数控车床毕业论文范文.doc

本科生毕业设计（论文）（ 2012 届 ） 学 生 姓 名 董 思 院 （系） 三峡大学独立本科段 专 业 机电一体化 学 号 053009211415 导 师 黄国祥(副教授) 设计（论文）题目 数控车床主轴及驱动 故障与维修 目录摘要3绪论51 主轴驱动系统61.1 数控车床主轴驱动系统61.2 直流主轴驱动系统71.3 直流主轴控制系统常见的故障71.4 维修实例91.5 直流主轴驱动系统使用注意点102 主轴通用变频器112.1 变频器连接图112.2 变频调速原理132.3 主轴通用变频器常见报警及故障处理152.4 注意事项172.5 维修实例173 交流伺服主轴驱动系统193.1 交流伺服主轴驱动系统193.2 相关参数设置203.3 主轴伺服系统故障诊断20结论25致谢26参考文献27数控车床主轴及驱动故障与维修摘要:目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，根据设计的实际需要，对数控车床主轴开展研究，以用实际工程的有关理论和实现原理进行阐述，并进行了主轴箱及液压卡盘的三维设计及优化设计，和主轴驱动系统的优化设计。研究过程中主要分为静态分析和优化设计两个阶段，静态分析，得知主轴箱的静态应变力，并对主轴箱体和主轴的结构及驱动系统的传动结构进行了优化设计。数控车床的主轴控制系统，它是利用数字化的信息脉冲对机床运动及工作过程进行控制的一种方法。这种方法用于组合机床及其生产线上的专用机床数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（CNC）机床。要实现对机床的控制，需要用以数字信号描述的主轴、刀具运动的几何信息，使主轴、刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的加工工艺参数。而今，在机械加工工厂里，有许多数控车床，这些数控车床会出现许多主轴的工作故障，主轴又是数控机床加工工作的直接执行者，因此整个数控系统的硬件与软件设备都是为主轴的正常精确工作而存在的，所以任何一个硬件或软件发生故障都会直接或间接的影响到主轴运动。在数控车床的主轴及驱动故障维修的问题上要对整个数控系统进行严密的检查与分析，从而达到使数控车床主轴故障 的排除。关键字：数控车床 主轴控制故障 主轴维修 主轴驱动CNC lathe spindle and its drive breakdown and repairAbstract:At present the domestic and foreign status , development of CNC lathes and dynamic development direction and the important action on the modern industry of, according to the actual requirement of the design of NC lathe spindle, conducting research, with actual engineering theories and implementation principle is expounded, and the main spindle box and hydraulic chuck of three-dimensional design and optimization design, and the spindle drive system optimization design. The research process is divided into static analysis and optimal design of two stage, static analysis, that the spindle box of static strain, and the spindle box and spindle structure and drive system for driving structure optimized design. NC lathe spindle control system, it is the use of digital information pulse on the machine and the work process control method. This method is used