tpm生產(chǎn)維護(hù)_第五章主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理

第5章 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也就是主傳動(dòng)系統(tǒng)，它的性能直接決定了加工工件的表面質(zhì)量，因此，在數(shù)控機(jī)床的維修和維護(hù)中，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)顯得很重要。；。5.1 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一，它的精度對(duì)零件的加工精度有較大的影響。5.1.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有較大的差別。機(jī)床主軸的工作運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不像進(jìn)給驅(qū)動(dòng)需要絲杠或其它直線運(yùn)動(dòng)裝置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床通常通過(guò)主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的快速的相對(duì)切削運(yùn)動(dòng)。在20紀(jì)60-70年代，數(shù)控機(jī)床的主軸一般采用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)配上多級(jí)齒輪變速箱實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速的驅(qū)動(dòng)方式。隨著刀具技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、加工工藝以及生產(chǎn)效率的不斷發(fā)展，上述傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動(dòng)已不能滿足生產(chǎn)的需要?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸傳動(dòng)提出了更高的要求：（1） 調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速為保證加工時(shí)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(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應(yīng)各種刀具、工序和各種材料的加工要求，對(duì)主軸的調(diào)速范圍要求更高，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(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，并減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化主軸箱。目前主軸驅(qū)動(dòng)裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達(dá)1100，恒功率調(diào)速范圍也可達(dá)130，一般過(guò)載1.5倍時(shí)可持續(xù)工作達(dá)到30min。主軸變速分為有級(jí)變速、無(wú)級(jí)變速和分段無(wú)級(jí)變速三種形式，其中有級(jí)變速僅用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用無(wú)級(jí)變速或分段無(wú)級(jí)變速。在無(wú)級(jí)變速中，變頻調(diào)速主軸一般用于普及型數(shù)控機(jī)床，交流伺服主軸則用于中、高檔數(shù)控機(jī)床。（2） 恒功率范圍要寬主軸在全速范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內(nèi)提供主軸電動(dòng)機(jī)的最大功率。由于主軸電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)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(jī)床低速、強(qiáng)力切削的需要，常采用分級(jí)無(wú)級(jí)變速的方法（即在低速段采用機(jī)械減速裝置），以擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩。（3） 具有4象限驅(qū)動(dòng)能力要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加、減速控制，并且加、減速時(shí)間要短。目前一般伺服主軸可以在1秒內(nèi)從靜止加速到6000r/min。（4） 具有位置控制能力即進(jìn)給功能（C軸功能）和定向功能（準(zhǔn)停功能），以滿足加工中心自動(dòng)換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車(chē)削中心的某些加工工藝的需要。（5） 具有較高的精度與剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)。為了提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動(dòng)時(shí)齒輪齒面應(yīng)采用高頻感應(yīng)加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級(jí)一般用斜齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。采用帶傳動(dòng)時(shí)應(yīng)采用齒型帶。應(yīng)采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提高主軸的組件的剛性。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)增加齒輪寬度，提高齒輪的重疊系數(shù)。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動(dòng)，采用內(nèi)徑定心。側(cè)面定心的花鍵對(duì)降低噪聲更為有利，因?yàn)檫@種定心方式傳動(dòng)間隙小，接觸面大，但加工需要專(zhuān)門(mén)的刀具和花鍵磨床。（6） 良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，可能由于持續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過(guò)程中的自振等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至可能損壞刀具和主軸系統(tǒng)中的零件，使其無(wú)法工作。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中的零部件產(chǎn)生熱變形，降低傳動(dòng)效率，影響零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度，從而造成加工誤差。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動(dòng)平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑。5.1.2 不同類(lèi)型的主軸系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用范圍（1） 普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配齒輪變速箱這是最經(jīng)濟(jì)的一種方法主軸配置方式，但只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，由于電動(dòng)機(jī)始終工作在額定轉(zhuǎn)速下，經(jīng)齒輪減速后，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強(qiáng)，非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工產(chǎn)品比較單一，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速?zèng)]有太高的要求，配置在數(shù)控機(jī)床上也能起到很好的效果；它的缺點(diǎn)是噪音比較大，由于電機(jī)工作在工頻下，主軸轉(zhuǎn)速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場(chǎng)合。（2） 普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配簡(jiǎn)易型變頻器可以實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速，主軸電動(dòng)機(jī)只有工作在約500轉(zhuǎn)/分鐘以上才能有比較滿意的力矩輸出，否則，特別是車(chē)床很容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情況，一般會(huì)采用兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸仍然只能工作在中高速范圍，另外因?yàn)槭艿狡胀妱?dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，主軸的轉(zhuǎn)速范圍受到較大的限制。