FANUC主軸驅(qū)動系統(tǒng)的故障診斷與維修

1、7.2 FANUC主軸驅(qū)動系統(tǒng)的故障診斷與維修FANUC公司生產(chǎn)的主軸驅(qū)動系統(tǒng)，主要可以分為直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)與交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)兩大類。 直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)通常用于20世紀80年代以前的數(shù)控機床上，多與FANUC 5、6、7系統(tǒng)配套使用。此類機床由于其使用時間己較長，一般都到了故障多發(fā)期，但由于當時數(shù)控機床的價格通常都比較昂貴，在用戶中屬于大型、精密、關鍵設備，保養(yǎng)、維護通常都較好，因此在企業(yè)中繼續(xù)使用的情況比較普遍，維修過程中遇到的也較多。 在交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)方面，F(xiàn)ANUC公司作為全世界最早開發(fā)交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的廠家之一，自1980年成功開發(fā)交流主軸系統(tǒng)以來，已經(jīng)生產(chǎn)了多個系列的交流主軸驅(qū)動系

2、統(tǒng)產(chǎn)品。作為數(shù)控機床維修中的常見產(chǎn)品，主要有以下幾種： 1)A06B10*(AC Model 1-40)系列交流主軸電動機與A06B-6044系列交流主軸驅(qū)動器配套組成的模擬式交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)系列產(chǎn)品。該系列主軸驅(qū)動系統(tǒng)為FANUC公司80年代初期的常用產(chǎn)品，主要配套的系統(tǒng)有FANUCll、FANUC0、FANUC 6等。該系列產(chǎn)品驅(qū)動器主回路采用PWM控制、大功率晶體管驅(qū)動的型式，輸出功率范圍為1.537kW。驅(qū)動器采用了微處理器數(shù)字控制技術，帶有速度、方向、起?？刂菩盘柦涌谂cD/A轉換器、實際轉速/轉矩信號輸出、電氣主軸定向準停(附加功能)等功能。驅(qū)動器具有良好的響應特性，在整個速度范圍內(nèi)

3、工作平穩(wěn)、振動和噪聲較小，其中5.5kW以上的驅(qū)動器采用了回饋制動技術，可有效節(jié)能。 主軸電動機全封閉的結構型式，硅鋼片直接空氣冷卻，結構緊湊，可以在浮塵、切削液飛濺的場合安全、可靠地工作。2)A06B-10“(ACModell-40)系列交流主軸電動機與A06-6055系列數(shù)字式交流主軸驅(qū)動器配套組成的數(shù)字式交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品所使用的主軸電動機與模擬式交流主軸系統(tǒng)相同，但驅(qū)動器為數(shù)字式。驅(qū)動系統(tǒng)在攻螺紋、定位剛性、快速性與操作性能上有了較大的改進，其余性能與模擬式交流主軸系統(tǒng)相似。 3)A06B-07*系列交流主軸電動機與A06-6059系列數(shù)字式交流主軸驅(qū)動器配套組成的交

4、流主軸驅(qū)動系統(tǒng)系列產(chǎn)品。該系列主軸驅(qū)動系統(tǒng)為FANUC公司20世紀80年代中期開發(fā)的交流主軸改進型產(chǎn)品，主要配套的系統(tǒng)有FANUCll、FANUC0、FANUCl5等。該系列產(chǎn)品可分為S系列(標準型)、P系列(廣域恒功率調(diào)速)、H系列(高速潤滑脂)、VH系列(高速油霧潤滑)、HV系列(高電壓輸入)等幾個系列。產(chǎn)品一般與A06-6059系列數(shù)字式交流主軸驅(qū)動器配套使用，其中，S系列為常用產(chǎn)品，在數(shù)控機床上使用最廣。該系列產(chǎn)品主電動機采用了電磁心定子直冷的冷卻型式，與早期的主軸驅(qū)動系統(tǒng)相比，提高了輸出功率與轉速，減小了系統(tǒng)的體積與重量；驅(qū)動器采用了更先進的控制技術和電子元器件，進一步提高了系統(tǒng)的性

