项目三主轴驱动系统的故障诊断与维修ppt课件

项目五主轴驱动系统的故障诊断与维修任务11主轴驱动系统维护维修,主讲教师：陈志平,讲授、示范操作,1维护维修模拟主轴驱动系统,2维护维修串行主轴驱动系统,3典型维修实例分析,学习目标1.掌握主轴驱动系统的故障维修实例分析2.掌握主轴驱动系统的故障排除的基本思路及方法。,1维护维修模拟主轴驱动系统1报警代码及维修技术(1)电压故障报警主回路低电压故障UVl(DCBusUnderVolt)控制回路低电压故障UV2(CTLPsUnderVolt)浪涌电压保护回路动作故障UV3(MCAnswerback)过电压故障OV(OverVoltage)瞬时停电检查中UV(UnderVoltage),（2）电流故障报警过电流故障OC(OverCurrent)主回路熔断器故障PUF(DCBusFluesOpen)输出侧短路故障SC(ShortCircuit)变频器输出对地短路故障GF(GroundFault)（3）散热片过热故障OH(HeatsinkOverTmp)（4）电动机过载故障OLl(MotorOverLoaded)（5）功能参数设定错误报警（6）外部端子38异常信号输入故障EF3EF8(ExternalFault38)当变频器的多功能输入端参数(H01-H06)设定为20-2F时，该输入端为外部异常报警输入控制。故障原因可能是：外部控制故障；变频器输入端子输入电路故障。（7）变频器本身硬件或软件故障,2变频器常见报警保护（1）接地保护（2）过载保护（3）速度偏差过大报警（4）瞬时过电流报警（5）速度检测回路断线或短路报警（6）速度超过报警（7）励磁监控（8）短路保护（9）、相序报警,3、变频器常见故障及处理1）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。（2）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（3）电源电压低于额定值电压10%；（4）过电流可分为：,4、小结变频器是以半导体元件为核心构成的静止机器。在使用过程中变频器受到环境因素及元器件老化两个方面影响，造成变频器使用寿命降低。环境因素对变频器使用寿命的影响包括：温度、潮湿、灰尘、污垢以及振动。所以必须对运行中的变频器进行日常检查。（1）维护和检查时的注意事项（2）变频器检查分为日常检查和定期检查,1、主轴速度控制指令2、串行主轴控制系统的配置3、FANUC串行主轴控制方式4、FANUC数控系统主轴放大器轴5、串行主轴系统参数的设定及初始化6、主轴准停及主轴定向功能7、故障报警及故障诊断流程,2串行主轴系统的维护维修方法,1、主轴速度控制指令主轴速度控制指令有以下三种方法:,2、串行主轴控制系统的配置主轴伺服电机必须选用配套的主轴伺服放大器构成主轴伺服驱动系统。主轴伺服电机用于主轴传动，刚性强、调速范围宽、响应快、速度高、过载能力强，主轴正转、反转以及停止和调速通过编制含M03、M04、M05指令和S代码的加工程序实现，价格比同样功率的变频器主轴驱动系统高，为了实现低速大转矩并扩大调速范围，也可以加配变速齿轮，最终实现分段无级调速。,使用主轴伺服电机除具有上述介绍的速度控制优点外，数控系统对主轴伺服驱动系统还可以实现主轴定向（又称主轴准停）、刚性攻螺纹、CS轮廓控制、主轴定位等主轴伺服特殊功能，满足数控机床加工中心特殊工艺需要。,3、FANUC串行主轴控制方式在FANUC0i系列数控系统中，FANUCCNC控制器与FANUC主轴伺服放大器之间数据控制和信息反馈采用串行通信进行。配套的主轴伺服电机也称为串行主轴电机。主轴放大器就是指FANUC串行主轴伺服放大器。