1、主軸驅動系統常見故障及處理作者：佚名 文章來源：本站原創 點擊數： 更新時間：2010-10-12 15:27:33  數控機床的主軸驅動系統也就是主傳動系統，它的性能直接決定了加工工件的表面質量，因此，在數控機床的維修和維護中，主軸驅動系統顯得很重要。5.1 主軸驅動系統概述主軸驅動系統也叫主傳動系統，是在系統中完成主運動的動力裝置部分。主軸驅動系統通過該傳動機構轉變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進給運動，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運動之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。5.1.1 數控機床對主軸驅動系統的要求機床的主軸驅動和進給驅動有較大的差

2、別。機床主軸的工作運動通常是旋轉運動，不像進給驅動需要絲杠或其它直線運動裝置作往復運動。數控機床通常通過主軸的回轉與進給軸的進給實現刀具與工件的快速的相對切削運動。在20紀60-70年代，數控機床的主軸一般采用三相感應電動機配上多級齒輪變速箱實現有級變速的驅動方式。隨著刀具技術、生產技術、加工工藝以及生產效率的不斷發展，上述傳統的主軸驅動已不能滿足生產的需要?，F代數控機床對主軸傳動提出了更高的要求：（1） 調速范圍寬并實現無極調速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、工序和各種材料的加工要求，對主軸的調速

3、范圍要求更高，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，簡化主軸箱。目前主軸驅動裝置的恒轉矩調速范圍已可達1100，恒功率調速范圍也可達130，一般過載1.5倍時可持續工作達到30min。主軸變速分為有級變速、無級變速和分段無級變速三種形式，其中有級變速僅用于經濟型數控機床，大多數數控機床均采用無級變速或分段無級變速。在無級變速中，變頻調速主軸一般用于普及型數控機床，交流伺服主軸則用于中、高檔數控機床。（2） 恒功率范圍要寬主軸在全速范圍內均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內提供主軸電動機的最大功率。由于主軸電動機與驅動裝置的限制，主軸在低速段均

4、為恒轉矩輸出。為滿足數控機床低速、強力切削的需要，常采用分級無級變速的方法（即在低速段采用機械減速裝置），以擴大輸出轉矩。（3） 具有4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1秒內從靜止加速到6000r/min。（4） 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。（5） 具有較高的精度與剛度，傳動平穩，噪音低。數控機床加工精度的提高與主軸系統的精度密切相關。為了提高傳動件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動時齒輪齒面應采用高頻感應加熱淬火工

5、藝以增加耐磨性。最后一級一般用斜齒輪傳動，使傳動平穩。采用帶傳動時應采用齒型帶。應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。在結構允許的條件下，應適當增加齒輪寬度，提高齒輪的重疊系數。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動，采用內徑定心。側面定心的花鍵對降低噪聲更為有利，因為這種定心方式傳動間隙小，接觸面大，但加工需要專門的刀具和花鍵磨床。（6） 良好的抗振性和熱穩定性。數控機床加工時，可能由于持續切削、加工余量不均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自振等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至可能損壞刀具和主軸系統中的零件，使其無法工作。主軸系統的發

6、熱使其中的零部件產生熱變形，降低傳動效率，影響零部件之間的相對位置精度和運動精度，從而造成加工誤差。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進行循環潤滑。5.1.2 不同類型的主軸系統的特點和使用范圍（1） 普通籠型異步電動機配齒輪變速箱這是最經濟的一種方法主軸配置方式，但只能實現有級調速，由于電動機始終工作在額定轉速下，經齒輪減速后，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強，非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工產品比較單一，對主軸轉速沒有太高的要求，配置在數控機床上也能起到很好的效果；它的缺點是噪音比較大，由于電機工作在工頻下，主軸轉速范圍不大，不適合有色