5、能。驅(qū)動系統(tǒng)功能強、可靠性好，在數(shù)控機床上得到了廣泛應用，是數(shù)控機床維修過程中常見的主軸驅(qū)動系統(tǒng)之一。 4)FANUC /ai系列主軸驅(qū)動系統(tǒng)，它是FANUC公司的最新產(chǎn)品，其中i系列主軸驅(qū)動系統(tǒng)為本世紀初開發(fā)的最新數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)系列產(chǎn)品，是系列的改進型。 /i系列產(chǎn)品共有標準型/i系列、廣域恒功率輸出型P/Pi系列、經(jīng)濟型C/Ci系列、中空型(T/Ti系列、強制冷卻型L/Li系列、高電壓輸入型(HV)/(HV)i系列、高電壓輸入廣域恒功率輸出型P(HV)/P(HV)i系列、高電壓輸入中空型T(HV)/T(HV)i系列、高電壓輸入強制冷卻型L(HV)/L(HV)i系列等產(chǎn)品。其中Li系列

6、最高輸出轉速為20000r/min、(HV)i系列最大額定輸出功率可達l00kW，可滿足絕大多數(shù)數(shù)控機床的主軸要求。該系列產(chǎn)品的主要特點如下： 通過繞組轉換功能，進一步增加了高速輸出范圍，縮短了加/減速時間，對于Pi系列，其恒功率輸出范圍比系列擴大了1.5倍。 采用了最新的定子直接冷卻方式，進一步減小了電動機外型尺寸，提高了輸出功率和轉矩。 通過精密的鋁合金轉子和嚴格的動平衡，使電動機在高速時振動級達到了V3級。 可以選擇不同的排風方向，盡可能減小機床熱變形，同時通過最優(yōu)的冷卻通道設計，進一步改善了冷卻性能。 根據(jù)不同的使用要求，主電動機可以選用兩種不同類型的內(nèi)裝式位置/速度測量裝置。即：具有

7、A/B兩相輸出的Mi型編碼器與具有A/B兩相輸出及零脈沖輸出的Mzi型編碼器，以滿足不同用戶的使用要求。 i系列產(chǎn)品與系列相比，其主要性能在以下兩個方面作了改進： 通過使用高速繞組，提高了高速區(qū)的輸出功率，解決了系列在高速區(qū)域(8000-12000r/min)輸出功率下降的問題。 廣域恒功率輸出型(Pi系列)的電動機額定轉速由750r/min降至為500r/min，使恒功率調(diào)速范圍擴大了1.5倍(從1:10.6提高到1:16)。 FANUC /i系列數(shù)字式主軸驅(qū)動系統(tǒng)(驅(qū)動器型號為A06-6078/6072系列)一般與FANUC 0C、FANUC l5、FANUC l6/18/20等系列數(shù)控系

8、統(tǒng)配套使用。 7.2.1 FANUC直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的故障診斷與維修 1.FANUC直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的保護功能 為了保證驅(qū)動器的安全、可靠運行，F(xiàn)ANUC直流主軸伺服系統(tǒng)在出現(xiàn)故障和異常等情況時，設置了較多的保護功能，這些保護功能與直流主軸驅(qū)動器的故障檢測與維修密切相關。當驅(qū)動器出現(xiàn)故障時，可以根據(jù)保護功能的情況，分析故障原因。 (1)接地保護 在伺服單元的輸出線路以及主軸電動機內(nèi)部等出現(xiàn)對地短路時，可以通過快速熔斷器瞬間切斷電源，對驅(qū)動器進行保護。 (2)過載保護 當驅(qū)動器、電動機負載超過額定值時，安裝在電動機內(nèi)部的熱開關或主回路的熱繼電器將動作，對電動機進行過載保護。 (3)速度偏差過大報

9、警 當主軸電動機的速度由于某種原因，偏離了指令速度且達到一定的誤差后，將產(chǎn)生警報，并進行保護。 (4)瞬時過電流報警 當驅(qū)動器中由于內(nèi)部短路、輸出短路等原因產(chǎn)生異常的大電流時，驅(qū)動器將發(fā)出報警并進行保護。 (5)速度檢測回路斷線或短路報警 當測速發(fā)電機出現(xiàn)信號斷線或短路時，驅(qū)動器將產(chǎn)生報警并進行保護。 (6)速度超過報警 當檢測出的主軸電動機轉速超過額定值的115時，驅(qū)動器將發(fā)出報警并進行保護。 (7)勵磁監(jiān)控 如果主軸電動機勵磁電流過低或無勵磁電流，為防止飛車，驅(qū)動器將發(fā)出報警并進行保護。 (8)短路保護 當主回路發(fā)生短路時，驅(qū)動器可以通過相應的快速熔斷器進行短路保護。 (9)相序報警 當三