這種方案適用于需要無(wú)級(jí)調(diào)速但對(duì)低速和高速都不要求的場(chǎng)合，例如數(shù)控鉆銑床。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的簡(jiǎn)易型變頻器較多。（3） 普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配通用變頻器目前進(jìn)口的通用變頻器，除了具有U/f曲線調(diào)節(jié)，一般還具有無(wú)反饋矢量控制功能，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的低速特性有所改善，配合兩級(jí)齒輪變速，基本上可以滿足車(chē)床低速（100200轉(zhuǎn)/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受最高電動(dòng)機(jī)速度的限制。這是目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床比較常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（4） 專(zhuān)用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時(shí)都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進(jìn)給的功能，是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。以先馬YPNC系列變頻電動(dòng)機(jī)為例，電壓：三相200V、220V、380V、400V可選；輸出功率：1.5-18.5KW；變頻范圍2-200Hz；（最高轉(zhuǎn)速r/min）；30min150%過(guò)載能力；支持V/f控制、V/f+PG（編碼器）控制、無(wú)PG矢量控制、有PG矢量控制。提供通用變頻器的廠家以國(guó)外公司為主，如：西門(mén)子、安川、富士、三菱、日立等。中檔數(shù)控機(jī)床主要采用這種方案，主軸傳動(dòng)兩擋變速甚至僅一擋即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在100200r/min左右時(shí)車(chē)、銑的重力切削。一些有定向功能的還可以應(yīng)用與要求精鏜加工的數(shù)控鏜銑床，若應(yīng)用在加工中心上，還不很理想，必須采用其他輔助機(jī)構(gòu)完成定向換刀的功能，而且也不能達(dá)到剛性攻絲的要求。（5） 伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有響應(yīng)快、速度高、過(guò)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)定向和進(jìn)給功能，當(dāng)然價(jià)格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的2-3倍以上。伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于加工中心上，用以滿足系統(tǒng)自動(dòng)換刀、剛性攻絲、主軸C軸進(jìn)給功能等對(duì)主軸位置控制性能要求很高的加工。（6） 電主軸電主軸是主軸電動(dòng)機(jī)的一種結(jié)構(gòu)形式，驅(qū)動(dòng)器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅(qū)動(dòng)器。電主軸由于電機(jī)和主軸合二為一，沒(méi)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此，大大簡(jiǎn)化了主軸的結(jié)構(gòu)，并且提高了主軸的精度，但是抗沖擊能力較弱，而且功率還不能做得太大，一般在10KW以下。由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電主軸主要向高速方向發(fā)展，一般在10000r/min以上。安裝電主軸的機(jī)床主要用于精加工和高速加工，例如高速精密加工中心。另外，在雕刻機(jī)和有色金屬以及非金屬材料加工機(jī)床上應(yīng)用較多，這些機(jī)床由于只對(duì)主軸高轉(zhuǎn)速有要求，因此，往往不用主軸驅(qū)動(dòng)器。5.1.3 常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹1. FANUC（法那科）公司主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從80年代開(kāi)始，該公司已使用了交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已被交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所取代。目前三個(gè)系列交流主軸電動(dòng)機(jī)為：S系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍1.537KW；H系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍1.522KW；P系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍3.737KW。該公司交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)為：采用為處理器控制技術(shù)，進(jìn)行矢量計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)最佳控制。主回路采用晶體管PWM逆變器，使電動(dòng)機(jī)電流非常接近正弦波性。具有主軸定向控制、數(shù)字和模擬輸入接口等功能。2. SIEMENS（西門(mén)子）公司主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)SIEMENS公司生產(chǎn)的直流主軸電動(dòng)機(jī)有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個(gè)系列，與這四個(gè)系列電動(dòng)機(jī)配套的6RA24、6RA27系列驅(qū)動(dòng)裝置采用晶閘管控制。80年代初期，該公司又推出了1PH5和1PH6兩個(gè)系列的交流主軸電動(dòng)機(jī)，功率范圍為3100KW。驅(qū)動(dòng)裝置為6SC650系列交流主軸驅(qū)動(dòng)裝置或6SC611A（SIMODRIVE 611A）主軸驅(qū)動(dòng)模塊，主回路采用晶體管SPWM變頻器控制的方式，具有能量再生制動(dòng)功能。另外，采用為處理器80186可進(jìn)行閉環(huán)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制及磁場(chǎng)計(jì)算，從而完成矢量控制。同過(guò)選件實(shí)現(xiàn)C軸進(jìn)給控制，在不需要CNC的幫助下，實(shí)現(xiàn)主軸的定位控制。3. DANFOSS（丹佛斯）公司系列變頻器該公司目前應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上的變頻器系列常用的有：VLT2800，可并列式安裝方式，具有寬范圍配接電機(jī)功率：0.37KW-7.5KW 200V/400；VLT5000，可在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行精確的滑差補(bǔ)償，并在3ms內(nèi)完成。在使用串行通訊時(shí)，VLT 5000對(duì)每條指令的響應(yīng)時(shí)間為0.1ms，可使用任何標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)與VLT 5000匹配。4. HITACHI（日立）公司系列變頻器HITACHI公司的主軸變頻器應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上通常有：L100系列通用型變頻，額定輸出功率范圍為0.2KW-7.5KW， V/f 特性可選恒轉(zhuǎn)矩/降轉(zhuǎn)矩，可手動(dòng)/自動(dòng)提升轉(zhuǎn)矩，載波頻率0.5HZ-16HZ連續(xù)可調(diào)。日立 SJ100系列變頻器，是一種矢量型變頻，額定輸出功率范圍為0.2KW-7.5KW，載波頻率在0.5HZ-16HZ內(nèi)連續(xù)可調(diào) ，加減速過(guò)程中可分段改變加減速時(shí)間 ，可內(nèi)部/外部啟動(dòng)直流制動(dòng)；日立 SJ200/300系列變頻器，額定輸出功率范圍為0.75KW-132KW，具有2臺(tái)電機(jī)同時(shí)無(wú)速度傳感器矢量控制運(yùn)行且電機(jī)常數(shù)在/離線自整定。5. HNC（華中數(shù)控）公司系列主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)HSV-20S是武漢華中數(shù)控股份有限公司推出的全數(shù)字交流主軸驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、可靠性高。