for the combination of machine and production line dedicated CNC technology implementation process control machine tool, or equipment of CNC machine tool called NC ( CNC ) machine tool. In order to realize the control, needed for the digital signal to describe the spindle, tool motion geometry information, allowing the spindle, tool and the relative motion between the workpiece and the use of information technology to describe the machine must have the processing parameters.Now, in the mechanical processing factories, there are a lot of CNC lathes, CNC lathe spindle which there will be a lot of work spindle fault, and CNC machining work the executor, the numerical control system hardware and software equipment are as the main axis of the normal precision work exists, so any hardware or software failure will directly or indirectly affect spindle motor. In the CNC lathe spindle and its drive fault repair problems to the CNC system of strict examination and analysis, so as to make the spindle CNC lathe fault exclusion.Key words: CNC Spindle control fault Spindle repair Spindle drive 绪论数控车床是由许多精密的设备与复杂的结构组成的一种高精密的机器，主轴与伺服驱动是数控车床进行加工工作的直接的联系者，数控车床内部设备是为主轴与驱动而服务的，从而更好的实现数控车床的加工运作，数控车床在进行车削加工是非常精密的，这就要求主轴与伺服驱动系统的精密度要非常高，因而，数控车床主轴与驱动会出现这种或那种的故障直接影响车床加工的正常运行，工作质量也因此会受到很大的影响。为此研究数控车床主轴及驱动故障与维修是十分有必要的，本课题的研究可以降低甚至消除数控车床主轴及驱动故障带来的机床工作质量上的问题。数控车床主轴及驱动故障与维修领域的理论研究、特性测量和新功能数控系统的开发，需要投入高科技专业人才和巨大的资金，它的理论研究花费的时间比较长，从基础理论研究到将其成果转化位标准、转化为测量技术，其过程很是复杂，有少数实力雄厚的大型公司也在进行数控技术的理论研究。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。随着改革开放，国内通过引进了国外的高新技术及自己的努力研究，数控相关技术迅速崛起，华中数控系统已经发展为国内使用较为广泛的数控系统，数控技术的研究也取得了可观的成就。目前中国在数控技术方面远远落后于欧美发达国家，国内的数控技术研究起步较慢，某些高端技术不及欧美发达国家，我们国内要有自己的高端技术就必须自己研究，科学技术就是是第一生产力。1 主轴驱动系统1.1数控车床主轴驱动系统数控系统的稳定性、可靠性是数控机床稳定、可靠运行的重要条件，主轴驱动系统带动工件或刀具做相应的旋转运动，从而能配合进给运动，加工出理想的产品。数控车床的主轴驱动系统分为三种：直流主轴驱动系统、主轴通用变频器控制系统、交流主轴驱动系统。主轴驱动变速目前主要有两种形式：一是主轴电动机齿轮换挡，目的在于降低主轴转速，增大传动比，放大主轴功率以适应切削的需要；二是主轴电动机通过同步齿形带或皮带驱动主轴，该类主轴电动机又称宽域电机或强切削电动机，具有恒功率宽的特点。