主轴电机就是指FANUC主轴伺服电机,在维修工作中，必须了解运行方式的基本原理，特别是速度控制运行方式工作原理，速度控制运行方式是串行主轴其他运行方式的基础。（1）速度控制（2）主轴定向（3）同步控制（4）刚性攻螺纹（5）主轴CS轮廓控制（6）主轴定位控制（T系列）,4、小结本小结（1）-（6）分别对串行主轴速度控制相关信号、参数说明进行了详细说明，串行主轴速度控制各部分见下图-。,（1）CNC控制软件根据由加工程序指令的S代码和参数设定的主轴电机与主传动系统的传动比，计算并得到该S代码对应的主轴电机的转速。（2）主轴定向速度：主轴定向信号SOR为1时，主轴电机按照3732设定的定向速度旋转直到定向完成。,（3）由PMC控制主轴速度指令：该部分包含主轴速度控制图的、。1）由CNC控制软件计算得到的主轴电机转速指令，以12位二进制值通知PMC，CNC输出给PMC程序的主轴电机速度指令信号如下：,2)主轴电机速度指令选择信号（SIND）3）主轴电机速度指令极性指令信号G33.5（SNG）4）主轴电机速度指令信号：由PMC程序输出的下列12位信号直接控制主轴电机转速。（4）主轴增益、偏移,1、FANUC主轴电机（1）FANUC主轴电机分类1）i系列主轴电机2）i系列主轴电机（2）FANUC数控系统主轴电机维护1）FANUC主轴电机订货号,2）主轴电机日常维护3）主轴电机散热风扇维护,图3-12散热风扇导线端子箱位置,图3-12散热风扇导线端子箱位置,2、FANUC数控系统主轴放大器主轴放大器也是精密电子器件，同样要注意使用环境的温度、湿度，要做到日检、周检、月检等，注意电气柜的密封，不能有过多（1）FANUC数控系统主轴放大器分类1）i主轴放大器模块及部件订货号的粉尘和油污等。具体可参考伺服放大器的维护。2）i伺服放大器及部件订货号,（2）FANUC数控系统主轴放大器维护1）FANUC数控系统主轴放大器维护2）主轴放大器散热风扇维护3）主轴放大器熔断器的更换（3）主轴放大器的保养1）日常检查：通电和运行时不取去外盖，从外部目检变频器的运行，确认没有异常情况。2）定期检查：定期检查时，应注意事项。3）特别注意：,3、串行主轴系统参数的设定及初始化（1）FANUC串行主轴参数初始化的原因（2）FANUC串行主轴参数设置意义（3）主轴参数初始化的设定过程（4）串行主轴系统参数的初始化步骤1）主轴伺服画面显示参数2）主轴画面显示操作,3）主轴设定4）串行数字主轴伺服画面调用,图3-15串行数字主轴设定画面oubu,图3-16串行数字主轴调整画面,图3-17串行数字主轴监控画面,4、主轴准停及主轴定向功能什么是主轴的位置控制?在主轴的速度控制的基础上，由系统发出位置指令，通过位置检出器反馈的脉冲,控制主轴定位或与伺服进行插补控制。主轴定向控制框图如图3-19所示。,(1)位置控制的分类(2)FANUC主轴电机内置传感器检测(3)编码器种类5、模拟主轴控制与串行主轴控制的主要区别（1）硬件连接不同（2）输出速度值不同（3）输出运转信号不同(4)输入运转信号不同(5)部分参数不同,6、故障报警及故障诊断流程（1）基于反馈检测的报警（2）基于通信检测的报警（3）基于功率放大回路的检测报警（4）指令发出主轴不旋转（5）主轴速度不正确(6)主轴震动及噪音,7、小结为了使主轴电机能够长期保持高性能和高稳定性运行，必须对主轴电机进行维护检查，以下内容初步描述了FANUCi系列主轴电机维护检查的方法。,（1）目测检查：1）异常响声、异常振动：出现以前所没有的异常响声以及振动。在最高转速下，电机的振动加速度超过0.5G。检查处置方法：检查主轴电机安装基座、连接精度、电机轴承异常响声、减速机或皮带的振动以及响声、放大器的异常响声、风扇电机的异常。2）冷却风通道：冷却风通道沾有粉尘或者油污。检查处置方法：定期清扫定子孔以及风扇电机。3）电机表面：电机表面沾有切削液。