第9章-数控诊修

第9章主轴驱动系统故障诊断与维修9.1主轴驱动系统概述9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围9.3ＦＡＮＵＣ主轴驱动系统介绍9.4主轴电动机驱动方式9.5主轴准停控制9.6ＶＭＣ６５０交流伺服主轴驱动系统电路分析9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法9.1主轴驱动系统概述主轴驱动系统通过传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，完成主运动的动力装置部分，配合进给运动加工出合格的零件。主运动是零件加工的成形运动，其精度对零件的加工精度影响较大。数控机床主轴的工作运动通常是旋转运动，与进给轴的进给共同实现刀具与工件的快速相对切削运动。早期的数控机床的主轴一般采用三相感应电动机+多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求。下一页返回9.1主轴驱动系统概述１调速范围宽并实现无级变速为保证加工时能选用合适的切削用量，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求，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，简化主轴箱。目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达１∶１００，恒功率调速范围也可达１∶３０，一般过载１５倍时可持续工作３０ｍｉｎ。上一页返回下一页9.1主轴驱动系统概述２恒功率范围宽主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分段无级变速的方法，以扩大输出转矩。上一页返回下一页9.1主轴驱动系统概述３具有４象限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。目前一般伺服主轴可以在１ｓ内从静止加速到６０００ｒ／ｍｉｎ。４具有位置控制能力即具有进给功能（Ｃ轴功能）和定向功能（准停功能），以满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削及车削中心的某些加工工艺的需要。上一页返回下一页9.1主轴驱动系统概述５有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声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。为提高主轴组件的刚性，应采用精度高的轴承及合理的支撑跨距。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，但需要采用专门的刀具和花键磨床加工。上一页返回下一页9.1主轴驱动系统概述６良好的抗振性和热稳定性在长时间持续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡及切削过程中的自振等，会使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，甚至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。上一页返回9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围１普通鼠笼式异步电动机配齿轮变速箱这是最经济的一种主轴配置方式，但只能实现有级调速。由于电动机始终工作在额定转速下，经齿轮减速后，在主轴低速下输出力矩大，重切削能力强，非常适合粗加工和半精工的要求。如果加工产品比较单一，对主轴转速没有太高的要求，配置在数控机床上也能起到很好的效果；它的缺点是噪声比较大，由于电动机工作在工频下，主轴转速范围不大，不适合有色金属切削和需要频繁变换主轴速度的加工场合。返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围２普通鼠笼式异步电动机配简易型变频器可实现主轴的无级调速，主轴电动机只有工作在５００ｒ／ｍｉｎ以上时才能有比较满意的力矩输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况；一般采用两挡齿轮或皮带变速，主轴仍然只能工作在中高速范围。