采用的是最新專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制DSP、大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計(jì)，具有025、050、075、100多種型號(hào)規(guī)格，具有很寬的功率選擇范圍。用戶可根據(jù)要求選配不同型號(hào)驅(qū)動(dòng)器和交流主軸電機(jī)，形成高可靠、高性能的交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。5.1.4 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類(lèi)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動(dòng)器和主軸電動(dòng)機(jī)。數(shù)控機(jī)床主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速則是由主軸驅(qū)動(dòng)器完成。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器或主軸伺服驅(qū)動(dòng)器控制的方式。直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代初至80年代中期在數(shù)控機(jī)床上占據(jù)主導(dǎo)地位，這是由于直流電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能，輸出力矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，精度高，控制原理簡(jiǎn)單，易于調(diào)整。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，加之交流伺服電動(dòng)機(jī)材料、結(jié)構(gòu)及控制理論有了突破性的進(jìn)展，80年代初期推出了交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，標(biāo)志著新一代驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)始，由于交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保持了直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)越性，而且交流電動(dòng)機(jī)無(wú)需維護(hù)，便于制造，不受惡劣環(huán)境影響，所以目前直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已逐步被交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所取代。從90年代開(kāi)始，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已走向數(shù)字化，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電流環(huán)、速度環(huán)的反饋控制已全部數(shù)字化，系統(tǒng)的控制模型和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償均由高速微處理器實(shí)時(shí)處理，增強(qiáng)了系統(tǒng)自診斷能力，提高了系統(tǒng)的快速性和精度。5.2 直流主軸伺服系統(tǒng)故障診斷與維修5.2.1 直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹直流主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器有可控硅調(diào)速和脈寬調(diào)制PWM調(diào)速兩種形式。由于脈寬調(diào)制PWM調(diào)速具有很好的調(diào)速性能，因而在對(duì)靜動(dòng)態(tài)性能要求較高的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置上曾廣泛使用。而三相全控可控硅調(diào)速裝置則適于大功率應(yīng)用場(chǎng)合。從原理上說(shuō)，直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與通常的直流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)本質(zhì)的區(qū)別，決定了直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 調(diào)速范圍寬。采用直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床通常只設(shè)置高、低兩級(jí)速度的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，就能得到全部的主軸變換速度，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，因此，它具有較寬的調(diào)速范圍。 直流主軸通常采用全封閉的結(jié)構(gòu)形式，可以在有塵埃和切削液飛濺的工業(yè)環(huán)境中使用。 主軸電動(dòng)機(jī)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，為了使發(fā)熱最小，定子往往采用獨(dú)特附加磁極，以減小損耗，提高效率。 直流主軸驅(qū)動(dòng)器主回路一般采用晶閘管三相全波整流，以實(shí)現(xiàn)四象限的運(yùn)行。 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(hào)輸入、“準(zhǔn)備好”輸出、輸出、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩顯示輸出等信號(hào)接口。 純電氣主軸定向準(zhǔn)?？刂乒δ?。無(wú)需機(jī)械定位裝置，進(jìn)一步縮短了定位時(shí)間。5.2.2 主軸定向控制方案簡(jiǎn)介主軸定向準(zhǔn)?？刂?，實(shí)際上是在主軸速度控制基礎(chǔ)上增加一個(gè)位置控制環(huán)。常采用位置編碼器或磁性傳感器作為檢測(cè)原件。當(dāng)采用位置編碼器作為位置檢測(cè)器件時(shí)，由于安裝不方便，主軸與編碼器之間必須是1：1的傳動(dòng)或?qū)⒕幋a器直接安裝在主軸軸端。而采用磁性傳感器作為位置檢測(cè)器件時(shí)，磁性器件只能直接安裝在主軸上，而磁性傳感頭則固定在主軸箱體上。采用編碼器與使用磁性傳感器的方式相比，前者具有定位點(diǎn)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(diǎn)，而且還可以作為主軸同步進(jìn)給的位置檢測(cè)器件。但直流電動(dòng)機(jī)需要機(jī)械換向，換向器表面線速度、換向電流、電壓均受到限制，限制了其轉(zhuǎn)速和功率的提高，并且它的恒功率調(diào)速范圍也較小。由于換向也增加了電動(dòng)機(jī)制造的難度、成本并使調(diào)速控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。另外換向器必須定時(shí)停機(jī)檢查和維修，使用和維護(hù)都比較麻煩。5.2.3 直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障盡管直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在目前已應(yīng)用不多，逐步為交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代，但現(xiàn)有系統(tǒng)的維修還有不少，在此也總結(jié)它的故障特點(diǎn)。1. 主軸速度不正?；虿环€(wěn)定，造成這類(lèi)故障的原因見(jiàn)表5-1。表5-1：主軸速度不正常或不穩(wěn)定的故障綜述：可能原因檢查步驟排除措施電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)重重新考慮負(fù)載條件，減輕負(fù)載速度指令電壓不良或錯(cuò)誤測(cè)量從數(shù)控裝置主軸接口輸出過(guò)來(lái)的信號(hào)確保主軸控制信號(hào)正常D/A變換器故障反饋線斷線或不良測(cè)量反饋信號(hào)確保接線正確反饋裝置損壞更換反饋裝置電動(dòng)機(jī)故障，如：勵(lì)磁喪失等采用交換法，可以判斷是否出了故障更換電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障更換驅(qū)動(dòng)器誤差放大器故障印刷線路板太臟打開(kāi)驅(qū)動(dòng)器，定期給電路板作出清潔保持電路板的清潔或更換放大器2. 電動(dòng)機(jī)速度達(dá)到一定值就上不去了。如FANUC直流可控硅主軸伺服驅(qū)動(dòng)單元為1160。它是電動(dòng)機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)換點(diǎn)。速度在01160，勵(lì)磁電流為6.8A恒定，電機(jī)主線圈電壓由0220V變化，電機(jī)速度大于1160后，則電機(jī)主線圈電壓為220V恒定，勵(lì)磁電流從6.8A減小。