检查处置方法：进行清扫、电机表面溅到大量切削液时，请使用盖罩覆盖起来。4）风扇电机：不能正常旋转。检查处置方法：用手可以转动风扇电机时，更换风扇电机。,（2）主轴电机绕组与外壳的绝缘确认，检查处置方法：使用测量DC500V下的绝缘电阻的兆欧表，检测结果判断绝缘效果的好坏。1）大于等于100M：良好2）10100：开始老化。性能上可能出现问题，但需要定期检查，3）110：老化现象进一步加剧，特必需要引起注意。务须进行定期检查。4）不足1：不良。更换电机。5）测量绝缘电阻时，必须断开主轴电机与放大器之间的配线并在最短的时间内完成绝缘电阻的测量。如果在连接状态下测量绝缘电阻，可能导致放大器损坏。6）测量主轴伺服电机绝缘电阻时，如果电机处于通电状态，反而会导致电机绝缘层老化。,实例1、变频器出现过电压报警的故障分析实例2、安装变频主轴在换刀时出现旋转的故障分析实例3、主轴电机不运转的故障分析实例4、主轴电机温度传感器断线的故障分析实例5、主轴位置编码器的故障分析实例6、主轴电机传感器断线的故障分析实例7、螺纹加工乱扣的故障分析实例8、驱动器出现过电流报警的故障分析实例9、主轴高速出现异常振动的故障分析,3：典型维修实例分析,实例1、变频器出现过电压报警的故障分析（1）故障现象：配套某系统的数控车床，主轴驱动采用三菱公司的E540变频器，在加工过程中，变频器出现过压报警。（2）分析与处理过程：仔细观察机床故障产生的过程，发现故障总是在主轴启动、制动时发生，因此，可以初步确定故障的产生与变频器的加/减速时间设定有关。当加/减速时间设定不当时，如主起/制动频繁或时间设定太短，变频器的加/减速无法在规定的时间内完成，则通常容易产生过电压报警。（3）排除方法：修改变频器参数，适当增加加/减速时间后，故障消除。,实例2、安装变频主轴在换刀时出现旋转的故障分析（1）故障现象：配套某系统的数控车床，开机时发现，当机床进行换刀动作时，主轴也随之转动。（2）分析与处理过程：由于该机床采用的是安川变频器控制主轴，主轴转速是通过系统输出的模拟电压控制的。根据以往的经验，安川变频器对输入信号的干扰比较敏感，因此初步确认故障原因与线路有关。为了确认，再次检查了机床的主轴驱动器、刀架控制的原理图与实际接线，可以判定在线路连接、控制上两者相互独立，不存在相互影响。（3）排除方法：进一步检查变频器的输入模拟量屏蔽电缆布线与屏蔽线连接，发现该电缆的布线位置与屏蔽线均不合理，将电缆重新布线并对屏蔽线进行重新连接后，故障消失。,实例3、主轴电机不运转的故障分析（1）故障现象：某加工中心，数控系统为FANUC0i-MD系统，采用斗笠式刀库，主轴部分有刀具夹紧到位检测开关和松开到位检测开关，在MDI方式下编写程序S300并运行，产生速度值，再在JOG方式下按主轴正转或反转按键，主轴电机没有运转，同时显示页面没有报警信息。主轴逻辑控制输入输出电气原理图如图3-23所示。涉及主轴正反转控制的PMC程序如图3-24所示。,（2）故障原因：(3)故障解决：1)针对主轴正转和反转按键以及主轴速度倍率开关故障，只能更换按键或开关。2)针对行程开关触点故障，检查行程开关是否完好。若损坏，更换行程开关；若行程开关是完好的，检查相关挡块。小结：在主轴控制维修当中，当系统显示屏上没有报警信息时，就要利用串行主轴控制框图和PMC程序控制信号来排除故障。,实例4、主轴电机温度传感器断线的故障分析（1）故障现象：某数控机床使用FANUC0i-TD数控系统、iSVSP主轴放大器，机床开机后显示屏上出现SP9006，iSVSP主轴放大器上的状态七段LED数码管显示06。数控系统与主轴放大器及主轴电机的硬件连接示意图如图3-25所示。,（2）故障原因：从CNC控制主轴放大器及主轴电机的过程可以看出，故障原因是多方面的。