10、相輸入電源相序不正確或缺相狀態(tài)時，驅(qū)動器將發(fā)出報警。 2.FANUC直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)使用注意點 (1)安裝注意事項 FANUC直流主軸伺服系統(tǒng)對安裝有較高的要求，這些要求是保證驅(qū)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(qū)動器的電柜必須密封。為了防止電柜內(nèi)溫度過高，電柜設計時應將溫升控制在15C以下。電柜的外部空氣引入口，應設置過濾器，并防止從排氣口侵入塵?；驘熿F：電纜出入口、柜門等部分應進行密封，冷卻電扇不要直接吹向驅(qū)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。 2)電動機維修完成后，進行重新安裝時，要遵循下列原則： 電動機安裝面要平，且有足夠

11、的剛性。 電刷應定期維修及更換，安裝位置應盡可能使其檢修容易。 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。 電動機應安裝在灰塵少、濕度不高的場所，環(huán)境溫度應在40C以下。 電動機應安裝在切削液和油不能直接濺到的位置上。 (2)使用檢查 在對主軸驅(qū)動系統(tǒng)進行維修前，應進行如下驅(qū)動系統(tǒng)工作前的檢查： 檢查伺服單元和電動機的信號線、動力線等的連接是否正確、牢固，絕緣是否良好。 驅(qū)動器、電柜和電動機是否可靠接地。 電動機電刷的安裝是否牢靠，電動機安裝螺栓是否完全擰緊。在維修完成、動作正常后，還應對主軸驅(qū)動系統(tǒng)進行工作時的檢查： 檢查速度指令與電動機轉速是否一致，負載指示是否正

12、常。 電動機是否有異常聲音和異常振動。 軸承溫度是否急劇上升等不正常現(xiàn)象。 電刷上是否有顯著的火花發(fā)生痕跡。對于工作正常的主軸驅(qū)動系統(tǒng)，應進行如下日常維護： 電柜的空氣過濾器每月應清掃一次。 電柜及驅(qū)動器的冷卻風扇應定期檢查。 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(tài)、軸承溫度、外表溫度和異常臭味。 建議使用單位維護人員，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(fā)電機、軸承、熱管冷卻部分、絕緣電阻進行檢測。 3FANUC直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的故障診斷 (1)主軸電動機不轉 引起主軸不轉的原因主要有： 印制電路板不良或表面太臟。 觸發(fā)脈沖

13、電路故障，晶閘管無觸發(fā)脈沖產(chǎn)生。 主軸電動機動力線斷線或電動機與主軸驅(qū)動器連接不良。 機械聯(lián)接脫落，如高/氐檔齒輪切換用的離合器嚙合不良。 機床負載太大。 控制信號未滿足主軸旋轉的條件，如轉向信號、速度給定電壓未輸入。 (2)電動機轉速異?；蜣D速不穩(wěn)定 引起電動機轉速異?；蜣D速不穩(wěn)定的原因有： D/A轉換器故障。 測速發(fā)電動斷線或測速機不良。 速度指令電壓不良。 電動機不良，如：勵磁喪失等。 電動機負荷過重。 驅(qū)動器不良。 (3)主軸電動機振動或噪聲太大引起主軸電動機振動或噪聲太大故障的原因有： 電源缺相或電源電壓不正常。 驅(qū)動器上的電源開關設定錯誤(如：50/60Hz切換開關設定錯誤等 驅(qū)動