其可能原因間表5-2。表5-2：主軸電機(jī)速度達(dá)到一定值就上不去了的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施晶閘管整流部分太臟，造成直流母線電壓過(guò)低或絕緣性能降低清潔好晶閘管，保持內(nèi)部電路板的清潔電動(dòng)機(jī)磁體不正常，輸出電壓不正常用萬(wàn)用表測(cè)量歷次電壓更換磁體或更換電動(dòng)機(jī)控制板的勵(lì)磁回路故障最好用交換法測(cè)試控制板更換控制板3. 發(fā)生過(guò)流報(bào)警，造成這類(lèi)故障的原因見(jiàn)表5-3。表5-3：主軸過(guò)流報(bào)警綜述可能原因檢查步驟排除措施驅(qū)動(dòng)器電流極限設(shè)定錯(cuò)誤。檢查設(shè)定參數(shù)依照參數(shù)說(shuō)明書(shū)，設(shè)置好參數(shù)主軸負(fù)載過(guò)大，或機(jī)械故障檢查是否機(jī)械卡住，在停機(jī)狀態(tài)下用手盤(pán)主軸，應(yīng)該非常靈活確保主軸無(wú)機(jī)械異常，如果負(fù)載過(guò)大，重新考慮機(jī)床負(fù)載條件長(zhǎng)時(shí)間切削條件惡劣調(diào)整切削參數(shù)，改善切削條件，檢查直流主軸電機(jī)的線圈電阻不正常，換向器太臟檢查直流主軸電機(jī)的線圈電阻是否正常，換向器是否太臟確保電阻正常，用干燥的壓縮空氣吹干凈動(dòng)力線連接不牢固檢查動(dòng)力線是否連接牢固擰緊動(dòng)力線勵(lì)磁線連接不牢固檢查勵(lì)磁線連接是否不牢固擰緊勵(lì)磁線驅(qū)動(dòng)器的控制勵(lì)磁電源存在故障也就是檢查勵(lì)磁電壓是否正常電動(dòng)機(jī)故障，如：電樞線圈內(nèi)部存在局部短路采用交換法，可判斷出它們是否有故障更換電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器故障如：同步觸發(fā)脈沖不正確更換驅(qū)動(dòng)器 4. 過(guò)熱或過(guò)載報(bào)警。這時(shí)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)熱報(bào)警指示燈會(huì)亮，其可能原因見(jiàn)表5-5。表5-5：主軸過(guò)熱報(bào)警綜述可能原因檢查步驟排除措施長(zhǎng)期負(fù)載過(guò)大，電動(dòng)機(jī)太熱用手觸摸電動(dòng)機(jī)，感覺(jué)是否發(fā)熱厲害，如果溫度很燙手，等冷卻后再開(kāi)機(jī)，看是否仍有報(bào)警改善切削條件，調(diào)整切削參數(shù)，降低負(fù)載電動(dòng)機(jī)或反饋線斷線或短路用萬(wàn)用表測(cè)量其輸出端子，是否接通狀況良好確保連線正確電動(dòng)機(jī)故障采用交換法，確定電動(dòng)機(jī)是否有故障更換電動(dòng)機(jī)5. 保險(xiǎn)絲熔斷。其可能原因見(jiàn)表5-6。表5-6：保險(xiǎn)絲熔斷的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施伺服電動(dòng)機(jī)或主回路絕緣不良檢查直流伺服電機(jī)和主回路的絕緣更換相應(yīng)部件電樞線短路電樞線短路、電樞繞組短路或局部短路，電樞線對(duì)地短路排除短路故障主回路故障用萬(wàn)用表檢查所有主回路的可控硅是否有短路更換相應(yīng)壞的可控硅控制板故障引起主回路電流過(guò)大如果在燒保險(xiǎn)的同時(shí)有過(guò)電流報(bào)警按電流報(bào)警處理方法處理輸入電壓太高用萬(wàn)用表測(cè)量輸入電壓控制電壓在-1015%范圍內(nèi)6. 電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。就是系統(tǒng)發(fā)出指令后，主軸伺服單元或直流主軸電動(dòng)機(jī)不執(zhí)行。其可能原因見(jiàn)表5-7。表5-7：電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施機(jī)械卡死在不通電的情況下，機(jī)械軸應(yīng)該能自由活動(dòng)消除機(jī)械故障，減輕負(fù)載負(fù)載特別大在負(fù)載特別重的外界情況下，重新考慮機(jī)床負(fù)載能力機(jī)械連接脫落，如高/低檔齒輪切換用的力和齒嚙合不良檢查機(jī)械連接情況重新調(diào)整機(jī)械連接控制信號(hào)為滿足主軸旋轉(zhuǎn)的條件，如轉(zhuǎn)向信號(hào)、速度給定電壓為輸入通過(guò)PLC狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，查看主軸正/反轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)否送出，主軸速度給定指令是否給出從數(shù)控系統(tǒng)端找出故障，確保各指令正常電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線不良用萬(wàn)用表測(cè)量各連線端子的接通情況確保各連接線正常電機(jī)勵(lì)磁線短線R、S、T線不正常碳刷不好或嚴(yán)重磨損檢查直流主軸電機(jī)的碳刷是否正常，是否接觸不好更換好的碳刷電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路或主回路組織不正常檢查勵(lì)磁回路是否有阻值，或者阻值很大？如果沒(méi)阻值或阻值很大，更換電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器印制線路板表面太臟以致內(nèi)部電路接觸不良在不通電的情況下，打開(kāi)驅(qū)動(dòng)器保護(hù)蓋子，清潔印制線路板保持驅(qū)動(dòng)器的清潔，有良好的工作環(huán)境觸發(fā)脈沖電路故障，晶閘管無(wú)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生屬驅(qū)動(dòng)器故障，采用交換法判斷是否有故障更換驅(qū)動(dòng)器控制板故障用交換法判斷是否控制板故障更換控制板7. 主軸定向不停止。有的系統(tǒng)會(huì)提示超時(shí)報(bào)警，其可能原因見(jiàn)表5-8。表5-8：主軸定向不停止的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施主軸沒(méi)接收到編碼器信號(hào)編碼器故障，沒(méi)有輸出零位信號(hào)更換編碼器反饋回路故障，沒(méi)有傳入到系統(tǒng)消除反饋信號(hào)傳輸中的斷路磁性傳感器故障如果采用此行傳感器定位，檢查相關(guān)的指示燈是否點(diǎn)亮如果沒(méi)亮，有故障，更換磁性傳感器定向板上的繼電器損壞如果主軸停在準(zhǔn)停位，仍有報(bào)警，則說(shuō)明定向板上的繼電器損壞更換相應(yīng)繼電器8. 電刷磨損嚴(yán)重或電刷面上有劃痕 可能原因見(jiàn)表5-9。表5-9：電刷磨損嚴(yán)重或電刷面上有劃痕的可能原因可能原因檢查步驟排除措施主軸連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載工作有計(jì)劃的安排使用機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)換向器表面太臟或有傷痕目測(cè)清潔換向器電刷上有切削液進(jìn)入做好密封措施驅(qū)動(dòng)器控制回路的設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)檢查參數(shù)是否正確依照參數(shù)說(shuō)明書(shū)，重新設(shè)置好參數(shù)9. 過(guò)電壓吸收器燒壞 通常情況下，它是由于外加電壓過(guò)高或瞬間電網(wǎng)電壓干擾引起的。5.2.4 維修實(shí)例例1：配套SIEMENS 6RA26*系列直流主軸驅(qū)動(dòng)器，開(kāi)機(jī)后顯示主軸報(bào)警。分析與處理過(guò)程：檢查SIEMENS 6RA26*系列直流主軸驅(qū)動(dòng)器，發(fā)現(xiàn)報(bào)警的含義與提示是“電源故障”，其可能的原因有： 電源相序接反。 電源缺相，相位不正確。 電源電壓低于額定值的80%。測(cè)量驅(qū)動(dòng)器輸入電壓正常，相序正確，但主驅(qū)動(dòng)仍有報(bào)警，因此可能的原因是電源板存在故障。根據(jù)SIEMENS 6RA26*系列直流主軸驅(qū)動(dòng)器原理圖，逐級(jí)測(cè)量各板的電源回路，發(fā)現(xiàn)觸發(fā)板的同步電源中有一相低于正常電壓。檢查確認(rèn)故障原因?yàn)橛≈齐娐钒宕嬖谔摵?，?dǎo)致了同步電源的電壓降低，引起了電源報(bào)警。重新焊接后電壓恢復(fù)正常，報(bào)警消失，機(jī)床恢復(fù)正常。例2：某配置FANUC 15型直流主軸驅(qū)動(dòng)的數(shù)控仿型銑床，主軸在啟動(dòng)后，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中聲音沉悶；當(dāng)主軸制動(dòng)時(shí)，CRT顯示“FEED HOLD”（進(jìn)給保持），主軸驅(qū)動(dòng)裝置的“過(guò)電流”報(bào)警指示燈亮。分析與處理過(guò)程：為了判別主軸過(guò)電流報(bào)警產(chǎn)生的原因，維修時(shí)首先脫開(kāi)了主軸與主軸間的連接，檢查機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，未發(fā)現(xiàn)異常，因此排除了機(jī)械上的原因。