因为受到普通电动机最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限制。这种方案适用于需要无级调速但对低速和高速都无要求的场合。上一页返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围３普通鼠笼式异步电动机配通用变频器进口的通用变频器，除了具有Ｖ／ｆ曲线调节外，一般还具有无反馈矢量控制功能，会对电动机的低速特性有所改善；配合两级齿轮变速，基本上可以满足车床低速（１００～２００ｒ／ｍｉｎ）小加工余量的加工，但同样受电动机最高转速的限制。这是目前经济型数控机床比较常用的主轴驱动系统。上一页返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围４专用变频电动机配通用变频器一般采用有反馈矢量控制，低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出，有些还具有定向甚至分度进给的功能，是非常有竞争力的产品。以ＹＰＮＣ系列变频电动机为例：电压，三相２００Ｖ、２２０Ｖ、３８０Ｖ、４００Ｖ可选；输出功率１.５～１８.５ｋＷ：变频范围２～２００Ｈｚ：３０ｍｉｎ、１５０％过载能力；支持Ｖ／ｆ控制、Ｖ／ｆ＋ＰＧ（编码器）控制、无ＰＧ矢量控制、有ＰＧ矢量控制。提供通用变频器的厂家以国外公司为主，如西门子、安川、富士、三菱、日立等。中档数控机床主要采用这种方案，主轴传动两挡变速甚至仅一挡即可实现转速在１００～２００ｒ／ｍｉｎ时车、铣的重力切削。上一页返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围５伺服主轴驱动系统交流伺服主轴驱动系统保持了直流驱动系统的优越性，而且交流电动机无须维护，便于制造，不受恶劣环境影响.交流伺服主轴驱动系统通常采用感应电动机作为驱动电动机，由伺服驱动器实施闭环控制。其定子由对称的三相绕组组成。圆柱体的转子铁芯上是由均匀分布的斜槽、铸铝结构笼条与端部的金属环构成的笼式转子（故也称笼式电动机）。上一页返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围定子的铁芯具有轴向孔而无外壳，以利通风，所以交流电动机往往是非封闭式的电动机。为了提高输出功率，防止主轴的热变形，也有在电动机外壳与前端盖中通有循环油路，实现液体冷却绕组与主轴轴承。交流主轴控制单元，是一种转差率矢量控制系统，用来控制交流感应电动机的。交流电动机的尾部大多同轴安装有脉冲编码器或脉冲发生器。此时，速度反馈可以有两种方式，如果主轴放大器是数字式，则可接受反馈。如果主轴放大器是模拟式，则直接反馈给ＣＮＣ主轴伺服接口。采用永磁式同步交流伺服电动机作为驱动电动机，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。上一页返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围交流主轴驱动系统分模拟式和数字式两种，具有以下特点：全数字式主轴驱动系统，可直接使用ＣＮＣ的数字量输出信号控制驱动器，不需要经过Ｄ／Ａ转换，转速控制精度高。主轴转速的提高不受换向器的限制，其最高转速通常比直流主轴的更高，可达到每分钟数万转。采用微处理器和现代控制理论进行控制，运行平稳、振动和噪声小。数字式主轴驱动系统中，可采用参数设置方法对系统进行静态调整与动态优化，系统设置灵活、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。上一页返回下一页9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围具有再生制动功能，在制动时，既可将能量反馈回电网，起节能效果，又能加快启动、制动速度。伺服主轴驱动系统具有响应快、速度高、过载能力强的特点，还可以实现定向和进给功能，通常价格是同功率变频器主轴驱动系统的２～３倍。伺服主轴驱动系统主要应用于加工中心上，用以满足系统自动换刀、刚性攻丝、主轴Ｃ轴进给功能等对主轴位置控制性能要求很高的加工。如图9-1所示为主轴伺服电动机。