由于无需机械变速，主轴箱内省却了齿轮和离合器，主轴箱实际上成了主轴支架，简化主传动系统，从而提高了传动链的可靠性。1.1.1数控车床对主轴传动系统的要求1) 调速范围宽 为了保证加工时选用适合的切削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量，特别对于具有自动换刀功能的数控车床，为了适应各种刀具、工序和材料的加工要求，对主轴的调速范围提出了更高的要求，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。2）恒功率范围要宽要求主轴在调速范围内均能提供所需的切削功率，并尽可能在调速范围内提供主轴电机的最大功率。由于主轴机电与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。3）具有四相驱动能力 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。4）具有位置控制能力即进给功能和定向功能，以满足刚性攻丝、螺纹切削以及车削中心的某些加工工艺的需要。5）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。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。应采用精度高的轴承及合理的支撑跨距，以提高主轴的组件的刚性。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，但加工需要专门的刀具和花键磨床。6) 不同类型的主轴系统的特点和使用范围 数控机床加工时，可能由于持续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自振等原因引起冲击力和交变力，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至可能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。1.2 直流主轴驱动系统直流主轴驱动系统与通常的直流调速系统本无质的区别，但因为数控机床高速、高效、高精度的要求，决定了直流主轴驱动系统具有以下特点：1) 调速范围宽。采用直流主轴驱动系统的数控机床通常只设置高、低两级速度的机械变速结构，电动机的转速由驱动器控制，实现无级变速，因此，它必须具有较宽的调速范围。2) 直流主轴电动机通常采用全封闭的结构形式。3) 主轴点空机通常采用特殊的热管冷却系统，此外，为了使电动机发热最小，定子往往采用独特附加磁极，以减小耗损，提高效率。4) 直流主轴驱动器主回路一般采用晶闸管三相全波整流，以实现四象限的运行。5) 主轴控制性能好，主轴伺服系统一般都带有D/A转换器、“使能”信号输入、“准备好”输出、转速、转矩显示输出等信号接口。6) 纯电气主轴定向准停控制功能。数控机床的主轴应具有定向准停控制功能，而且应有电气控制系统自动实现，以进一步缩短定位时间，提高机床效率。 主轴定向准停控制，当采用位置编码器作为位置检测器件时，为了控制主轴位置，主轴与编码器之间必须是1:1传动或将编码器直接安装在主轴轴端。当采用磁性传感器作为位置检测器件时，磁性器件应直接安装在主轴上，而磁性传感头则应固定在主轴箱体上。1.3 直流主轴控制系统常见的故障1.3.1 主轴电机不转造成这类故障的原因有：1) 机床负载太淡。2) 触发脉冲电路故障，晶闸管无触发脉冲产生。3) 机械连接脱落，如高/低档齿轮切换用的力和齿啮合不良。4) 印制线路板面太脏或内部电路接触不良。5) 机床未给出主轴旋转信号、电动机动力电线或主轴控制单位与电动机连线不良。1.3.2 主轴速度不正常或不稳定造成这类故障的原因有：1) D/A变换器故障。2) 驱动器不良。3) 装在主轴尾部的测速发电机故障。4) 速度指令错误。5) 电动机负载过重。6) 速度指令电压不良或错误。7) 电动机不良，如：励磁丧失等。8) 印刷线路太脏或其误差放大器故障。1.3.3 主轴电动机震动或噪声过大造成这类故障的原因有：1) 电流反馈回路调整不当。2) 电动机轴承故障、主轴电动机和主轴之间离合器故障。3) 系统电源或相序不对（缺相、相序不正确或电压不正常）。4) 驱动器上的增益调整电路或颤动调整电路的调整不当。5) 驱动器上的电源开关设定错误（如50/60HZ切换开关设定错误等）。1.3.4 发生过流报警造成这类故障的原因有：1) 主轴电路的同步触发脉冲不正确。