接著又測(cè)量、檢查了的繞組、對(duì)地電阻及的連接情況，在對(duì)換向器及電刷進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分電刷已達(dá)使用極限，換向器表面有嚴(yán)重的燒熔痕跡。針對(duì)以上問(wèn)題，維修時(shí)首先更換了同型號(hào)的電刷；并拆開(kāi)，對(duì)換向器的表面進(jìn)行了修磨處理，完成了對(duì)的維修。重新安裝后再進(jìn)行試車(chē)，當(dāng)時(shí)故障消失；但在第二天開(kāi)機(jī)時(shí)，又再次出現(xiàn)上述故障，并且在機(jī)床通電約30min之后，故障就自動(dòng)消失。根據(jù)以上現(xiàn)象，由于排除了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸、連接方面的原因，故而可以判定故障原因在主軸驅(qū)動(dòng)器上。對(duì)照主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理圖，重點(diǎn)針對(duì)電流反饋環(huán)節(jié)的有關(guān)線路，進(jìn)行了分析檢查；對(duì)電路板中有可能虛焊的部位進(jìn)行了重新焊接，對(duì)全部接插件進(jìn)行了表面處理，但故障現(xiàn)象仍然不變。由于維修現(xiàn)場(chǎng)無(wú)驅(qū)動(dòng)器備件，不可能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器的電路板互換處理，為了確定故障的大致部位，針對(duì)機(jī)床通電約30min后，故障可以自動(dòng)消失這一特點(diǎn)，維修時(shí)采用局部升溫的方法。通過(guò)吹風(fēng)機(jī)在距電路板810cm處，對(duì)電路板的每一部分進(jìn)行了局部升溫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)對(duì)觸發(fā)線路升溫后，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)可以馬上恢復(fù)正常。由此分析，初步判定故障部位在驅(qū)動(dòng)器的觸發(fā)線路上。通過(guò)示波器觀察觸發(fā)部分線路的輸出波形，發(fā)現(xiàn)其中的一片集成電路在常溫下無(wú)觸發(fā)脈沖發(fā)生，引起整流回路U相的4只晶閘管（正組和反組各2只）的觸發(fā)脈沖消失；更換此芯片后故障排除。維修完成后，進(jìn)一步分析故障原因，在主軸驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)，三相全控橋整流主回路，有一相無(wú)觸發(fā)脈沖，導(dǎo)致直流母線整流電壓波形脈動(dòng)變大，諧波分量提高，產(chǎn)生換向困難，運(yùn)行聲音沉悶。當(dāng)主軸制動(dòng)時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)器采用的是回饋制動(dòng)，控制線路首先要關(guān)斷正組的觸發(fā)脈沖，并觸發(fā)反組的晶閘管，使其逆變。逆變時(shí)同樣由于缺一相觸發(fā)脈沖，使能量不能及時(shí)回饋電網(wǎng)，因此產(chǎn)生過(guò)流，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生過(guò)流報(bào)警，保護(hù)電路動(dòng)作。5.2.5 直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用注意點(diǎn)和日常維護(hù)1. 安裝注意事項(xiàng) 主軸伺服系統(tǒng)對(duì)安裝有較高的要求，這些要求是保證驅(qū)動(dòng)器正常工作的前提條件，在維修時(shí)必須引起注意。（1） 安裝驅(qū)動(dòng)器的電柜必須密封。為了防止電柜內(nèi)溫度過(guò)高，電柜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將溫升控制在15以下。電柜的外部空氣引入口，應(yīng)設(shè)置過(guò)濾器，并防止從排氣口浸入塵?；驘熿F；電纜出入口、柜門(mén)等部分應(yīng)進(jìn)行密封，冷卻電扇不要直接吹向驅(qū)動(dòng)器，以免粉塵附著。 （2） 維修完成后，進(jìn)行重新安裝時(shí)，要遵循下列原因： 安裝面要平，且有足夠的剛性。 電刷應(yīng)定期維修及更換，安裝位置應(yīng)盡可能使其檢修容易。 冷卻進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)要充分，安裝位置要盡可能使冷卻部分的檢修容易。 應(yīng)安裝在灰塵少、濕度不高的場(chǎng)所，環(huán)境溫度應(yīng)在40以下。 應(yīng)安裝在切削液和油不能直接濺到的位置上。2. 使用檢查 （1） 伺服系統(tǒng)啟動(dòng)前的檢查： 檢查伺服單元和電動(dòng)機(jī)的信號(hào)線、動(dòng)力線等的連接時(shí)否正常，是否松動(dòng)以及絕緣是否良好； 強(qiáng)電柜和電動(dòng)機(jī)是否可靠接地； 電動(dòng)機(jī)的電刷的安裝是否牢靠，電動(dòng)機(jī)安裝螺栓是否完全擰緊。（2） 使用時(shí)的檢查 檢查速度指令與轉(zhuǎn)速是否一致，負(fù)載指示是否正常。 是否有異常聲音和異常振動(dòng)。 軸承溫度是否急劇上升等不正?，F(xiàn)象。 電刷上是否有顯著的火花發(fā)生痕跡。3. 對(duì)于工作正常的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行如下日常維護(hù)：（1） 電柜的空氣過(guò)濾器每月應(yīng)清掃一次。（2） 電柜及驅(qū)動(dòng)器的冷卻風(fēng)扇應(yīng)定期檢查。（3） 建議操作人員每天都應(yīng)注意主軸的旋轉(zhuǎn)速度、異常振動(dòng)、異常聲音、通風(fēng)狀態(tài)、軸承溫度、外表溫度和異常臭味。（4） 建議使用單位維護(hù)人員，每月應(yīng)對(duì)電刷、換向器進(jìn)行檢查。（5） 建議使用單位維護(hù)人員，每半年應(yīng)對(duì)測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)、軸承、熱管冷卻部分、絕緣電阻進(jìn)行檢測(cè)。5.3 主軸通用變頻器5.3.1 變頻器技術(shù)簡(jiǎn)介隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多采用交流主軸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)展至今為直接轉(zhuǎn)矩控制，從而能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器化；脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)從正弦PWM發(fā)展至優(yōu)化PWM技術(shù)和隨機(jī)PWM技術(shù)，以實(shí)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(qiáng)度大幅度削弱的目標(biāo)；功率器件由GTO、GTR、IGBT發(fā)展到智能模塊IPM，是開(kāi)關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)電流小、控制驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、故障率降低、干擾得到有效控制及保護(hù)功能進(jìn)一步完善。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(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)采用通用變頻器控制也越來(lái)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配套應(yīng)用；二是具有多種可供選擇的功能，可應(yīng)用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。如三菱FR-A500系列變頻器既可以通過(guò)2、5端，用CNC系統(tǒng)輸出的模擬信號(hào)來(lái)控制的轉(zhuǎn)速，也可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)的編碼輸出或CNC系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)輸出值RH、RM和RL端，通過(guò)變頻器的參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)從最低速到最高速的變速。 值得注意的是，變頻器的冷卻方式都采用風(fēng)扇強(qiáng)迫冷卻。如果通風(fēng)不良，器件的溫度將會(huì)升高，有時(shí)即使變頻器并沒(méi)有跳閘，但器件的使用壽命已經(jīng)下降。所以，應(yīng)注意冷卻風(fēng)扇的運(yùn)行狀況是否正常，經(jīng)常清拭濾網(wǎng)和散熱器的風(fēng)道，以保證變頻器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 例：AC200S是矢量控制晶體管正弦波PWM的主軸驅(qū)動(dòng)裝置，有帶冷卻風(fēng)扇和電容器的機(jī)架、主軸驅(qū)動(dòng)裝置、電源和再生電路及裝配有編碼器的主軸電動(dòng)機(jī)組成。