上一页返回下一页图9-1主轴伺服电动机返回9.2不同类型主轴系统的特点和使用范围６电主轴电主轴是主轴电动机的一种结构形式，驱动器可以是变频器或主轴伺服，也可以不要驱动器。由于电主轴将电动机和主轴合二为一，没有传动机构，因此大大简化了主轴的结构并且提高了主轴的精度，但是抗冲击能力较弱，而且功率还不能太大，一般在１０ｋＷ以下，如图9-2。由于结构上的优势，电主轴主要向高速方向发展，一般在８０００ｒ／ｍｉｎ以上，现在最高可达１５００００ｒ／ｍｉｎ。上一页返回图9-2电主轴返回9.3ＦＡＮＵＣ主轴驱动系统介绍ＦＡＮＵＣ公司在从２０世纪８０年代开始已使用了交流主轴驱动系统，并逐步取代了直流主轴驱动系统。目前有三大系列：Ｓ系列电动机，额定输出功率范围１.５～３７ｋＷ；Ｈ系列电动机，额定输出功率范围１.５～２２ｋＷ；Ｐ系列电动机，额定输出功率范围３.７～３７ｋＷ。该公司交流主轴驱动系统有以下主要特点。（１）采用微处理器控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控制。（２）主回路采用晶体管ＰＷＭ逆变器，使电动机电流非常接近正弦波形。（３）具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。返回下一页9.3ＦＡＮＵＣ主轴驱动系统介绍例如，ＦＡＮＵＣＳ系列主轴单元伺服系统的基本配置。Ｓ系列主轴单元伺服系统的连接方法如图9-3所示，其中Ｋ１为从变压器副边输出的ＡＣ２００Ｖ的三相电，电源电缆应接到主轴伺服单元的Ｒ、Ｓ、Ｔ和Ｇ端。Ｋ２为从主轴单元的Ｕ、Ｖ、Ｗ和Ｇ端输出到电动机的动力线，应与接线盒内的指示相符。Ｋ３为主轴伺服单元的端子Ｔ上的：ＲＯ、ＳＯ和ＴＯ输出到主轴风扇电动机的动力线，应使风扇向外排风。Ｋ４为主轴电动机的编码器反馈电缆，其中ＰＡ、ＰＢ、ＲＡ、ＲＢ用作速度反馈信号，ＯＨ１、ＯＨ２为电动机的温控开关接点，ＳＳ为屏蔽线。上一页返回下一页图9-3主轴伺服驱动器返回9.3ＦＡＮＵＣ主轴驱动系统介绍Ｋ５为从ＮＣ和ＰＭＣ输出到主轴伺服单元的控制信号电缆，接到主轴伺服单元的５０芯插座ＣＮｌ，其中的信号含义见表9-1。Ｋ６电缆从主轴伺服单元的２０芯插座ＣＮ３输出主轴故障识别信号。该信号由ＡＬ８、ＡＬ４、ＡＬ２、ＡＬ１以及ＣＯＭ组成，由它们产生的１６种二进制状态表示相应的故障类型，这些信号进入ＰＭＣ后，由相应的译码程序处理后显示在ＣＲＴ上。上一页返回表9-1K5接口主轴信号表返回9.4主轴电动机驱动方式１控制回路控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭环调速系统，其中内环是电流环，外环是速度环。主轴电动机为他励式直流电动机，励磁绕组与电枢绕组无连接关系，由另一路直流电源供电。双闭环调速系统的特点是，速度调节器的输出作为电流调节器的给定信号来控制电动机的电流和转矩。其优点在于：可以根据速度指令的模拟电压信号与实际转速反馈电压的差值及时控制电动机的转矩，在速度差值大时，电动机转矩大，速度变化快，以便尽快地使电动机的转速达到给定值。返回下一页9.4主轴电动机驱动方式而当转速接近给定值时，又能使电动机的转矩自动地减小，这样可以避免过大的超调，使转速很快达到给定值，保证转速稳态无静差。电流环的作用是，保证系统具有最佳的加速和制动的时间特性。另外，双闭环调速系统以速度调节器的输出作为电流调节器的输入给定值，速度调节的输出限幅值就限定了电流环中的电流。在电动机启动中，电动机转矩和电枢电流急剧增加，电枢电流达到限定值，使电动机以最大转矩加速，转速直线上升。上一页返回下一页9.4主轴电动机驱动方式当电动机的转速达到甚至超过了给定值时，导致速度反馈电压大于速度给定电压，速度调节器的输出从限幅值降下来，作为电流调节器的输入给定值将使电枢电流下降，随之电动机的转矩也将下降，开始减速。当电动机的转矩小于负载转矩时，电动机又会加速，直到重新回到速度给定值，因此双闭环直流调速系统对主轴的快速启停，保持稳定运行等功能是很重要的。上一页返回下一页9.4主轴电动机驱动方式磁场控制回路由励磁电流设置回路、电枢电压反馈回路及励磁电流反馈回路组成，前两者的输出信号经比较后控制励磁电流。以ＦＡＮＵＣ直流主轴电动机为例，当电枢电压低于２１０Ｖ，电枢反馈电压低于６.２Ｖ时，只有励磁电流反馈起作用，维持励磁电流不变，实现调压调速；当电枢电压高于２１０Ｖ，电枢反馈电压高于６.