2) 主轴电动机的点数线圈内部存在局部短路。3) 驱动器电流极限设定错误。4) 驱动器的控制电源存在故障。1.3.5 速度偏差过大造成这类故障的原因有：1) 主轴负载过大、机械传动系统不良或制动器为松开。2) 机床切削负荷太重。3）电流调节器或电流反馈回路的设定调节不当。4）速度调节器或测速反馈回路的设定调节不当。1.3.6 熔断器熔丝熔断造成这类故障的原因有：1）测速发电机不良。2) 驱动器控制印刷电路板不良3) 输入电源存在缺相。4) 输入电源相序不正确。5) 运转停止。6) 电动机过热。7) 热继电器保护。8) 过电压吸收器烧坏。1.3.7 速度达不到最高转速造成这类故障的原因有：1) 电动机励磁电流调整过大。2) 励磁控制回路存在不良。3) 晶闸管整流部分太脏，造成直流母线电压过低或绝缘性能降低。1.3.8 主轴在加速/减速时工作不正常造成这类故障的原因有：1) 电动机加/减速电流设计先设定、调整不当。2) 电流反馈回路设定、调整不当。3) 机械传动系统不良。1.3.9 电动机电刷磨损严重或电刷面上有划痕其原因可能有：1) 主轴电动机连续长时间过载工作。2) 主轴电动机换向器表面太脏或有伤痕。3) 电刷上有切血液进入。4) 驱动器控制回路的设定、调整不当。1.4 维修实例实例1 故障现象：一台配套FANUC 0T的数控车床，开机后，系统处在“急停”状态，显示“NOTREADY”，操作面板上的主轴报警指示灯亮。分析与处理过程：根据故障现象，检查机床交流主轴驱动器，发现驱动器显示为“A”。根据驱动器的报警显示，由于章情境所述所知，驱动器报警的含义是“驱动器元件出错”，这一报警在驱动器受到外部偶然干扰时较容易出现，解决解决的方法通常是对驱动器进行初始化处理。在本机床按如下步骤进行了参数的初始化操作：1) 切断驱动器电源，将设定端S1置TEST。2) 按通驱动器电源。3) 同时按住MODE、UP、DOWN、DATASET4个键。4) 当显示器由全暗变为“FFFFF”后，松开全部键，并保持1s以上。5) 同时按住MODE、UP键，使参数显示FC-22。6) 按住DATASET键1s以上，显示器显示“GOOD”，标准参数写入完成。 7) 切断驱动器电源，将S1（SH）重新置“DRIVE”。通过以上操作，驱动器恢复正常，报警消失，机床恢复正常工作。实例2 某配套FANUC 0-TD系统的数控车床，在自动加工时，发现机床不执行螺纹加工程序。分析与处理过程：数控车床加工螺纹，其实质是主轴的转角与Z轴进给之间进行的插补。主轴的角度位移是通过主轴编码器进行测量的。在本机床上，由于主轴能正常旋转与变速，分析故障原因主要有以下几种：1) 主轴编码器与主轴驱动器之间的连接不良。2) 主轴编码器故障。3) 主轴驱动器与数控之间的位置反馈信号电缆连接不良。经查主轴编码器与主轴驱动器的连接正常，故可以排除第1项；且通过CRT的显示，可以正常显示主轴转速，因此说明主轴编码器的A、*A、B、*B信号正常；再利用示波器检查Z、*Z信号，可以确认编码器领脉冲输出信号正确。根据检查，可以确定主轴位置检测系统工作正常。根据数控系统的说明书，进一步分析螺纹加工功能与信号的要求，可以知道螺纹加工时，系统进行的是主轴每转进给动作，因此它与主轴的速度到达信号有关。在FANUC 0-TD系统上，主轴的每转进给动作与参数PRM24.2的设计有关，当该位设定为“0”时，Z轴进给时不检测“主轴速度到达”信号；设定为“1”时，Z轴进给时需要检测“主轴速度到达”信号。在本机床上，检查发现该位设定为“1”，因此只有“主轴速度到达”信号为“1”时，才能实现进给。通过系统的诊断功能，检查发现当实际主轴转速显示值与系统的指令值一致时，“主轴速度到达”信号仍然为“0”。进一步检查发现，该信号连接断开；重新连接后，螺纹加工动作恢复正常。1.5 直流主轴驱动系统使用注意点1.5.1 安装注意事项 主轴伺服系统对安装有较高的要求，这些要求是保证驱动器正常工作的前提条件，在维修时必须引起注意。1) 安装驱动器的电柜必须密封。电柜设计时应将温升控制在15以下。电缆出入口、柜门等部分应进行密封，冷却电扇不要直接吹响驱动器，以免粉尘附着。2) 维修过程中，必须保证以上部分的完好，确保机床长期可靠工作。1.5.2 电动机维修完成后，进行重新安装时，要遵循下列原因1) 电动机安装面要平，且有足够的刚性。2）电刷应定期维修及更换，安装位置应尽可能使其检修容易。3) 电动机冷却进风口的进风要充分，安装位置要尽可能使冷却部分的检修容易。4）电动机应安装在灰尘少、湿度不高的场所，环境温度应在40以下。