7、金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場合。（2） 普通籠型異步電動機配簡易型變頻器可以實現主軸的無級調速，主軸電動機只有工作在約500轉/分鐘以上才能有比較滿意的力矩輸出，否則，特別是車床很容易出現堵轉的情況，一般會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，另外因為受到普通電動機最高轉速的限制，主軸的轉速范圍受到較大的限制。這種方案適用于需要無級調速但對低速和高速都不要求的場合，例如數控鉆銑床。國內生產的簡易型變頻器較多。（3） 普通籠型異步電動機配通用變頻器目前進口的通用變頻器，除了具有U/f曲線調節，一般還具有無反饋矢量控制功能，會對電動機的低速特性有所改善，配合兩級齒輪變速，基

8、本上可以滿足車床低速（100200轉/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受最高電動機速度的限制。這是目前經濟型數控機床比較常用的主軸驅動系統。（4） 專用變頻電動機配通用變頻器一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進給的功能，是非常有競爭力的產品。以先馬YPNC系列變頻電動機為例，電壓：三相200V、220V、380V、400V可選；輸出功率：1.5-18.5KW；變頻范圍2-200Hz；（最高轉速r/min）；30min150%過載能力；支持V/f控制、V/f+PG（編碼器）控制、無PG矢量控制、有PG矢量控制。提供通用變頻器的廠家以國外公司為主，如

9、：西門子、安川、富士、三菱、日立等。中檔數控機床主要采用這種方案，主軸傳動兩擋變速甚至僅一擋即可實現轉速在100200r/min左右時車、銑的重力切削。一些有定向功能的還可以應用與要求精鏜加工的數控鏜銑床，若應用在加工中心上，還不很理想，必須采用其他輔助機構完成定向換刀的功能，而且也不能達到剛性攻絲的要求。（5） 伺服主軸驅動系統伺服主軸驅動系統具有響應快、速度高、過載能力強的特點，還可以實現定向和進給功能，當然價格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅動系統的2-3倍以上。伺服主軸驅動系統主要應用于加工中心上，用以滿足系統自動換刀、剛性攻絲、主軸C軸進給功能等對主軸位置控制性能要求很高的加工。

10、（6） 電主軸電主軸是主軸電動機的一種結構形式，驅動器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅動器。電主軸由于電機和主軸合二為一，沒有傳動機構，因此，大大簡化了主軸的結構，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。由于結構上的優勢，電主軸主要向高速方向發展，一般在10000r/min以上。安裝電主軸的機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，在雕刻機和有色金屬以及非金屬材料加工機床上應用較多，這些機床由于只對主軸高轉速有要求，因此，往往不用主軸驅動器。5.1.3 常用的主軸驅動系統介紹1. FANUC（法那科）公司主軸驅動系統從80年代開

11、始，該公司已使用了交流主軸驅動系統，直流驅動系統已被交流驅動系統所取代。目前三個系列交流主軸電動機為：S系列電動機，額定輸出功率范圍1.537KW；H系列電動機，額定輸出功率范圍1.522KW；P系列電動機，額定輸出功率范圍3.737KW。該公司交流主軸驅動系統的特點為：采用為處理器控制技術，進行矢量計算，從而實現最佳控制。主回路采用晶體管PWM逆變器，使電動機電流非常接近正弦波性。具有主軸定向控制、數字和模擬輸入接口等功能。2. SIEMENS（西門子）公司主軸驅動系統SIEMENS公司生產的直流主軸電動機有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個系列，與這四個系列電動機配套的6RA24、

12、6RA27系列驅動裝置采用晶閘管控制。80年代初期，該公司又推出了1PH5和1PH6兩個系列的交流主軸電動機，功率范圍為3100KW。驅動裝置為6SC650系列交流主軸驅動裝置或6SC611A（SIMODRIVE 611A）主軸驅動模塊，主回路采用晶體管SPWM變頻器控制的方式，具有能量再生制動功能。另外，采用為處理器80186可進行閉環轉速、轉矩控制及磁場計算，從而完成矢量控制。同過選件實現C軸進給控制，在不需要CNC的幫助下，實現主軸的定位控制。3. DANFOSS（丹佛斯）公司系列變頻器該公司目前應用于數控機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功