1）温度参数设定值错误，设定值比正常使用值偏低。2）主轴电机温度超过正常使用温度。3）温度检测传感器故障。4）温度反馈线故障。5）主轴放大器控制印制电路板故障。6）干扰产生错误信息。,（3）故障分析：1)因为一般参数没有人为修改过，基本可以不考虑参数设定问题。2)多按几次功能键【system】，进入诊断页面，诊断0403处显示主轴电机在线温度，温度显示正常温度，说明主轴电机温度没有超过设定值。3)检查主轴放大器反馈线以及接口，一切正常，现场也没有电缆线损坏等现象。4)检查主轴电机的温度热敏电阻，没有断路现象。5)估计是主轴放大器控制印制电路板故障。取出并更换主轴放大器的控制印制电路板，然后重新通电测试。6)开机正常工作用户空运行机床2小时后，又出现SP9006报警。,7)继续检查现场硬件连接，发现主轴电机接地线不牢，重新接牢地线，重新上电，开机正常工作，但是仍然不能长时间正常工作。8)估计是干扰造成机床产生SP9006报警。(4)故障解决：调整主轴电机散热风扇的输入电源线，将机床接地线与外部中性线分开，改为三相五线接线，观察机床空运行12小时以上，完全恢复正常。,实例5、主轴位置编码器的故障分析（1）故障现象：某数控车床使用FANUC0i-TD数控系统，主轴放大器型号为iSVSP-11，几次故障都是出现在早上一开机的时候，出现SP9027报警，检查主轴放大器的控制印制电路板和连线电缆有故障，维修后，使用了3个月又出现SP9027报警，数控系统与主轴放大器以及主轴位置编码器硬件连接示意图如图6-45所示。,（2）故障过程：外置主轴位置编码器接至主轴放大器的JYA3，如果主轴放大器没检测到主轴位置编码器的正确信号，会通过连接数控系统与主轴放大器的串行总线把涉及外置主轴位置编码器的故障信息传递给数控系统，在CNC显示屏上显示SP9027报警，同时在主轴放大器七段LED数码管上显示27。（3）故障原因：虽然在主轴放大器七段LED数码管上显示27，同时在CNC显示屏上显示SP9027报警，SP9027报警含义是位置编码器断线故障，但是不能肯定一定是位置编码器故障，因为故障产生的原因很多：,1）参数设定错误；2）位置编码器故障；3）反馈电缆线损坏故障；4）主轴放大器控制印制电路板是否故障；5）主轴位置反馈线没有作屏蔽处理；6）位置编码器反馈电缆与主轴电机的动力电缆绑扎到了一起，有干扰产生。具体故障要根据故障现象进行分析。（4）故障分析：1）因为一般参数没有人为修改过，基本可以不考虑参数设定问题。2）检查反馈电缆是否有断裂、破皮等现象。打开电气柜发现位置编码器反馈线有磨损的痕迹，怀疑是装配过紧造成的，更换反馈线后，开机运辖2个多小时无故障。,3）当关上电气柜使用一段时间后，主轴放大器七段LED数码管上又显示27，同时在CNC显示屏上显示SP9027报警。4）当打开电气柜检查并运行主轴电机时，故障消失，而且还能运行较长时间不报警。当关上电气柜后，报警又会产生。5）怀疑是温度原因引起主轴放大器的控制印制电路板故障。（5）故障解决：更换主轴放大器控制印制电路板，重新运转无报警，机床一切正常。,实例6、主轴电机传感器断线的故障分析（1）故障现象：某数控车床使用FANUC0i-TD数控系统，选用i主轴电机和iSVSP伺服放大器。机床一开机，就出现SP9073报警。（2）故障原因：SP9073报警信息是电机传感器信号断线，但故障原因不仅限于反馈电缆线断线，此故障的产生包括几个环节，可能故障原因有：1）传感器参数设定错误。2）主轴放大器控制印制电路板故障，或者连接错误导致反馈信号无法收到。3）主轴电机内部传感器故障或位置调整故障。4）主轴电机传感器的反馈电缆故障。5）外部有高频干扰信号，造成反馈信号传输不正常。,（3）故障分析：1）因为一般参数没有人为修改过，基本可以不考虑参数设定问题。