5）电动机应安装在切削液和油不能直接溅到的位置上。1.5.3 使用检查 在对主轴驱动系统进行维修前，应进行如下驱动系统工作的检查：1) 检查速度指令与电动机转速是否一致，负载指示是否正常。2) 电动机是否有异常声音和异常振动。3) 轴承温度是否急剧上升等不正常现象。4) 电刷上是否有显著的火花发生痕迹。1.5.4 对于工作正常的主轴驱动系统，应进行如下日常维护1) 电柜的空气过滤器每月应清扫一次。2) 电柜及驱动器的冷却风扇应定期检查。3) 建议操作人员每天都应注意主轴电动机的旋转速度、异常振动、异常声音、通风状态、轴承温度、外表温度和异常臭味。4) 建议使用单位维护人员，每月应对电刷、换向器进行检查。2 主轴通用变频器随着交流调速技术的发展，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴电动机配变频器控制的方式。随着数控控制的SPWM变频调速系统的发展，数控机床主轴驱动采用通用变频器控制也越来越多。所谓“通用”包含着两方面的含义：一是可以和通用的笼型异步电动机配套应用；二是具有多种可供选择的功能，可应用于各种不同性质的负载。值得注意的是，变频器的冷却方式都采用风扇强迫冷却。如果通风不良，器件的温度将会升高，有时即使变频器并没有跳闸，但器件的使用寿命已经下降。所以，应注意冷却风扇的运行状况是否正常，经常清拭滤网和散热器的风道，以保证变频器的正常运转。2.1 变频器连接图 图1 变频器连接图表1 输入输出故障脚号描述说明P24为逻辑输入提供+24V24V直流，最大电流30mA （禁止与端子L短接）1,2,3,4,5,6,独立的逻辑输入使用p24或相当于L的外部输入L（上端）逻辑输入地输入1-6的电流和（流入）11,12分离逻辑输出闭合状态下最大电流为50mACM2逻辑输出地100mA：11、12的电流和（流入）FMPWM（模拟/数字）输出0 10VDC，1mA，PWM和占空比为50的数字量L(下端)模拟输入地OI、O、H的电流和（流入）OI模拟电流输入范围为4 19.6mA，标称值为20mAO模拟电压流入范围为0 9.6VDC，标称值为10VDC，输入阻抗为10KH+10V模拟基准源标称值为10V，最大电流为10mA表2 继电器故障脚号描述说明AL0通用继电器250VAC,，最大电流2.5A（电阻负载）250VAC,，最大电流0.2A（感性负载， 功率因数为0.4）100VDC，最小电流10mA30VDC，最大电流3A（电阻负载） 30VAC，最大电流0.7A（感性负载，功率因数为0.4）5VDC，最小电流100mAAL1继电器，运行中为常闭AL2继电器，运行中为常开+1,RB直流母线抑制器配件（提供动态制动，抑制干扰等）+ ,-制动电阻L1,L2,L3主电源供电输入主电路强电部分T1,T2,T3电机供电输出2.2 变频调速原理2.2.1 变频调速原理UxEc c为常数（1）当Ux不变，（造成磁路过饱和）I（励磁电流）铁心过热。（2）为了解决（1）问题，当f时Ux，即频率与电压能协调控制，亦即Ux必须与f成比例变化。2.2.2 恒转矩调速恒转矩变频调速系统中，如能保持Ux/f=定值，则f变化时，能保持过载能力不变（理论上）。 注：在基频（fn即额定频率称为基频）一下调速时，保持U1/f1常数调节，即恒转矩调速。当f1减小时，最大转矩Tm不变，启动转矩Tst增大，临界点转速降不变，因此，机械特性随频率的降低而向下平移，如图1中虚线所示。实际上，由于定子电阻r1的存在，随着f1的降低（u1/f1 常数），Tm将减小，当f1很低时，Tm减小很多，如图2中实线所示。图2 实际恒转矩特性曲线2.2.3 恒功率变频调速 在基频以上调速时，频率从 f1N 往上增高，但电压U1却不能增加得比额定电压还大，最大只能保持U1 ，由上述公式可知，这迫使 与f成反比降低，Tm与Tst均随频率f1的增高而减小， 保持不变，机械如图3所示，这近似为恒功率调速，相当于直流电动机弱磁调速的情况。图3 变频调速时的机械特性图4 异步电动机变频器调速特性2.3 主轴通用变频器常见报警及故障处理 为了保证驱动器的安全，可靠的运行，在主轴伺服系统出现故障和异常等情况时，设置了较多的保护功能，这些保护功能与主轴驱动器的故障检测与维修密切相关。当驱动器出现故障时，可以根据保护功能的情况，分析故障原因。变频器（440系列）的主要报警及故障诊断如下表：表3 变频器故障现象故障现象故障原因报警号内 容引起故障可能的原因F0001过电流1)电动机的功率（P0307）与变频器的功率（P0206）不对应，电动机功率大于变频器功 率；2)电动机的导线短路；3)有接地故障。