动 主轴使主轴电动机以较 确保反馈连线正确 www 反馈装置故障 快速度转起来 估计电 机的实际速度 监视反 馈的实际转速 更换反馈装置 动力线连接不正常确保动力线连接正常 动力电压不正常 用万用表或兆欧表检查 电动机或动力线是否正 常 包括相序不正常 确保动力线电压正常 机床切削负荷太重 切 削条件恶劣 重新考虑负载条件 减 轻负载 调整切削参数 机械传动系统不良改善机械传动系统条件 制动器未松开三 查明制动器为松开的原 因 确保制动电路正常 驱动器故障 利用交换法 判断是否 有故障 电流调节器控制板故障 电动机故障 利用交换法 判断是否 有故障 更换出错单元 4 主轴振动或噪声过大 首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是 在电气驱动部分 检查方法 检查方法 s U 若在减速过程中发生 一般是由驱动装置造成的 如交流驱动中的再生回 路故障 若在恒转速时产生 可通过观察主轴由停车过程中是否有噪声和振动 来区别 如存在 则主轴机械部分有问题 检查振动周期是否与转速有关 如无关 一般是主轴驱动装置未调整好 如有关系 应检查主轴机械部分是否良好 测速装置是否不良 表 5 14 主轴振动或噪声过大的故障综述 故障部位故障部位可能原因可能原因检查步骤检查步骤排除措施排除措施 系统电源缺相 相序 不正确或电压不正常 测量输入的系统电源三 维 cad 机械 汽车 技术 catia pro e ug inventor solidedge solidworks caxa f6 O R0 E j p7 确保电源正确 反馈不正确测量反馈信号确保接线正确 且反 馈装置正常 驱动器异常 如 增 益调整电路或颤动调 整电路的调整不当 根据参数说明书 设 置好相关参数 电气部分故障 三相输入的相序不对用万用表测量输入电 源 确保电源正确2 Z i2 是否缺润滑油 加注润滑油 是否润滑电路或电机 故障 检修润滑电路 U5 润滑不良 是否润滑漏油更换润滑导油管 主轴与主轴电动机的 连接皮带过紧 在停机的情况下 检 查皮带松紧程度 调整皮带的连接三维 cad 机械 技术 汽车 catia pro e ug inventor solidedge solidworks caxa 时空 镇江 3 G5 x0 R2 y q x7 轴承故障 主轴和主 轴电动机之间离合器 故障 目测 可判断这个机 械连接是否正常 调整轴承 轴承拉毛或损坏更换轴承 齿轮有严重损伤 可拆开相关机械结构 后目测 更换齿轮 机械部分故障 游隙过大或齿轮啮合 间隙过大 调整机床间隙 除了以上的故障之外 还有外界的干扰 屏蔽或接地措施不良 主轴转速 指令信号或反馈信号收到干扰 使驱动出现随机和无规律性的波动 判别有无干扰的方法是 当主轴速度指令为零时 主轴仍往复摆动 调整 零速平衡和漂移补偿也不能消除故障 结结 论论 数控机床的自诊断能力很强 一般的数控车床有丰富的诊断信息 从硬件 和软件控制上设计了几十种保护和警报 从而为数控机床的正常使用和维护维 修提供了很大的方便 数控车床的主轴及驱动承受主切削力 数控机床加工精度的提高与主轴系 统的精度密切相关 的功率大小与回转速度直接影响机床的加工效率 而主轴 部件是保证机床加工精度和自动化程度的主要部件 它们对数控机床的性能有 着决定性的影响 主轴部件工作性能的主要因素是它们的刚度特性 加工中心 主轴部件的结构设计 刚度特性在很大程度上决定了高速加工中心的加工质量 也是影响其加工精度的重要因素 因此 深入研究对机床精度和动特性影响比 较大的主轴部件为研究对象 利用限元法 对主轴部件进行动态分析 找出薄 弱环节 试图通过改进主轴结构上相应的薄弱模态 使整机的动特能得到较大 的提高主轴部件的刚度特性 对于进一步提高数控机床的工作性能有十分重要 的意义 致致 谢谢 本课题是针对数控车床主轴驱动的研究 在完成这篇论文的同时 身心也经 历了巨大的考验 开始为选题困惑 后来又为文章结构所累 再就是对论文所要 解决的社会问题提出合理的参考性观点时又遇到了思路的瓶颈 同时在这个过 程了发现了自己知识沉淀的不足 和对理论及文字的驾驭力的欠缺 不过对最 终论文还是成型 深感欣慰 这其中也的确投入了自己的心血和付出 只是自己 所有的知识素养只能支撑自己写出这种水平和高度 希望在今后的不断努力的 过程中 能有更大的提高和更深的见解来使自己的观点得以完善 最后 想对 自己说 本科生的结束是又一个新的生活的开始 在今后的岁月里 不论做任何事 情 都要认真 努力 不断成就自己的梦想和更加精彩的人生 论文能顺利完成是因为在论文写作时的到了许多人的帮助 首先我非常感 谢我的指导老师黄国祥 毛伟 从刚选课题到论文写作结束 两位老师帮我解 决了很多的问题 有不懂之处他们总能在第一时间不厌其烦的为我讲解 们帮 忙找的资料对我用处非常大 感谢学校老师等对我的教育培养 他们细心指导我的学 习 在此 我要向诸位老师深深地鞠上一躬 感谢与我同一课题的几位同学 特别是董思 洪伟等同学给予我有关资料及莫大的支持 谢谢 参考文献参考文献 1 夏燕兰 数控机床维修工 高级 技师 北京机械工业出版社 200