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

2、并盡可能在調速范圍內提供主軸電機的最大功率。由于主軸電機與驅動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉矩輸出。為滿足數控機床低速、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），以擴大輸出轉矩。 第2頁/共93頁 三）具有四象限驅動能力 要求主軸在正、反向轉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 直流主軸驅動系統直流主軸驅動系統 從原

3、理上說，直流主軸驅動系統與通常的直流調速系統無本質的區別，但因為數控機床高速、高效、高精度的要求，決定了直流主軸驅動系統具有以下特點： 1）調速范圍寬。采用直流主軸驅動系統的數控機床通常只設置高、低兩級速度的機械變速機構，電動機的轉速由主軸驅動器控制，實現無級變速，因此，它必須具有較寬的調速范圍。 2）直流主軸電動機通常采用全封閉的結構形式，可以在有塵埃和切削液飛濺的工業環境中使用。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，能將轉子產生的熱量迅速向外界發散。此外，為了使電動機發熱最小，定子往往采用獨特附加磁極，以減小損耗，提高效率。 4）直流主軸驅動器主回路一般采用晶閘管三相

4、全波整流，以實現四象限的運行。 5）主軸控制性能好。為了便于與數控系統的配合，主軸伺服器一般都帶有D/A轉換器、“使能”信號輸入、“準備好”輸出、轉速/轉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，數控機床的主軸應具有定向準停控制功能，而且應有電氣控制系統自動實現，以進一步縮短定位時間，提高機床效率。 主軸定向準停控制，當采用位置編碼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傳動或將編碼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范圍內靈活可調，定位精度高，定位速度快等優點，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 直流主軸控制系統連接圖第8頁/共93頁4.2.2 直流主軸控制系統常見的故障1.主軸電動機不轉 造成這類故障的原因有： 1）印制線路板表面太臟或內部電路接觸不良。 2）觸發脈沖電路故障，晶閘管無觸發脈沖產生 3）機床未給出主軸旋轉信號、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、旋轉的條件，如轉向信號、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定 造成這類故障的原因有： 1）裝在主軸尾部的測速發電機故障（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）電流反饋回路調整不當。 3）驅動器上的增益調整電路或顫動調整電路的調整不當。 4）驅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.發生過流報警 造成這類故障的原因有： 1）驅動器電流極限設定錯誤。 2）觸發電路的同步觸發脈沖不正確。 3）主軸電動機的點數線圈內部存在局部短路。 4）驅動器的控制電源（+/-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）速度調節器或測速反饋回路的設定調節不當。 3）主軸負載過大、機械傳動系統不良或制動器為松開。 4）電流調節器或電流反饋回路的設定調節不當。 第13頁/共93頁

8、 6. 熔斷器熔絲熔斷 產生此故障的原因可能有： 1）驅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電壓干擾引起的。 10.運轉停止第15頁/共93頁 11.速度達不到最高轉速 引起這類故障的原因主要有： 1）電動機勵磁電流調整過大。 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、調整不當。 2）電流反饋回路設定、調整不當。 3）加/減速回路時間常數設定不當或電動機/負載間的慣量不匹配。 4）機械傳動系統不良。 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）驅動器控制回路的設定、調整不當。 第18頁/共93頁 維修實例故障現象：配套某系統的數控車床，配套SIEMENS 6RA26*系列直流主軸驅動器，開機后顯示主軸報警。分析與處理過程：檢查SIEMENS

10、6RA26*系列直流主軸驅動器，發現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%。 測量驅動器輸入電壓正常，相序正確，但主驅動仍有報警，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 直流主軸驅動系統使用注意點直流主軸驅動系統使用注意點： 安裝注意事項 主軸伺服系統對安裝有較高的要求，這些要求是保證驅動器正常工作的前提條件，在維修時必須引起注意。 1）安裝驅動器的電

11、柜必須密封。為了防止電柜內溫度過高，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埃或煙霧；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 在對主軸驅動系統進行維修前，應進行如下驅動系統工作前的檢查： 1）檢查速度指令與電動機轉速是否一致，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象。 4）電刷上是否有顯著的火花發生痕跡。 第22頁/共93頁 4. 對于工作正常的主軸驅動系統，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速度、異常振動、異常聲音、通風狀態、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 隨著交流調速技術的發展，目前數控機床的主軸驅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（磁通轉跡法）到矢量控制（磁通定向控制），發展至今天直接轉矩控制，從而能方便地實現無速度傳感器化；脈寬調制（PWM）技術從正弦PWM發展至優化PWM技術和隨機PWM技術，以實現電流諧波畸變小，電壓利用率最高、效率最優、轉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發展到智能模塊IPM，是開關速度快、驅