13、率：0.37KW-7.5KW 200V/400；VLT5000，可在整個轉速范圍內進行精確的滑差補償，并在3ms內完成。在使用串行通訊時，VLT 5000對每條指令的響應時間為0.1ms，可使用任何標準電機與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用于數控機床上通常有：L100系列通用型變頻，額定輸出功率范圍為0.2KW-7.5KW， V/f 特性可選恒轉矩/降轉矩，可手動/自動提升轉矩，載波頻率0.5HZ-16HZ連續可調。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-16

14、HZ內連續可調 ，加減速過程中可分段改變加減速時間 ，可內部/外部啟動直流制動；日立 SJ200/300系列變頻器，額定輸出功率范圍為0.75KW-132KW，具有2臺電機同時無速度傳感器矢量控制運行且電機常數在/離線自整定。5. HNC（華中數控）公司系列主軸驅動系統HSV-20S是武漢華中數控股份有限公司推出的全數字交流主軸驅動器。該驅動器結構緊湊、使用方便、可靠性高。采用的是最新專用運動控制DSP、大規?，F場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等當今最新技術設計，具有025、050、075、100多種型號規格，具有很寬的功率選擇范圍。用戶可根據要求選配不同型號驅動器和交流

15、主軸電機，形成高可靠、高性能的交流主軸驅動系統。5.1.4 主軸驅動系統的分類主軸驅動系統包括主軸驅動器和主軸電動機。數控機床主軸的無級調速則是由主軸驅動器完成。主軸驅動系統分為直流驅動系統和交流驅動系統，目前數控機床的主軸驅動多采用交流主軸驅動系統即交流主軸電動機配備變頻器或主軸伺服驅動器控制的方式。直流驅動系統在20世紀70年代初至80年代中期在數控機床上占據主導地位，這是由于直流電動機具有良好的調速性能，輸出力矩大，過載能力強，精度高，控制原理簡單，易于調整。隨著微電子技術的迅速發展，加之交流伺服電動機材料、結構及控制理論有了突破性的進展，80年代初期推出了交流驅動系統，標志著新一代驅動

16、系統的開始，由于交流驅動系統保持了直流驅動系統的優越性，而且交流電動機無需維護，便于制造，不受惡劣環境影響，所以目前直流驅動系統已逐步被交流驅動系統所取代。從90年代開始，交流伺服驅動系統已走向數字化，驅動系統中的電流環、速度環的反饋控制已全部數字化，系統的控制模型和動態補償均由高速微處理器實時處理，增強了系統自診斷能力，提高了系統的快速性和精度。5.2 直流主軸伺服系統故障診斷與維修5.2.1 直流主軸驅動系統介紹直流主軸電動機驅動器有可控硅調速和脈寬調制PWM調速兩種形式。由于脈寬調制PWM調速具有很好的調速性能，因而在對靜動態性能要求較高的數控機床進給驅動裝置上曾廣泛使用。而三相全控可控

17、硅調速裝置則適于大功率應用場合。從原理上說，直流主軸驅動系統與通常的直流調速系統無本質的區別，決定了直流主軸驅動系統具有以下特點： 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，就能得到全部的主軸變換速度，實現無級變速，因此，它具有較寬的調速范圍。 直流主軸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。 主軸電動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。 直流主軸驅動器主回路一般采用晶閘管三相全波整流，以實現四象限的運行。 主軸控制性能好。為了便

18、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、輸出、轉速/轉矩顯示輸出等信號接口。 純電氣主軸定向準停控制功能。無需機械定位裝置，進一步縮短了定位時間。5.2.2 主軸定向控制方案簡介主軸定向準?？刂?，實際上是在主軸速度控制基礎上增加一個位置控制環。常采用位置編碼器或磁性傳感器作為檢測原件。當采用位置編碼器作為位置檢測器件時，由于安裝不方便，主軸與編碼器之間必須是1：1的傳動或將編碼器直接安裝在主軸軸端。而采用磁性傳感器作為位置檢測器件時，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