２Ｖ时，引入电枢反馈电压。随着电枢电压的提高，调节器即对磁场电流进行弱磁升速，使转速上升。上一页返回下一页9.4主轴电动机驱动方式这样，通过速度指令，电动机转速从最小值到额定值对应电动机电枢的调压调速，实现恒转矩控制；从额定值到最大值对应电动机励磁电流减小的调磁调速，实现恒功率控制。2直流主轴驱动装置一般具有速度到达、零速检测等辅助信号输出，同时还具有速度反馈消失、速度偏差过大、过载及失磁等多项报警保护措施，以确保系统安全可靠工作。上一页返回下一页9.4主轴电动机驱动方式数控机床直流主轴电动机一般功率较大，且要求正、反转及停止迅速，还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网。测速发电机作为速度的检测反馈元件。上一页返回下一页9.5主轴准停控制主轴定向准停控制，实际上是在主轴速度控制基础上增加一个位置控制环。常采用位置编码器或磁性传感器作为检测元件。当采用位置编码器作为位置检测器件时，由于安装不方便，主轴与编码器之间必须是１∶１的传动或将编码器直接安装在主轴轴端。而采用磁性传感器作为位置检测器件时，磁性器件只能直接安装在主轴上，而磁性传感头则固定在主轴箱体上。与使用磁性传感器相比，采用编码器具有定位点在０°～３６０°范围内灵活可调，定位精度高，定位速度快等优点，而且还可以作为主轴同步进给的位置检测器件。返回下一页9.5主轴准停控制１主轴有报警的故障１）主轴电动机过流报警发生过流的可能原因有：电流极限参数设置错误；同步脉冲紊乱；主轴电动机电枢线圈层间短路，主轴负载过大或机械故障；长时间切削条件恶劣；直流主轴电动机的线圈电阻不正常，换向器太脏；动力线连接不牢；励磁线连接不牢；驱动器的控制励磁电源存在故障；电动机故障；驱动器故障等。上一页返回下一页9.5主轴准停控制２）主轴电动机过热报警这时驱动器的过热报警指示灯会亮。一般先检查主轴电动机的冷却风扇是否在转动。如否，机床断电，先检查该风扇的熔断器，再查是风扇损坏还是风扇冷却系统太脏（注意：还应该让电动机有足够的时间去冷却后再给机床通电）。上一页返回下一页9.5主轴准停控制如果报警依然存在，检查主轴电动机或反馈线断线或短路，用万用表测量输出端子，是否接通状况良好。与直流主轴电动机相关的故障主要有以下几种:负载过大或由于电流平方根值大于额定输出转矩的电流平均值。如果发热很厉害，降低负载。主轴电动机电枢电流大于磁

钢的最大允许电流值而造成磁钢去磁。带有制动器的直流伺服电动机内整流块损坏或是制动器线圈断线或气隙不合适造成制动器不释放。由于油和电刷灰嵌入换向器的云母槽中而引起绕组内部短路或绝缘不良。上一页返回下一页9.5主轴准停控制３）主轴电动机断路器跳闸或熔断器熔断报警根据机床使用期情况来分别重点检查如下方面：新维修后的机床，电流极限参数设置错误、动力线及反馈线接线错误或相序错误等。老机床先考虑阻力过大，可能是电刷、测速发电动机碳刷磨损及碳粉阻塞、轴承与齿轮或电磁离合器磨损等所造成。大功率管的击穿、大功率执行组件或印刷板故障。主回路故障、控制板故障引起主回路电流过大，电流互感器的短路、电动机的缺相、电枢线短路、电枢绕组短路或局部短路、电枢线对地短路等，要排除短路故障。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，更换相应部件。上一页返回下一页9.5主轴准停控制２主轴无报警的故障１）主轴速度不正常或不稳定速度环中速度指令错误或未到达，速度指令电压不良或错误，Ｄ／Ａ变换器故障，通过测量从数控装置主轴接口输出过来的信号，要确保主轴控制信号正常。主轴尾部测速发电动机故障，反馈线断线或接触不良，反馈装置损坏，测量反馈信号，保证接线正确，信号正常。电动机故障（如励磁丧失等），驱动器故障，误差放大器故障，采取交换法判断是否有故障，采取相应的措施。印刷线路板太脏，电动机负载过重，应清洁电路板，或更换放大器，或重新考虑负载条件，减轻负载。上一页返回下一页9.5主轴准停控制２）主轴速度偏差较大常见成因：Ｄ／Ａ变换器故障及其接头与线缆接触不良。机械阻力造成的负荷过大。主轴制动未充分释放或机械故障。速度指令或反馈信号线接触不良或断线；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，更换磁体或电动机。控制板的励磁回路故障，用交换法测试控制板。