當(dāng)出現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)的故障時(shí)，可逐個(gè)檢查各裝置是否正常。5.3.2 變頻器接線圖以國(guó)外某系列變頻器為例，介紹接線如圖5-4。圖5-4：某系列變頻器接口接線圖5.3.3 變頻器調(diào)速原理與特性1. 變頻調(diào)速公式： 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(shí)，能保持過(guò)載能力不變（理論上）。 從上式中可知：當(dāng)f1減小時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩Tm不變，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst增大，臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)速降不變，因此，機(jī)械特性隨頻率的降低而向下平移，如圖5-5中虛線所示。 實(shí)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(dāng)f1很低時(shí)，Tm減小很多，如圖5-5中實(shí)線所示。3. 恒功率變頻調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率從f1N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 =U1N ，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(jī)械如圖5-6所示，這近似為恒功率調(diào)速，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況。4. 變頻調(diào)速時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的特性曲線圖5-7為異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性示意圖。圖4為變頻調(diào)速時(shí)功率、轉(zhuǎn)矩變化特性。5.3.4 主軸通用變頻器常見(jiàn)報(bào)警及故障處理1. 通用變頻器常見(jiàn)報(bào)警及保護(hù)。為了保證驅(qū)動(dòng)器的安全，可靠的運(yùn)行，在主軸伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障和異常等情況時(shí)，設(shè)置了較多的保護(hù)功能，這些保護(hù)功能與主軸驅(qū)動(dòng)器的故障檢測(cè)與維修密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)保護(hù)功能的情況，分析故障原因。（1） 接地保護(hù) 在伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出線路以及主軸內(nèi)部等出現(xiàn)對(duì)地短路時(shí)，可以通過(guò)快速熔斷器間切斷電源，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行保護(hù)。（2） 過(guò)載保護(hù) 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器、負(fù)載超過(guò)額定值時(shí)，安裝在內(nèi)部的熱開(kāi)關(guān)或主回路的熱繼電器將動(dòng)作，對(duì)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。（3） 速度偏差過(guò)大報(bào)警當(dāng)主軸的速度由于某種原因，偏離了指令速度且達(dá)到一定的誤差后，將產(chǎn)生報(bào)警，并進(jìn)行保護(hù)。（4） 瞬時(shí)過(guò)電流報(bào)警 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器中由于內(nèi)部短路、輸出短路等原因產(chǎn)生異常的大電流時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。（5） 速度檢測(cè)回路斷線或短路報(bào)警當(dāng)測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)信號(hào)斷線或短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將產(chǎn)生報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。（6） 速度超過(guò)報(bào)警 當(dāng)檢測(cè)出的主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)額定值的115%是，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。（7） 勵(lì)磁監(jiān)控 如果主軸勵(lì)磁電流過(guò)低或無(wú)勵(lì)磁電流，為防止飛車(chē)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出故障并進(jìn)行保護(hù)。（8） 短路保護(hù) 當(dāng)主回路發(fā)生短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)相應(yīng)的快速熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)。（9） 相序報(bào)警 當(dāng)三相輸入電源相序不正確或缺相狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警。驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)保護(hù)性的故障時(shí)（也叫報(bào)警），首先通過(guò)驅(qū)動(dòng)器自身的指示燈以報(bào)警的形式反映出內(nèi)容，具體說(shuō)明見(jiàn)表5-24。報(bào)警名稱報(bào)警時(shí)的LED顯示動(dòng)作內(nèi)容對(duì)地短路對(duì)地短路故障檢測(cè)到變頻器輸出電路對(duì)地短路時(shí)動(dòng)作（一般為30kW）。而對(duì)22kW變頻器發(fā)生對(duì)地短路時(shí)，作為過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。此功能只是保護(hù)變頻器。為保護(hù)人身和防止火警事故等應(yīng)采用另外的漏電保護(hù)繼電器或漏電短路器等進(jìn)行保護(hù)。過(guò)電壓加速時(shí)過(guò)電壓由于再生電流增加，使主電路直流電壓達(dá)到過(guò)電壓檢出值（有些變頻器為800VDC）時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。（但是：如果由變頻器輸入側(cè)錯(cuò)誤地輸入控制電路電壓值時(shí)，將不能顯示此報(bào)警）減速時(shí)過(guò)電流恒速時(shí)過(guò)電流欠電壓欠電壓電源電壓降低等使主電路直流電壓低至欠電壓檢出值（有點(diǎn)變頻器為400VDC）以下時(shí)，保護(hù)功能動(dòng)作。注意：當(dāng)電壓低至不能維持變頻器控制電路電壓值時(shí)，將不顯示報(bào)警。電源缺相電源缺相連接的3相輸入電源L1/R、L2/S、L3/T中任何1相缺時(shí)，有點(diǎn)變頻器能在3相電壓不平衡狀態(tài)下運(yùn)行，但可能造成某些器件（如：主電路整流二極管和主濾波電容器損壞），這種情況下，變頻器會(huì)報(bào)警和停止運(yùn)行。過(guò)熱散熱片過(guò)熱如內(nèi)部的冷卻風(fēng)扇發(fā)生故障，散熱片溫度上升，則產(chǎn)生的保護(hù)動(dòng)作變頻器內(nèi)部過(guò)熱如變頻器內(nèi)通風(fēng)散熱不良等，則其內(nèi)部溫度上升，保護(hù)動(dòng)作制動(dòng)電阻過(guò)熱當(dāng)采用制動(dòng)電阻且使用頻度過(guò)高時(shí)，會(huì)使其溫度上升，為防止制動(dòng)電阻燒損（有點(diǎn)會(huì)有“叭”的很大的爆炸聲），保護(hù)動(dòng)作外部報(bào)警外部報(bào)警當(dāng)控制電路端子連接控制單元、制動(dòng)電阻、外部熱繼電器等外部設(shè)備的報(bào)警常閉接點(diǎn)時(shí)，按這些節(jié)點(diǎn)的信號(hào)動(dòng)作。過(guò)載電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)載當(dāng)電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)載過(guò)大使超過(guò)電子熱繼電器的電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，按反時(shí)限性保護(hù)動(dòng)作。