19、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。但直流電動機需要機械換向，換向器表面線速度、換向電流、電壓均受到限制，限制了其轉速和功率的提高，并且它的恒功率調速范圍也較小。由于換向也增加了電動機制造的難度、成本并使調速控制系統變得復雜。另外換向器必須定時停機檢查和維修，使用和維護都比較麻煩。5.2.1      直流主軸驅動系統常見故障盡管直流主軸驅動系統在目前已應用不多，逐步為交流主軸驅動系統取代，但現有系統的維修還有不少，在此也總結它的故障特點。1.  &#

20、160;  主軸速度不正?；虿环€定，造成這類故障的原因見表5-1。表5-1：主軸速度不正?；虿环€定的故障綜述：可能原因檢查步驟排除措施電動機負載過重 重新考慮負載條件，減輕負載速度指令電壓不良或錯誤測量從數控裝置主軸接口輸出過來的信號確保主軸控制信號正常D/A變換器故障反饋線斷線或不良測量反饋信號確保接線正確反饋裝置損壞更換反饋裝置電動機故障，如：勵磁喪失等采用交換法，可以判斷是否出了故障更換電動機驅動器故障更換驅動器誤差放大器故障印刷線路板太臟打開驅動器，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

21、機速度達到一定值就上不去了。如FANUC直流可控硅主軸伺服驅動單元為1160。它是電動機的調速轉換點。速度在01160，勵磁電流為6.8A恒定，電機主線圈電壓由0220V變化，電機速度大于1160后，則電機主線圈電壓為220V恒定，勵磁電流從6.8A減小。其可能原因間表5-2。表5-2：主軸電機速度達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低或絕緣性能降低 清潔好晶閘管，保持內部電路板的清潔電動機磁體不正常，輸出電壓不正常用萬用表測量歷次電壓更換磁體或更換電動機控制板的勵磁回路故障最好用交換法測試控制板更換控制板 3.

22、60;    發生過流報警，造成這類故障的原因見表5-3。表5-3：主軸過流報警綜述可能原因檢查步驟排除措施驅動器電流極限設定錯誤。檢查設定參數依照參數說明書，設置好參數主軸負載過大，或機械故障檢查是否機械卡住，在停機狀態下用手盤主軸，應該非常靈活確保主軸無機械異常，如果負載過大，重新考慮機床負載條件長時間切削條件惡劣 調整切削參數，改善切削條件，檢查直流主軸電機的線圈電阻不正常，換向器太臟檢查直流主軸電機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力線連接不牢固檢查動力線是否連接牢固擰緊動力線勵磁線連接不牢固檢查勵磁線連接是

23、否不牢固擰緊勵磁線驅動器的控制勵磁電源存在故障也就是檢查勵磁電壓是否正常 電動機故障，如：電樞線圈內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機驅動器故障如：同步觸發脈沖不正確更換驅動器 4.     過熱或過載報警。這時驅動器的過熱報警指示燈會亮，其可能原因見表5-5。表5-5：主軸過熱報警綜述可能原因檢查步驟排除措施長期負載過大，電動機太熱用手觸摸電動機，感覺是否發熱厲害，如果溫度很燙手，等冷卻后再開機，看是否仍有報警改善切削條件，調整切削參數，降低負載電動機或反饋線斷線或短路用萬用表測量其輸出端子，是否接通狀況良好

24、確保連線正確電動機故障采用交換法，確定電動機是否有故障更換電動機 5.     保險絲熔斷。其可能原因見表5-6。表5-6：保險絲熔斷的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施伺服電動機或主回路絕緣不良檢查直流伺服電機和主回路的絕緣更換相應部件電樞線短路電樞線短路、電樞繞組短路或局部短路，電樞線對地短路排除短路故障主回路故障用萬用表檢查所有主回路的可控硅是否有短路更換相應壞的可控硅控制板故障引起主回路電流過大如果在燒保險的同時有過電流報警按電流報警處理方法處理輸入電壓太高用萬用表測量輸入電壓控制電壓在-1015%范圍內 6. 