14、器上的增益調(diào)整電路或顫動調(diào)整電路的調(diào)整不當。 電流反饋回路調(diào)整不當。 三相電源相序不正確。 電動機軸承存在故障。 主軸齒輪嚙合不良或主軸負載太大。 (4)發(fā)生過流報警 引起過流報警可能的原因有： 驅(qū)動器電流極限設定錯誤。 觸發(fā)電路的同步觸發(fā)脈沖不正確。 主軸電動機的電樞線圈內(nèi)部存在局部短路。 驅(qū)動器的+15V控制電源存在故障。 (5)速度偏差過大 引起速度偏差的原因有： 機床切削負荷太重。 速度調(diào)節(jié)器或測速反饋回路的設定調(diào)節(jié)不當。 主軸負載過大、機械傳動系統(tǒng)不良或制動器未松開。 電流調(diào)節(jié)器或電流反饋回路的設定調(diào)節(jié)不當。 (6)熔斷器熔絲熔斷 引起熔斷器熔絲熔斷的原因主要有： 驅(qū)動器控制印制電路

15、板不良(此時，通常驅(qū)動器的報警指示燈LEDl亮)。 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。 測速發(fā)電機不良(此時，通常驅(qū)動器的報警指示燈LEDl亮)。 輸入電源相序不正確(此時，通常驅(qū)動器的報警指示燈LED3亮)。 輸入電源存在缺相。 (7)熱繼電器保護 這時驅(qū)動器的LED4燈亮，表示電動機存在過載。 (8)電動機過熱 這時驅(qū)動器的LED4燈亮，表示電動機連續(xù)過載，導致電動機溫升超過。 (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(wǎng)電壓干擾弓起的。 (10)運轉停止 這時驅(qū)動器的LED5燈亮，可能的原因有電源電壓太低、控制電源存在故障等。

16、(11)LED2燈亮 驅(qū)動器的LED2燈亮，表示主電動機勵磁喪失，可能的原因是勵磁斷線、勵磁回路不良等。 (12)速度達不到最高轉速 引起電動機速度達不到最高轉速的原因主要有： 電動機勵磁電流調(diào)整過大。 勵磁控制回路存在不良。 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。 (13)主軸在加/減速時工作不正常 造成此故障的原因主要有以下幾種： 電動機加/減速電流極限設定、調(diào)整不當。 電流反饋回路設定、調(diào)整不當。 加/減速回路時間常數(shù)設定不當或電動機/負載間的慣量不匹配。 機械傳動系統(tǒng)不良。 (14)電動機電刷磨損嚴重或電刷面上有劃痕造成電動機電刷磨損嚴重或電刷面上有劃痕的原因有： 主

17、軸電動機連續(xù)長時間過載工作。 主軸電動機換向器表面太臟或有傷痕。 電刷上有切削液進入。 驅(qū)動器控制回路的設定、調(diào)整不當。 4FANUC直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)整與測試 在FANUC直流主軸驅(qū)動裝置上，設有調(diào)整電位器與測試端，供驅(qū)動器性能調(diào)整與維修檢測時使用。對于FANUC常用的直流主軸驅(qū)動(A208各調(diào)整電位器以及測試端的含義見表7-1及表7-2。表7-1 FANUC直流主軸驅(qū)動器調(diào)整電位器一覽表 代 號 作 用 調(diào)整值 備 注RVl速度指令電壓增益4.55.5刻度最高轉速時為10VRV2速度給定偏移調(diào)節(jié)5刻度0轉速時為05mVRV3實際速度調(diào)整使實際轉速與給定一致R

18、V4齒輪換檔速度1刻度對應轉速時為0.3VRV6負載表調(diào)節(jié)額定負載時，輸出5VRV7速度環(huán)偏移調(diào)節(jié)56.5刻度0轉速時，電動機不轉RV8速度環(huán)增益調(diào)節(jié)57刻度全部范圍，電動機不振蕩RV9轉矩限制決定于機床要求RVl0電流檢測偏移58刻度RVll電流極限設定決定于電動機RVl2電流相位補償36刻度決定于電動機RVl3電流增益5刻度RVl4a、b、c電流相位補償50Hz/lms，60Hz/1.2msRVl5a、b、c同步脈沖平衡4.56.5刻度在0.1ms內(nèi)振蕩RVl6電樞電壓79.5刻度 最高轉速時輸出DC220VRVl7勵磁電流調(diào)節(jié)7.59.5刻度1000r/min時為6.8ARVl8輸出限制10刻度6.2V(標準)RVl9電樞電壓限制AC2