變頻器過(guò)負(fù)載此報(bào)警一般為變頻器主電路半導(dǎo)體元件的溫度保護(hù)，按變頻器輸出電流超過(guò)過(guò)載額定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作。通訊錯(cuò)誤RS通信錯(cuò)誤當(dāng)通信時(shí)出錯(cuò)，則保護(hù)動(dòng)作。2. 通用變頻器常見(jiàn)故障及處理常見(jiàn)報(bào)警先下表5-3：表5-3 通用變頻器常見(jiàn)故常與處理故障現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的工作狀況處理方法電動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)變頻器輸出端子U、V、W不能提供電源電源是否已提供給端子運(yùn)行命令是否有效？RS（復(fù)位）功能或自由運(yùn)行停車(chē)功能是否處于開(kāi)啟狀態(tài)負(fù)載過(guò)重電動(dòng)機(jī)負(fù)載是否太重任選遠(yuǎn)程操作器被使用確保其操作設(shè)定正確電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)輸出端子U/T1，V/T2和W/T3的連接是否正確使得電動(dòng)機(jī)的相序與端子連接相對(duì)應(yīng)，通常來(lái)說(shuō)：正轉(zhuǎn)（FWD）UVW，和反轉(zhuǎn)（REV）UWV電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的相序是否與U/T1，V/T2和W/T3相對(duì)應(yīng)控制端子（FW）和（RV）連線是否正確端子(FW）用于正轉(zhuǎn)，（RV）用于反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能到達(dá)如果使用模擬輸入，電流或電壓“O”或“OI”檢查連線檢查電位器或信號(hào)發(fā)生器負(fù)載太重減少負(fù)載重負(fù)載激活了過(guò)載限定（根據(jù)需要不讓此過(guò)載信號(hào)輸出）轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定負(fù)載波動(dòng)過(guò)大增加電動(dòng)機(jī)容量（變頻器及電動(dòng)機(jī)）電源不穩(wěn)定解決電源問(wèn)題該現(xiàn)象只是出現(xiàn)在某一特定頻率下稍微改變輸出頻率，使用調(diào)頻設(shè)定將此有問(wèn)題的頻率跳過(guò)過(guò)流加速中過(guò)流檢查電動(dòng)機(jī)是否短路或局部短路，輸出線絕緣是否良好延長(zhǎng)加速時(shí)間變頻器配置不合理，增大變頻器容量減低轉(zhuǎn)矩提升設(shè)定值恒速中過(guò)流檢查電動(dòng)機(jī)是否短路或局部短路，輸出線絕緣是否良好檢查電動(dòng)機(jī)是否堵轉(zhuǎn)，機(jī)械負(fù)載是否有突變變頻器容量是否太小，增大變頻器容量電網(wǎng)電壓是否有突變減速中或停車(chē)時(shí)過(guò)流輸出連線絕緣是否良好，電動(dòng)機(jī)是否有短路現(xiàn)象延長(zhǎng)減速時(shí)間更換容量較大的變頻器直流制動(dòng)量太大，減少直流制動(dòng)量機(jī)械故障，送廠維修。短路對(duì)地短路檢查電動(dòng)機(jī)連線是否有短路檢查輸出線絕緣是否良好送修過(guò)壓停車(chē)中過(guò)壓1、 延長(zhǎng)減速時(shí)間，或加裝剎車(chē)電阻2、 改善電網(wǎng)電壓，檢查是否有突變電壓產(chǎn)生加速中過(guò)壓恒速中過(guò)壓減速中過(guò)壓低壓檢查輸入電壓是否正常檢查負(fù)載是否突然有突變是否缺相變頻器過(guò)熱檢查風(fēng)扇是否堵轉(zhuǎn)，散熱片是否有異物環(huán)境溫度是否正常通風(fēng)空間是否足夠，空氣是否能對(duì)流變頻器過(guò)載連續(xù)超負(fù)載150一分鐘以上檢查變頻器容量是否配小，否則加大容量檢查機(jī)械負(fù)載是否有卡死現(xiàn)象V/F曲線設(shè)定不良，重新設(shè)定電動(dòng)機(jī)過(guò)載連續(xù)超負(fù)載150一分鐘以上機(jī)械負(fù)載是否有突變電動(dòng)機(jī)配用太小電動(dòng)機(jī)發(fā)熱絕緣變差電壓是否波動(dòng)較大是否存在缺相機(jī)械負(fù)載增大電動(dòng)機(jī)過(guò)轉(zhuǎn)矩機(jī)械負(fù)載是否有波動(dòng)電動(dòng)機(jī)配置是否偏小關(guān)于上表的情況說(shuō)明： 電源電壓過(guò)高。變頻器一般允許電源電壓向上波動(dòng)的范圍是+10%，超過(guò)此范圍時(shí)，就進(jìn)行保護(hù)。 降速過(guò)快。如果將減速時(shí)間設(shè)定的太短，在再生制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)電阻來(lái)不及將能量放掉，只是直流回路賂電壓過(guò)高，形成高電壓 電源電壓低于額定值電壓10%； 過(guò)電流可分為： 非短路性過(guò)電流：可能發(fā)生在嚴(yán)重過(guò)載或加速過(guò)快。 短路性過(guò)電流：可能發(fā)生在負(fù)載側(cè)短路或負(fù)載側(cè)接地。另外，如果變頻器逆變橋同一橋臂的上下兩晶體管同時(shí)導(dǎo)通，形成“直通”。因?yàn)樽冾l器在運(yùn)行時(shí)，同一橋臂的上下兩晶體管總是處于交替導(dǎo)通狀態(tài)，在交替導(dǎo)通的過(guò)程中，必須保證只有在一個(gè)晶體管完全截止后，另一個(gè)晶體管才開(kāi)始導(dǎo)通。如果由于某種原因，如環(huán)境溫度過(guò)高等，使之器件參數(shù)發(fā)生飄移，就可能導(dǎo)致直通。3. 通用變頻器故障維修實(shí)例例1：變頻器出現(xiàn)過(guò)電壓報(bào)警的維修故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，主軸驅(qū)動(dòng)采用三菱公司的E540變頻器，在加工過(guò)程中，變頻器出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警。分析與處理過(guò)程：仔細(xì)觀察機(jī)床故障產(chǎn)生的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)故障總是在主軸啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)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(shí)間設(shè)定有關(guān)。當(dāng)加/減速時(shí)間設(shè)定不當(dāng)時(shí)，如主起/制動(dòng)頻繁或時(shí)間設(shè)定太短，變頻器的加/減速無(wú)法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，則通常容易產(chǎn)生過(guò)電壓報(bào)警。修改變頻器參數(shù)，適當(dāng)增加加/減速時(shí)間后，故障消除。例2：安川變頻主軸在換刀時(shí)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(chē)床，開(kāi)機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)床進(jìn)行換刀動(dòng)作時(shí)，主軸也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。分析與處理過(guò)程：由于該機(jī)床采用的是安川變頻器控制主軸，主軸轉(zhuǎn)速是通過(guò)系統(tǒng)輸出的模擬電壓控制的。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，安川變頻器對(duì)輸入信號(hào)的干擾比較敏感，因此初步確認(rèn)故障原因與線路有關(guān)。為了確認(rèn)，再次檢查了機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)器、刀架控制的原理圖與實(shí)際接線，可以判定在線路連接、控制上兩者相互獨(dú)立，不存在相互影響。進(jìn)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(duì)屏蔽線進(jìn)行重新連接后，故障消失。5.4 交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障及排除5.4.1 交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)施控制，有速度開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制方式。也有采用永磁同步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)速度環(huán)的矢量控制，具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，但其恒功率調(diào)速范圍較小。與交流伺服驅(qū)動(dòng)一樣，交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也有模擬式和數(shù)字式兩種型式，交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)： 由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須采用微處理器和現(xiàn)代控制理論進(jìn)行控制，因此其運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)和噪聲小。