25、60;   電動機不轉。就是系統發出指令后，主軸伺服單元或直流主軸電動機不執行。其可能原因見表5-7。表5-7：電動機不轉的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施機械卡死在不通電的情況下，機械軸應該能自由活動消除機械故障，減輕負載負載特別大在負載特別重的外界情況下，重新考慮機床負載能力機械連接脫落，如高/低檔齒輪切換用的力和齒嚙合不良檢查機械連接情況重新調整機械連接控制信號為滿足主軸旋轉的條件，如轉向信號、速度給定電壓為輸入通過PLC狀態監測功能，查看主軸正/反轉信號時否送出，主軸速度給定指令是否給出從數控系統端找出故障，確保各指令正常電動機動力線不良用萬用表測量各連線端子的接通

26、情況 確保各連接線正常電機勵磁線短線R、S、T線不正常碳刷不好或嚴重磨損檢查直流主軸電機的碳刷是否正常，是否接觸不好更換好的碳刷 電動機勵磁回路或主回路組織不正常檢查勵磁回路是否有阻值，或者阻值很大？如果沒阻值或阻值很大，更換電動機驅動器印制線路板表面太臟以致內部電路接觸不良在不通電的情況下，打開驅動器保護蓋子，清潔印制線路板保持驅動器的清潔，有良好的工作環境觸發脈沖電路故障，晶閘管無觸發脈沖產生屬驅動器故障，采用交換法判斷是否有故障更換驅動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

27、系統會提示超時報警，其可能原因見表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接收到編碼器信號編碼器故障，沒有輸出零位信號更換編碼器反饋回路故障，沒有傳入到系統消除反饋信號傳輸中的斷路磁性傳感器故障如果采用此行傳感器定位，檢查相關的指示燈是否點亮如果沒亮，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停位，仍有報警，則說明定向板上的繼電器損壞更換相應繼電器 8.     電刷磨損嚴重或電刷面上有劃痕  可能原因見表5-9。表5-9：電刷磨損嚴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

28、連續長時間過載工作 有計劃的安排使用機床主軸電動機換向器表面太臟或有傷痕目測清潔換向器電刷上有切削液進入 做好密封措施驅動器控制回路的設定、調整不當檢查參數是否正確依照參數說明書，重新設置好參數 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。 5.2.2      維修實例例1：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 6RA26*系列

29、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：    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。根據SIEMENS 6RA26*系列直流主軸驅動器原理圖，逐級測量各板的電源回路，發現觸發板的同步電源中有一相低于正常電壓。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。 例2

30、：某配置FANUC 15型直流主軸驅動的數控仿型銑床，主軸在啟動后，運轉過程中聲音沉悶；當主軸制動時，CRT顯示“FEED HOLD”（進給保持），主軸驅動裝置的“過電流”報警指示燈亮。分析與處理過程：為了判別主軸過電流報警產生的原因，維修時首先脫開了主軸與主軸間的連接，檢查機械傳動系統，未發現異常，因此排除了機械上的原因。接著又測量、檢查了的繞組、對地電阻及的連接情況，在對換向器及電刷進行檢查時，發現部分電刷已達使用極限，換向器表面有嚴重的燒熔痕跡。針對以上問題，維修時首先更換了同型號的電刷；并拆開，對換向器的表面進行了修磨處理，完成了對的維修。重新安裝后再進行試車，當時故障消失；但在第二天

31、開機時，又再次出現上述故障，并且在機床通電約30min之后，故障就自動消失。根據以上現象，由于排除了機械傳動系統、主軸、連接方面的原因，故而可以判定故障原因在主軸驅動器上。對照主軸伺服驅動系統的原理圖，重點針對電流反饋環節的有關線路，進行了分析檢查；對電路板中有可能虛焊的部位進行了重新焊接，對全部接插件進行了表面處理，但故障現象仍然不變。由于維修現場無驅動器備件，不可能進行驅動器的電路板互換處理，為了確定故障的大致部位，針對機床通電約30min后，故障可以自動消失這一特點，維修時采用局部升溫的方法。通過吹風機在距電路板810cm處，對電路板的每一部分進行了局部升溫，結果發現當對觸發線路升溫后，