2）首先检查传感器反馈电缆连接，连接位置正确。3）检查反馈电缆线是否有断线现象：经检查电缆线没有断线现象，但反馈电统与动力电缆没有分开走线。4）重新把反馈电缆分开走线，再重新上电测试，运行正常。（4）故障解决：把主轴电机传感器反馈电缆与主轴电机动力电缆分开重新走线，机床工作正常。小结：维修FANUC数控系统主轴放大器与主轴电机时，首先要根据CNC与串行主轴的硬件连接关系，把产生故障的原因尽可能罗列清楚，再对故障原因进行排除。有些故障与周围干扰有关系。当对主轴放大器物理部件都作了分析排除后。假如还有故障，就要考虑主轴放大器周围以及电机周围是否存在干扰，要注意主轴电机的传感器反馈电缆和位置编码器信号线的屏蔽等处理。,实例7、螺纹加工乱扣的故障分析（1）故障现象：数控系统选用0iMate-TD系统，加工螺纹时螺纹乱扣。（2）故障原因：螺纹切削利用每转进给方式，即伺服的进给量是由主轴的旋转量来控制的，主轴旋转一转，Z轴按照指令的距离（螺距）进行进给，使主轴的旋转与Z轴的进给保持同步。但是螺纹切削是多次的切削过程，要保证每次进刀的位置都是同一个位置，这就需要螺纹切削的起刀点和主轴的转角位置保持固定。这一点是通过检测位置编码器的一转信号来完成的。位置编码器中的A/B信号决定了进给的速度，Z轴信号决定了螺纹的起刀点。,螺纹切削要求机械精度、位置编码器检测精度、传动链精度都比较高，周围不能有大的干扰。根据工作原理，故障原因可能有：1）位置编码器与主轴连接故障；2）Z轴联轴器松动或反向间隙较大；3）系统硬件故障或存在干扰；4）系统参数故障。（3）故障分析：1）检查位置编码器与主轴的机械连接。一般主轴与位置编码器采用同步带连接，否则会有传动打滑现象。位置编码器的一转信号指示的位置与主轴转动的实际位置不一致，造成螺纹切削的起刀点位置每次都不一样，最终导致螺纹乱扣。,2）Z轴联轴器及反向间隙。如果Z轴联轴器部分松动或者反向间隙较大，就算位置编码器的一转信号与主轴同步，也会造成主轴转角与Z轴相对位置的变化，造成起刀点的位置不同，导致螺纹乱扣。3）检查系统硬件及干扰。考虑位置编码器、反馈电缆及周围干扰源（尤其是电源动力电缆）对一转信号的影响。4）由于正常使用的数控机床的参数没有人为修改或丢失，基本不需要考虑参数问题。（4）故障解决：检查发现位置编码器联轴器松动，重新安装联轴器。,实例8、驱动器出现过电流报警的故障分析（1）故障现象：一台配套某系统的卧式加工中心，在加工时主轴运行突然停止，驱动器显示过电流报警。（2）故障原因：经查交流主轴驱动器主回路，发现再生制动回路故障、主回路的熔断器均熔断，经更换熔断器后机床恢复正常。但机床正常运行数天后，再次出现同样故障。,由于故障重复出现，证明该机床主轴系统存在问题，根据报警现象，分析可能存在的主要原因有：1)主轴驱动器控制板不良。2)连续过载。3)绕组存在局部短路。在以上几点中，根据现场实际加工情况，过载的原因可以排除。考虑到换上元器件后，驱动器可以正常工作数天，故主轴驱动器控制板不良的可能性已较小。因此，故障原因可能性最大的是绕组存在局部短路。(3)故障处理：维修时仔细测量绕组的各项电阻，发现U相对地绝缘电阻较小，证明该相存在局部对地短路。拆开检查发现，内部绕组与引出线的连接处绝缘套已经老化；经重新连接后，对地电阻恢复正常。再次更换元器件后，机床恢复正常，故障不再出现。,实例9、主轴高速出现异常振动的故障分析（1）故障现象：配套某系统的数控车床，当主轴在高速（3000r/min以上）旋转时，机床出现异常振动。（2）分析与处理过程：数控机床的振动与机械系统的设计、安装、调整以及机械系统的固有频率、主轴驱动系统的固有频率等因素有关，其原因通常比较复杂。但在本机床上，由于故障前交流主轴驱动系统工作正常，可以在高速下旋转；且主轴在超过3000r/min