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般都具有再生制動(dòng)功能，在制動(dòng)時(shí)，即可將能量反饋回電網(wǎng)，起到節(jié)能的效果，又可以加快起制動(dòng)速度。 特別是對(duì)于全數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)器可直接使用CNC的數(shù)字量輸出信號(hào)進(jìn)行控制，不要經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)速控制精度得到了提高。 與數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)一樣，在數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，還可采用參數(shù)設(shè)定方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)調(diào)整與動(dòng)態(tài)優(yōu)化，系統(tǒng)設(shè)定靈活、調(diào)整準(zhǔn)確。 由于交流主軸無(wú)換向器，主軸通常不需要進(jìn)行維修。 主軸轉(zhuǎn)速的提高不受換向器的限制，最高轉(zhuǎn)速通常比直流主軸更高，可達(dá)到數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)。5.4.2 交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按信號(hào)形式又可分為交流模擬型主軸驅(qū)動(dòng)單元和交流數(shù)字型主軸驅(qū)動(dòng)單元。交流主軸驅(qū)動(dòng)除了有直流主軸驅(qū)動(dòng)同樣的過(guò)熱、過(guò)載、轉(zhuǎn)速不正常報(bào)警或故障外，還有另外的故障條目，總結(jié)如下。1. 主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)，且無(wú)任何報(bào)警顯示。產(chǎn)生此故障的可能原因及排除方法見(jiàn)表5-10。表5-10：主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)，且無(wú)任何報(bào)警顯示的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施機(jī)械負(fù)載過(guò)大盡量減輕機(jī)械負(fù)載主軸與電動(dòng)機(jī)連接皮帶過(guò)松在停機(jī)的狀態(tài)下，查看皮帶的松緊程度調(diào)整皮帶主軸中的拉桿未拉緊夾持刀具的拉釘(在車(chē)床上就是卡盤(pán)未夾緊工件)有的機(jī)床會(huì)設(shè)置敏感元件的反饋信號(hào)，檢查次反饋信號(hào)是否到位重新裝夾好刀具或工件系統(tǒng)處在急停狀態(tài)檢查主軸單元的主交流接觸器是否吸合更具實(shí)際情況下，松開(kāi)急停；機(jī)械準(zhǔn)備好信號(hào)斷路排查機(jī)械準(zhǔn)好信號(hào)電路主軸動(dòng)力線斷線用萬(wàn)用表測(cè)量動(dòng)力線電壓確保電源輸入正常電源缺相正反轉(zhuǎn)信號(hào)同時(shí)輸入利用PLC監(jiān)查功能查看相應(yīng)信號(hào)無(wú)正反轉(zhuǎn)信號(hào)通過(guò)PLC監(jiān)視畫(huà)面，觀察正反轉(zhuǎn)指示信號(hào)是否發(fā)出一般為數(shù)控裝置的輸出有問(wèn)題，排查系統(tǒng)的主軸信號(hào)輸出端子沒(méi)有速度控制信號(hào)輸出測(cè)量輸出的信號(hào)是否正常使能信號(hào)沒(méi)有接通通過(guò)CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機(jī)床PLC梯形圖（或流程圖），以確定主軸的啟動(dòng)條件，如潤(rùn)滑、冷卻等是否滿足；檢查外部啟動(dòng)的條件是否符合主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障有條件的話，利用交換法，確定是否有故障更換主軸驅(qū)動(dòng)裝置主軸電動(dòng)機(jī)故障更換電動(dòng)機(jī)2. 主軸速度指令無(wú)效，轉(zhuǎn)速僅有12r/min?？赡艿脑蛞?jiàn)表5-11。表5-11: 主軸速度指令無(wú)效，轉(zhuǎn)速僅有12r/min的故障總數(shù)可能原因檢查步驟排除措施動(dòng)力線接線錯(cuò)誤檢查主軸伺服與電動(dòng)機(jī)之間的UVW連線確保連線對(duì)應(yīng)CNC模擬量輸出（D/A）轉(zhuǎn)換電路故障用交換法判斷是否有故障更換相應(yīng)電路板CNC速度輸出模擬量與驅(qū)動(dòng)器連接不良或斷線測(cè)量相應(yīng)信號(hào)，是否有輸出且是否正常更換指令發(fā)送口或更換數(shù)控裝置主軸驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定不當(dāng)查看驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，是否正常依照說(shuō)明書(shū)，正確設(shè)置參數(shù)反饋線連接不正常查看反饋連線確保反饋連線正常反饋信號(hào)不正常檢查反饋信號(hào)的波形調(diào)整波形至正確或更換編碼器3. 速度偏差過(guò)大，指的是主軸電機(jī)的實(shí)際速度與指令速度的誤差值超過(guò)允許值，一般是啟動(dòng)時(shí)電機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)或速度上不去。引起此故障的原因見(jiàn)表5-12。表5-12：速度偏差過(guò)大報(bào)警綜述可能原因檢查步驟排除措施反饋連線不良不啟動(dòng)主軸，用手盤(pán)動(dòng)主軸使主軸電動(dòng)機(jī)以較快速度轉(zhuǎn)起來(lái)，估計(jì)電機(jī)的實(shí)際速度，監(jiān)視反饋的實(shí)際轉(zhuǎn)速確保反饋連線正確反饋裝置故障更換反饋裝置動(dòng)力線連接不正常用萬(wàn)用表或兆歐表檢查電動(dòng)機(jī)或動(dòng)力線是否正常（包括相序不正常）確保動(dòng)力線連接正常動(dòng)力電壓不正常確保動(dòng)力線電壓正常機(jī)床切削負(fù)荷太重，切削條件惡劣重新考慮負(fù)載條件，減輕負(fù)載，調(diào)整切削參數(shù)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良改善機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)條件制動(dòng)器未松開(kāi)查明制動(dòng)器為松開(kāi)的原因確保制動(dòng)電路正常驅(qū)動(dòng)器故障利用交換法，判斷是否有故障更換出錯(cuò)單元電流調(diào)節(jié)器控制板故障電動(dòng)機(jī)故障4. 過(guò)載報(bào)警。 削用量過(guò)大，頻繁正、反轉(zhuǎn)等均可引起過(guò)載報(bào)警。具體表現(xiàn)為主軸過(guò)熱、主軸驅(qū)動(dòng)裝置顯示過(guò)電流報(bào)警等造成此故障的可能原因見(jiàn)表5-13。表5-13：過(guò)載報(bào)警綜述出現(xiàn)故障時(shí)間可能原因檢查步驟排除措施長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)機(jī)后再出現(xiàn)此故障負(fù)載太大檢查機(jī)械負(fù)載調(diào)整切削參數(shù)，干山切削條件，減輕負(fù)載頻繁正、反轉(zhuǎn)減少頻繁正、翻轉(zhuǎn)次數(shù)開(kāi)機(jī)后即出現(xiàn)此報(bào)警熱控開(kāi)關(guān)壞了用萬(wàn)用表測(cè)量相應(yīng)管腳更換熱控開(kāi)關(guān)控制板有故障用交換法判斷是否有故障如有故障，更換控制板5. 主軸振動(dòng)或噪聲過(guò)大，首先要區(qū)別異常噪聲及振動(dòng)發(fā)生在主軸機(jī)械部分還是在電氣驅(qū)動(dòng)部分。 檢查方法： 若在減速過(guò)程中發(fā)生，一般是由驅(qū)動(dòng)裝置造成的，如交流驅(qū)動(dòng)中的再生回路故障； 若在恒轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生，可通過(guò)觀察主軸由停車(chē)過(guò)程中是否有噪聲和振動(dòng)來(lái)區(qū)別，如存在，則主軸機(jī)械部分有問(wèn)題； 檢查振動(dòng)周期是否與轉(zhuǎn)速有關(guān)，如無(wú)關(guān)，一般是主軸驅(qū)動(dòng)裝置未調(diào)整好；如有關(guān)系，應(yīng)檢查主軸機(jī)械部分是否良好，測(cè)速裝置是否不良。造成這類(lèi)故障的原因見(jiàn)表5-14。表5-14：主軸振動(dòng)或噪聲過(guò)大的故障綜述故障部位可能原因檢查步驟排除措施電氣部分故障系統(tǒng)電源缺相、相序不正確或電壓不正常測(cè)