14、動電流小、控制驅動簡單、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 隨著數控控制的SPWM變頻調速系統的發展，數控機床主軸驅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系統輸出的模擬信號來控制電動機的轉速，也可通過撥碼開關的編碼輸出或CNC系統的數字信號輸出值RH、RM和RL端，通過變頻器的參數設置，實現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下降。所以，應注意冷卻風扇的運行狀況是否正常，經常清拭濾網和散熱器的風道，以保證變頻器的正常運轉。 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/數字）輸出 0 10VDC，1mA，PWM和占空比為50的數字量 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.變頻調速原理： UxEcf第31頁/共93頁2. 恒轉矩調速 恒轉矩變頻調速系統中，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，最大轉矩Tm不變，啟動轉矩Tst增大，臨界點轉速降不變，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），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.恒功率變頻調速 在基頻以上調速時，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，這近似為恒功率調速，相當于直流電動機弱磁調速的情況。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、為了保證驅動器的安全，可靠的運行，在主軸伺服系統出現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動器的故障檢測與維修密切相關。當驅動器出現故障時，可以根據保護功能的情況，分析故障原因。 第40頁/共93頁故障現象 故障原因 報警號 內 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）電動機參數不正確，參數值太小或太大。 第42頁/共93頁二）主軸變頻系統常見故障及處理： 1.主軸電機不轉 主要有以下原因： 1）檢查CNC系統是否有速度控制信號輸出。 2）主軸驅動裝置故障。 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 造成電機反轉的原因主要有： 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（FWD）UVW，和反轉（REV）UWV ） 2）檢查電機正反轉的相序是否與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，（

22、RV）用于反轉 ）第44頁/共93頁 3 .電機轉速不能到達 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（根據需要不讓此過載信號輸出） 第45頁/共93頁 4.電機過載 （連續超負載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象。 3）V/F曲線設定不良，重新設定。第47頁/共93頁 6.主軸轉速不穩定 主要原因有： 1）負載波動是否太大。 2）電源是否不穩。 3）該現象是否出現在某一特定頻率下。此現象可 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格是否相匹配。 3）確保所有比例項參數設定正確。 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進給指令切削時，會出現停止進給、主軸仍繼續

24、運轉的故障。要執行每轉進給的指令，主軸必須有每轉一個脈沖的反饋信號，一般情況下為主軸編碼器有問題。可以用以下方法來確定： 1）CRT畫面有報警顯示。 2）通過PLC狀態顯示觀察編碼器的信號狀態。 3）用每分鐘進給指令代替每轉進給指令來執行程序，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。第51頁/共93

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

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，發現U相對地絕緣電阻較小，證明該相存在局部對地短路。 拆開電動機檢查發現，電動機內部繞組與引出線的連接處絕緣套已經老化；經重新連接后，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。 第53頁/共93頁 例2：主軸高速出現異常振動的故障維修 故障現象：配套某系統的數控車床，當主軸在高速（3000r/min以上）旋轉時，機床出現異常振動。 分析與處理過程：數控機床的振動與機械系統的設計、安裝、調整以及機械系統的固有頻率、主軸驅動系統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動系統工作正常，可以在高速下旋轉；且主軸在超過3000r/min時，在任意轉速下振動均存在，可以排除機械共振的原因。 經仔細檢查機床的主軸驅動系統連接，最終發現該機床的主軸驅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：不執行螺紋加工的故障維修 故障現象：配套某系統的數控車床，在自動加工時，發現機床不執行螺紋加工程序。 分析與處理過程：數控車床加工螺紋，其實質是主軸的轉角與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、與主軸驅動器之間的連接不良。 2） 主軸編碼器故障。 3） 主軸驅動器與數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 經查主軸編碼器與主軸驅動器的連接正常，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。 根據檢查，可以確定主軸位置監測系統工作正常。根據數控系統的說明書，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，系統進行的是主軸每轉進給動作，因此它與主軸的速度到達信號有關。 在FANUC 0-TD系統上，主軸的