上一页返回下一页9.5主轴准停控制３）主轴突然停止对于具有电枢反向和磁场控制的直流主轴调速系统，可能原因有以下几种。当出现在钻孔／攻丝工况下，或主轴换向反转时，故障原因可能有：丝锥／钻头变钝、孔径过小、加工中润滑不良、过浅的孔径。此时，程序就可能出现要求：重新选择螺纹来代替钻孔／攻丝。上一页返回下一页9.5主轴准停控制来自主轴变频器的信号强度小于可接受的数值。需要查相关的硬件故障。可能是：指令信号丢失———指令信号电缆与端口或主控制器的输出接口不良导致反馈信号的丢失；检测到的信号频率小于最低值（具有主轴定向控制的主轴系统，主轴位置检测器／主轴控制器没有在额定时间内检测到信号———等待超时。一般前者额定时间为５ｓ，后者为１０ｓ）。如果主轴控制器得到的编码器的脉冲数过多超过期望值时，应该检查屏蔽与接地不良，不能排除干扰、编码器损坏。上一页返回下一页9.5主轴准停控制４）主轴不能停止或定向不停止主轴不能停止，是指按主轴停止键后，在规定的时间内（１２ｓ）不能停止的现象。这时需要检查主轴停止开关与主轴制动装置等。主轴定向不停止是因为：编码器故障，没有输出零位信号或反馈回路故障，没有传入到系统致使主轴没接收到编码器信号；如果采用磁性传感器定位，检查相关的指示灯是否点亮，如果没亮，有故障，更换磁性传感器；如果主轴停在准停位，仍有报警，说明定向板上的继电器损坏，更换相应继电器。上一页返回下一页9.5主轴准停控制５）主轴不转主轴不转即系统发出指令后，主轴伺服单元或直流主轴电动机不执行，这类故障常见原因如下：驱动器印刷线路板表面太脏以致内部电路接触不良，实际无速度指令输出。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，更换驱动器。机床未给出主轴旋转信号，（按钮及其连线、＋２４Ｖ电压未加上等），通过ＰＬＣ状态监测功能，查看主轴正／反转信号是否送出，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。上一页返回下一页9.5主轴准停控制６）主轴异常噪声与振动根据振动频率高低、是否与转速有关、是否有冲击等来进行判断。（１）对于新机床，振动与噪声与转速无关时，主轴控制单元的电源频率开关设置错误（５０，６０Ｈｚ）。对于交流主轴电动机还需查电源相序对不对、是否缺相或三相是否不平衡。如是高频自激振动，查控制单元增益电位器或电流反馈回路调整不良。上一页返回下一页9.5主轴准停控制（２）主轴电动机旋转时有较大的冲击振动。其成因可能是：①测速发电机输出电压的突然降落；②测速发电动机在１０００ｒ／ｍｉｎ时，输出电压波纹峰—峰值大于２％：③电动机线圈内部短路或不正常；④电动机轴承或传动轴承点缺陷、齿轮断齿等故障。是低频振动，与轴转速有关。上一页返回下一页9.5主轴准停控制（３）主轴电动机运转时有较大的噪声。高频噪声，电流环增益过高或ＲＣ设置问题，与轴转速无关。低频噪声，当与主轴转速有关时，除了类似伺服电动机系统的机械故障外，还有主轴电动机与主轴之间的离合器故障。主轴电动机低速旋转时有大的波纹（实际是小幅振动），当主轴电动机振动频率与测速发电动机振动频率一致时，是测速机故障引起。当与转速无关时，可能是切削液进入电刷。上一页返回下一页9.5主轴准停控制（４）主轴电动机在启动、停车与调速时出现的断续或振动现象，其成因往往与主轴电动机线圈不良或脉冲编码器不良（如果有脉冲编码器的话）有关。７）电刷磨损严重或电刷面上有划痕主轴连续长时间过载工作，主轴电动机换向器表面太脏或有划痕，驱动器控制回路的设置、调整不当８）过电压吸收器烧坏通常情况下，是由于外加电压过高或瞬间电网电压干扰引起的。上一页返回9.6ＶＭＣ６５０交流伺服主轴驱动系统电路分析１主轴电路连接该数控铣床的连接比较简单，如图9-4所示.经总电源ＱＦ１后，再经降压变压器ＴＭ１１，就可直接连接到驱动器ＴＢ１接口进线电源上。考虑到驱动的散热问题，加装了两台轴流风扇，进行循环散热。ＴＢ２接口是用于连接主轴电动机的输出电源，ＪＹＡ２接口是连接主轴传感器Ｍｉ、ＭＺｉ信号。返回下一页图9-4VMC650数控铣床的主轴连接返回9.6ＶＭＣ６５０交流伺服主轴驱动系统电路分析２驱动器性能βｉ系列是一种可靠性强、性价比卓越的伺服系统。该系列用于机床的进给轴和主轴，具有充足的性能和功能。βｉＩ系列和βｉｓ系列用于简化机床结构，实现高精度、低振动的主轴控制。βｉＩ系列具有高速高功率的特点，适用于各种车床和加工中心。