F0002过电压1)供电电源电压过高；2)斜坡下降太快，再生制动引起过电压；3)负载惯量太大，制动时引起过电压。F0003欠电压1)供电电源电压太低；2)供电电源有短路时掉电或瞬时电压跌落。F0004F0005变频器过热1）冷却风机运行不正常；2）环境温度过高；3）变频器过载。F0022功率模块故障1）IGBT短路；2）接地故障。F0030冷却风机故障风机不在工作。F0041电动机参数自动检测失败1）变频器与电动机连接不正确；2）电动机参数不正确，参数值太小或太大。2.3.1 主轴电机不转 主要有以下原因：1）检查CNC系统是否有速度控制信号输出。2）主轴驱动装置故障。3）主轴电动机故障。4）变频器输出端子U、V、W不能提供电源。造成此种情况可能有以下原因：a) 是否有报警错误代码显示，如有报警，对照相关说明书解决（主要有过流、过热、过压、欠压以及功率块故障等）。b) 频率指定源和运行指定源的参数是否设置正确。c) 智能输入端子的输入信号是否正确。2.3.2 电机反转 造成电机反转的原因主要有：1）检查输出端子U/T1，V/T2和W/T3的连接是否正确 ？（使得电机的相序与端子连接相对应，通常来说：正转（FWD）UVW，和反转（REV）UWV ）2）检查电机正反转的相序是否与U/T1，V/T2和W/T3相对应 ？3）检查控制端子（FW）和（RV）连线是否正确 ？（端子(FW）用于正转，（RV）用于反转 ）2.3.3 电机转速不能到达主要原因可能有：1）如果使用模拟输入，是否用电流或电压“O”或“OI”i. 检查连线 ii.检查电位器或信号发生器 2）负载太重 i. 减少负载 ii.重负载激活了过载限定（根据需要不让此过载信号输出）2.3.4 电机过载 （连续超负载150一分钟以上 ）造成电机过载原因有： 1）机械负载是否有突变2）电机配用太大3）电机发热绝缘变差4）电压是否波动较大5）是否存在缺相6）机械负载增大7）供电电压过低2.3.5 变频器过载造成变频器过载原因有：1）检查变频器容量是否配小，否则加大容量。2）检查机械负载是否有卡死现象。3）V/F曲线设定不良，重新设定。2.3.6 主轴转速不稳定主要原因有：1）负载波动是否太大。2）电源是否不稳。3）该现象是否出现在某一特定频率下。此现象可以稍微改变输出频率，使用跳频设定将此有问题的频率跳过。4）外界干扰。2.3.7 主轴转速与变频器输出频率不匹配主要原因有：1）最大频率设定是否正确。2) 验证V/F设定值与主轴电机规格是否相匹配。3）确保所有比例项参数设定正确。2.3.8 主轴与进给不匹配（螺纹加工时）主要原因有：当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时，会出现停止进给、主轴仍继续运转的故障。要执行每转进给的指令，主轴必须有每转一个脉冲的反馈信号，一般情况下为主轴编码器有问题。可以用以下方法来确定：1）CRT画面有报警显示。2）通过PLC状态显示观察编码器的信号状态。3）用每分钟进给指令代替每转进给指令来执行程序，观察故障是否消失。2.4 注意事项1）保持变频器的清洁，不要让灰尘等其它杂质进入。2）特别注意避免断线或连接错误。3）牢固连接接线端和连接器。4) 确保使用具有合适容量的熔断器，漏电断路器，交流接触器，电机连线。5）切断电源后应等待至少5分钟，才能进行维护或检查。6）设备应远离潮湿和油雾，灰尘，金属丝等杂质。2.5 维修实例实例1：驱动器出现过电流报警的故障维修 故障现象：某数控车床，在加工时主轴运行突然停止，出现打刀，驱动器显示过电流报警 。分析与处理过程：经查交流主轴驱动器主回路，发现再生制动回路、主回路的熔断器均熔断，经更换后机床恢复正常。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）电动机连续过载。3）电动机绕组存在局部短路。在以上几点中，根据现场实际加工情况，电动机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电动机绕组存在局部短路。 维修时仔细测量电动机绕组的各项电阻，发现U相对地绝缘电阻较小，证明该相存在局部对地短路。 拆开电动机检查发现，电动机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2：主轴高速出现异常振动的故障维修 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。 