29、每轉進給動作與參數PRM24.2的設定有關，當該位設定為“0”時，Z軸進給時不監測“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，檢查發現該位設定為“1”，因此只有“主軸速度到達”信號為“1”時，才能實現進給。 通過系統的診斷功能，檢查發現當實際主軸轉速顯示置與系統的指令指一致時，才能實現進給。 通過系統的診斷功能，檢查發現當實際主軸轉速顯示值與系統的指令值一致時，“主軸速度到達”信號仍然為“0”。 進一步檢查發現，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：變頻器出現過壓報警的維修 故障現象：

30、配套某系統的數控車床，主軸電動機驅動采用三菱公司的E540變頻器，在加工過程中，變頻器出現過壓報警。 分析與處理過程：仔細觀察機床故障產生的過程，發現故障總是在主軸啟動、制動時發生，因此，可以初步確定故障的產生與變頻器的加/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/減速無法在規定的時間內完成，則通常容易產生過電壓報警。 修改變頻器參數，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旋轉的故障維修 故障現象：配套某系統的數控車床，開機時發現，當機床進行換刀動作時，主軸也隨之轉動。 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，主軸轉速是通過系統輸出的模擬電壓控制的。根據以往的經驗，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，發現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：主軸定位出現超調的故障維修 故障現象：某加工中心，配套611A主軸驅動器，在執行主軸定位指令時，發現主軸存在明顯的位置超調，定位位置正確，系統無

32、故障。 分析與故障處理：由于系統無報警，主軸定位動作正確，可以確認故障是由于主軸驅動器或系統調整不良引起的。 解決超調的方法有很多種，如：減小加減速時間、提高速度環比例增益、降低速度環積分時間等等。檢查本機床主軸驅動器參數，發現驅動器的加減速時間設定為2s，此值明顯過大；更改參數，設定加減速時間為0.5s后，位置超調消除。 第60頁/共93頁 數控機床對主軸要求在很寬范圍內轉速可調，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。 主軸驅動系統也可稱為主軸伺服系統，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，這在機床改造和經濟型數控車床中用得較多。 與交流伺服驅動一樣，交流主軸驅動系統也有模擬式和數字式兩種形式，交流主軸驅動系統與直流主軸驅動系統相比，具有如下特點：第61頁/共93頁 1) 由于驅動系統必須采用微處理器和現代控制理論進行控制，因此其運行平穩、振動和噪聲小。 2）驅動系統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，起到節能的效果，又可加快制動速度。 3） 特別是對于全數字式主軸驅動系統，驅動器可直接使用CNC的數字量輸出信號進行控制，不要經過D/A轉換，轉速控制精度得到了提高。第62頁/共93頁 4）與數字交流伺服驅動一樣，在數字式主軸驅動

34、系統中，還可采用參數設定方法對系統進行靜態調整與動態優化，系統設定靈活、調整準確。 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）主軸電動機轉速的提高不受換向器的限制，最高轉速通常比直流主軸電動機更高，可達到數萬轉。第63頁/共93頁4.5.1 主軸伺服與數控裝置的接線圖第64頁/共93頁第65頁/共93頁4.5.2 4.5.2 相關參數設置相關參數設置1. 位置比例增益 設定位置環調節器的比例增益。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。但數值太大可能會引起振蕩或超調。參數數值由具體的伺服系統型號和負載情況確定。 第66頁/共93頁2.

35、速度比例增益 設定速度調節器的比例增益。設置值越大，增益越高，剛度越大。參數數值根據具體的伺服驅動系統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。在系統不產生振蕩的條件下，盡量設定較大的值。 第67頁/共93頁3.速度積分時間常數設定速度調節器的積分時間常數。設置值越小，積分速度越快。參數數值根據具體的伺服驅動系統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。在系統不產生振蕩的條件下，盡量設定較小的值。 第68頁/共93頁4.5.3 主軸伺服系統故障診斷 一）當主軸伺服系統發生故障時，通常有三種表現形式： 1. CRT或操作面板上顯示報警內容或報警信息 2. 是在主

36、軸驅動裝置上用報警燈或數碼管顯示主軸驅 動裝置的故障； 3. 主軸工作不正常，但無任何報警信息。 二）主軸伺服系統常見故障有： 1.過載 原因：切削用量過大，頻繁正、反轉等均可引起過載報警 具體表現為：主軸電動機過熱主軸驅動裝置顯示過電流報警等。第69頁/共93頁 電氣系統原因： 1）檢查CNC系統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;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）主軸驅動裝置故障。 6）主軸電機故障。 2.主軸不能轉動