βｉｓ系列使用强力钕铁磁，可实现低速时的大扭矩，适用于车床和齿轮加工机床。上一页返回下一页9.6ＶＭＣ６５０交流伺服主轴驱动系统电路分析βｉＩ系列中的“Ｉ”表示“感应（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ）”。βｉｓ系列中的“ｓ”表示“钕铁磁强力（Ｓｔｒｏｎｇ）电动机”。βｉＩ系列特点：使用转速范围切换控制可实现低速大扭矩、高速大功率；磁通量的优化控制可实现较低的电动机温升；使用最新的绕组和铸造技术，实现低噪声、低振动和高可靠性；使用树脂铸造和冷却环（选择功能），有效散热，可获得更大转矩和更高功率。上一页返回下一页9.6ＶＭＣ６５０交流伺服主轴驱动系统电路分析βｉｓ特点：使用钕铁磁，更大转矩，体积更小；优化的磁路设计，减少扭矩波动；使用子模块ＳＭ，实现高速和高功率；使用树脂铸造和冷却环（选择功能），有效散热，可获得更大转矩和更高功率。主轴驱动器的接口见图9-5，具体作用和功能见表9-2。有关ＦＡＮＵＣｓｅｒｉｅｓ０ｉｍａｔｅ—ＭＣ的主轴控制参数见附表。上一页返回图9-5主轴伺服驱动器接日返回表9-2主轴伺服驱动器接口与显示返回9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法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。交流电动机主轴系统的故障也可以分成报警与不报警两大类。由于近２０年大多采用交流主轴控制系统，其故障报警能力也同步发展得愈来愈强。交流主轴控制也分成由ＣＮＣ直接处理的与主轴放大器独立处理的两种控制形式。如果是由ＣＮＣ实现主轴控制，则可以在ＣＲＴ上的警示信息画面上以及主轴监视画面上显示主轴系统的报警信息。返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法１熔断器熔断报警三相２２０Ｖ交流电经整流桥整流到直流３００Ｖ，经过一个熔断器后输送给晶体管模块，控制板检测此保险两端的电压，如果太大，则产生此报警。交流输入电路的熔断器熔断，其成因大多是：（１）交流电源侧的阻抗太高。例如当采用了自耦变压器而不是隔离变压器的情况，或熔断器管接触不良。（２）交流电源输入电路中浪涌吸收器损坏，输入电源存在缺相，可用万用表测量电压。上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法（３）电源整流桥损坏，电动机电枢绕组短路或局部短路。（４）逆变器内的晶闸管损坏，连接不良，电动机电枢线短路，电动机电枢线对地短路，确保没有短路现象。（５）控制单元的印刷线路板故障等。（６）再生回路（在变频器回路中）的熔断器熔断，大多为主轴电动机加速或减速频率太高所致。上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法２主轴电动机速度超过额定值可能的原因如下：（１）新机床试用阶段的设置错误。（２）所用软件不匹配（只可能发生在更换印刷线路板后），需要检查主板上的ＲＯＭ型号。（３）印刷线路板故障。上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法３过载报警切削用量过大，频繁正、反转等均可引起过载报警，具体表现为主轴过热、主轴驱动装置显示过电流报警等，导致此故障的原因：（１）长时间开机后出现此报警可能是负载太大或频繁正、反转；（２）开机后即出现此报警可能是热控开关（如图9-6所示）坏了或控制板有故障。上一页返回下一页图9-6温度检测开关返回9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法４交流主轴电动机异常噪声与振动１）电气驱动部分故障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。检查这类故障应该分清是在何种情况下产生的。一般情况下，对于电气部分故障:应该检查系统电源相序对不对、是否缺相或三相是否不平衡；测量反馈信号是否正确，确保接线正确，且反馈装置正常；驱动器是否异常，如增益调整电路或颤动调整电路的调整，根据参数说明书，设置好相关参数。上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法若在加／减速过程中产生，则故障多发生于再生回路。