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时，在任意转速下振动均存在，可以排除机械共振的原因。 经仔细检查机床的主轴驱动系统连接，最终发现该机床的主轴驱动器的接地线连接不良，将接地线重新连接后，机床恢复正常。 实例3：变频器出现过压报警的维修 故障现象：配套某系统的数控车床，主轴电动机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。 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，如主电动机起/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。修改变频器参数，适当增加加/减速时间后，故障消除。3 交流伺服主轴驱动系统3.1交流伺服主轴驱动系统 1) 由于驱动系统必须采用微处理器和现代控制理论进行控制，因此其运行平稳、振动和噪声小。 2）驱动系统一般都具有再生制动功能，在制动时，既可将电动机能量反馈回电网，起到节能的效果，又可加快制动速度。 3）特别是对于全数字式主轴驱动系统，驱动器可直接使用CNC的数字量输出信号进行控制，不要经过D/A转换，转速控制精度得到了提高。 4）与数字交流伺服驱动一样，在数字式主轴驱动系统中，还可采用参数设定方法对系统进行静态调整与动态优化，系统设定灵活、调整准确。5）由于交流主轴电动机无换向器，主轴电动机通常不需要进行维修。6）主轴电动机转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴电动机更高，可达到数万转。图5 伺服与数控装置的接线图3.2 相关参数设置3.2.1 位置比例增益 1）设定位置环调节器的比例增益。2）设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。3）参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。 3.2.2 速度比例增益 1）设定速度调节器的比例增益。2）设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。3）在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。 3.2.3 速度积分时间常数1）设定速度调节器的积分时间常数。2）设置值越小，积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。3）在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。 3.3主轴伺服系统故障诊断3.3.1 当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：1）CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息2）是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱 动装置的故障；3）主轴工作不正常，但无任何报警信息。3.3.2 主轴伺服系统常见故障有：1）过载原因：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：主轴电动机过热主轴驱动装置显示过电流报警等。2）主轴不能转动 电气系统原因：1）检查CNC系统是否有速度控制信号输出2）检查使能信号是否接通:通过CNC显示器观察I/O状 态;分析机床PLC梯形图（或流程图），以确定主轴的启动条件，如润滑、冷却 等是否满足。3）主轴电动机动力线断裂或主轴控制单元连接不良。4）机床负载过大。5）主轴驱动装置故障。6）主轴电机故障。 机械故障原因： 机械方面，主轴不转常发生在强力切削下，可能原因有: 1）主轴与电机连接皮带过松或皮带表面有油，造成打滑。2）主轴中的拉杆未拉紧夹持刀具的拉钉。（在车床上就是卡盘未夹紧工件）3.3.3 主轴转速异常或转速不稳定当主轴转速超过技术要求所规定的范围，原因：1）CNC系统输出的主轴转速模拟量(通常为0±10v)没有达到与转速指令对应的值，或速度指令错误。2）CNC系统中D/A变换器故障。3）主轴转速模拟量中有干扰噪声。4）测速装置有故障或速度反馈信号断线。5）电动机过载。6）电动机不良（包括励磁丧失）。7）主轴驱动