37、第70頁/共93頁機械故障原因： 機械方面，主軸不轉常發生在強力切削下，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頁當主軸轉速超過技術要求所規定的范圍，原因：1）CNC系統輸出的主軸轉速模擬量(通常為010v)沒有達到與轉速指令對應的值，或速度指令錯誤。2）CNC系統中D/A變換器故障。3）主軸轉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）主軸驅動裝置故障。3. 主軸轉速異常或轉速不穩定第72頁/共93頁 首先要區別

38、噪聲及振動發生在主軸機械部分還是電氣部分。檢查方法有：1）在減速過程中發生，一般是由驅動裝置造成的，如交流驅動中的再生回路故障。2）在恒轉速時，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速有關，如無關，一般是主軸驅動裝置未調整好；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整不好（或設 置不當） 4）電流反饋回路未調整好。 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 產生軸向竄動，應重新調查。 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 輪或調整嚙合間隙。 6）潤滑不良，因油不足，應改善潤滑條件，使潤滑油 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：配套某系統的數控車床，在加工過程中，發現在端面加工時，表面出現周期性波紋。 分

40、析與處理過程：數控車床端面加工時，表面出現皺紋的原因很多，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生以上問題。第76頁/共93頁 但該機床為周期性出現，且有一定規律，根據通常的情況，應于主軸的位置監測系統有關，但仔細檢查機床主軸各部分，卻未發現任何不良。 檢查該機床的機械傳動裝置，其結構是伺服電動機與滾珠絲杠間通過齒形帶進行聯接，位置反饋編碼器采用的是分離型布置。 檢查發現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不均勻，反映到加工中，則出現周期性波紋。 重新安裝、調整編碼

41、器后，機床恢復正常。 第77頁/共93頁 1）減速極限電路調整不良。 2）電流反饋回路不良。 3）加/減速回路時間常數設定和負載貫量不匹配。 4）驅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，主軸轉速指令信號或反饋信號受到干擾，使主軸驅動出現隨機和無規律性的波動。 判別有無干擾的方法是：當主軸轉速指令為零時，主軸仍往復擺動，調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）轉換電路故障。 2）CNC速度輸出模擬量與驅動器連接不

42、良或斷線。 3）主軸轉向控制信號極性與主軸轉向輸入信號不一致。 4）主軸驅動器參數設定不當。7. 主軸速度指令無效第80頁/共93頁 1）CNC參數設置不當或編程錯誤造成主軸轉速 控制信號 輸出為某一固定值。 2）D/A轉換電路故障。 3）主軸驅動器速度模擬量輸入電路故障。 例：一臺配套某系統的立式加工中心，主軸在低速時（低于120r/min）時，S指令無效，主軸固定以120r/min轉速運轉。 分 析 與 處 理 過 程 ： 由 于 主 軸 在 低 速 時 固 定 以120r/min轉速運轉，可能的原因是主軸驅動器有120r/min的轉速模擬量輸入，或是主軸驅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內部S代碼信號狀態，發現它與S指令值一一對應；但測量主軸驅動器的數模轉換輸出（測兩端CH2），發現即使是在S為0時，D/A轉換器雖然無數字輸入信號，但其輸出仍然為0.5V左右的電壓。 由于本機床的最高轉速為2250r/min，對照下表看出，當D/A轉換器輸出0.5V左右時，電動機轉速應為120r/min左右，因此可以判定故障原因是D/A轉換器（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向不正確主軸

44、只能單向運行或主軸轉向不正確 1）主軸轉速控制信號輸出錯誤 2）主軸驅動器速度模擬量輸入電路故障第83頁/共93頁 數控車床加工螺紋，其實質是主軸的角位移與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，系統進行的是主軸每轉進給動作，要執行每轉進給的指令，主軸必須有每轉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）主軸轉速不穩，有抖動。10. 10. 螺紋加工出現螺紋加工出現“亂牙亂牙”故障故障第84頁/共93頁 5）主軸轉速尚未穩定，就執行了螺紋加工指令（G32），導致了主軸與Z軸進給不能實現同步，造成“亂牙”。 例：配套某系統的數控車床，在G32車