应该检查该回路的熔断器是否熔断，以及晶闸管是否损坏。若在恒速下产生，则应该先检查反馈电压是否正常。然后，突然切断指令，观察电动机在停机过程中是否有异常噪声。若有噪声，则故障在机械部分。否则，多是印刷线路板上的故障。若反馈电压不正常，则需要检查振动周期是否与转速有关。若有关，则可能是主轴传动装置故障、主轴电动机轴承或其尾部的脉冲发生器故障（参照直流主轴电动机相应故障成因），或者与机械装配不良（间隙、窜动与松动等）有关。上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法２）机械部分故障机械部分的故障主要由以下原因引起：（１）主轴负载过大，润滑不良。（２）主轴与主轴电动机的连接皮带过紧。（３）轴承故障、轴承预紧力不够或预紧螺钉松动、主轴和主轴电动机之间离合器故障。（４）主轴部件上动平衡不好（从最高速度向下时发生此故障）。（５）齿轮严重损伤，游隙、齿轮啮合间隙过大。上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法５主轴不能转动且无任何报警显示引起此故障的原因及排除见表9-3。６主轴速度指令无效且转速仅有１～２ｒ／ｍｉｎ故障的原因及排除见表9-4。７速度偏差过大指主轴电动机的实际速度与指令速度的误差值超过允许值，一般是启动时电动机没有转动或速度上不去。引起此故障的原因及排除见表9-5。上一页返回下一页表9-3主轴不能转动故障的原因及排除返回表9-3主轴不能转动故障的原因及排除返回表9-4主轴速度指令无效故障的原因及排除返回表9-5速度偏差过大故障的原因及排除返回表9-5速度偏差过大故障的原因及排除返回9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法８主轴在加／减速时工作不正常，故障原因：（１）电动机加／减速电流预先设置、调整不当；（２）加／减速回路时间常数设置不当；（３）反馈信号不良；（４）电动机／负载间的惯量不匹配；（５）机械传动系统不良。９外界干扰下主轴转速出现随机和无规律性的波动，具体故障原因：（１）屏蔽和接地措施不良；（２）主轴转速指令信号受到干扰；（３）反馈信号受到干扰。上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法１０主轴不能进行变速故障原因：（１）ＣＮＣ参数设置不当；（２）加工程序编程错误；（３）Ｄ／Ａ转换电路故障；（４）主轴驱动器速度模拟量输入电路故障。上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法例９-１一台配置ＦＡＮＮＣ０ｉ系统的数控铣床，主轴在低速时（低于８０ｒ／ｍｉｎ）时Ｓ指令无效，主轴固定以８０ｒ／ｍｉｎ转速运转。故障分析：由于主轴在低速时固定以８０ｒ／ｍｉｎ转速运转，可能的原因是主轴驱动器以８０ｒ／ｍｉｎ的转速模拟量输入，或是主轴驱动器控制电路存在不良状况。为了判定故障原因，检查ＣＮＣ内部Ｓ代码信号状态，发现它与Ｓ指令值一一对应：但测量主轴驱动器的数模转换输出（测两端ＣＨ２），发现在Ｓ为０时，Ｄ／Ａ转换器虽然无数字输入信号，但其输出仍然为０.５Ｖ左右的电压。Ｄ／Ａ转换器损坏上一页返回下一页9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法１１主轴出力不足其故障排除，见表9-6。１２ＦＡＮＵＣ交流主轴控制系统的故障报警主轴控制器的报警，传统的多采用发光二极管或七段数码显示器来指示，如图9-7所示。具体状态显示和内容详见表9-7。上一页返回下一页表9-6主轴出力不足的故障排除返回图9-7主轴故障报警显示图返回表9-7STATUS显示状态和内容返回表9-7STATUS显示状态和内容返回9.7主轴伺服系统常见故障及诊断方法ＦＡＮＵＣ系统常见的主轴控制器上的故障报警有下述几种：＃１报警———电动机过热。可能成因：电动机负载太大、冷却不良，或控制单元的电缆连接不良。一般先检查主轴电动机的风扇是否在转动，如否，机床断电，检查该风扇的熔断器，让电动机有足够的时间去冷却后再给机床通电。如果报警依然存在，再类似伺服系统的过热检查步骤，检查其他。＃２报警———电动机速度偏离指令值。可能成因：转速极限设置不当、电动机过载。加速或减速时的报警，查再生回路熔断器熔断、回路中晶闸管损坏或回路线路不良。正常运转时的报警，可能是脉冲发生器故障