32、主軸運轉可以馬上恢復正常。由此分析，初步判定故障部位在驅動器的觸發線路上。通過示波器觀察觸發部分線路的輸出波形，發現其中的一片集成電路在常溫下無觸發脈沖發生，引起整流回路U相的4只晶閘管（正組和反組各2只）的觸發脈沖消失；更換此芯片后故障排除。維修完成后，進一步分析故障原因，在主軸驅動器工作時，三相全控橋整流主回路，有一相無觸發脈沖，導致直流母線整流電壓波形脈動變大，諧波分量提高，產生換向困難，運行聲音沉悶。當主軸制動時，由于驅動器采用的是回饋制動，控制線路首先要關斷正組的觸發脈沖，并觸發反組的晶閘管，使其逆變。逆變時同樣由于缺一相觸發脈沖，使能量不能及時回饋電網，因此產生過流，驅動器產生過流

33、報警，保護電路動作。  5.2.1      直流主軸驅動系統使用注意點和日常維護1.    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?；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動器，以免粉

34、塵附著。（2）    維修完成后，進行重新安裝時，要遵循下列原因：    安裝面要平，且有足夠的剛性。    電刷應定期維修及更換，安裝位置應盡可能使其檢修容易。    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。    應安裝在灰塵少、濕度不高的場所，環境溫度應在40以下。    應安裝在切削液和油不能直接濺到的位置上。2.    使用檢查  &#

35、160;    （1）    伺服系統啟動前的檢查：    檢查伺服單元和電動機的信號線、動力線等的連接時否正常，是否松動以及絕緣是否良好；    強電柜和電動機是否可靠接地；    電動機的電刷的安裝是否牢靠，電動機安裝螺栓是否完全擰緊。（2）    使用時的檢查    檢查速度指令與轉速是否一致，負載指示是否正常。    是否有異常聲音和異常振動。

36、60;   軸承溫度是否急劇上升等不正?，F象。    電刷上是否有顯著的火花發生痕跡。3.    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）      

37、;    建議操作人員每天都應注意主軸的旋轉速度、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）          建議使用單位維護人員，每月應對電刷、換向器進行檢查。（5）          建議使用單位維護人員，每半年應對測速發電動機、軸承、熱管冷卻部分、絕緣電阻進行檢測。 5.2      &

38、#160;     主軸通用變頻器5.3.1      變頻器技術簡介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），發展至今為直接轉矩控制，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

39、速度快、驅動電流小、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。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。    值得注意的是，變頻器的冷卻方式都采用風扇強迫冷卻。如果

40、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。      例：AC200S是矢量控制晶體管正弦波PWM的主軸驅動裝置，有帶冷卻風扇和電容器的機架、主軸驅動裝置、電源和再生電路及裝配有編碼器的主軸電動機組成。當出現主軸電動機不轉的故障時，可逐個檢查各裝置是否正常。 5.3.2      變頻器接線圖以國外某系列變頻器為例，介紹接線如圖5-4。從上式中可知：當f1

41、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，機械特性隨頻率的降低而向下平移，如圖5-5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5-5中實線所示。3. 恒功率變頻調速在基頻以上調速時，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，機械如圖5-6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。4. 變頻調速時異步電動機的特性曲線圖5-7為異步電動機變

42、頻調速控制特性示意圖。圖4為變頻調速時功率、轉矩變化特性。 5.3.1      主軸通用變頻器常見報警及故障處理1.     通用變頻器常見報警及保護。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。（1）        接地保護 在伺服驅動器的輸出線路以及主軸內

43、部等出現對地短路時，可以通過快速熔斷器間切斷電源，對驅動器進行保護。（2）        過載保護 當驅動器、負載超過額定值時，安裝在內部的熱開關或主回路的熱繼電器將動作，對進行過載保護。（3）        速度偏差過大報警當主軸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，將產生報警，并進行保護。（4）        瞬時過電流報警   當驅動器

44、中由于內部短路、輸出短路等原因產生異常的大電流時，驅動器將發出報警并進行保護。（5）        速度檢測回路斷線或短路報警當測速發電動機出現信號斷線或短路時，驅動器將產生報警并進行保護。（6）        速度超過報警   當檢測出的主軸轉速超過額定值的115%是，驅動器將發出報警并進行保護。（7）        勵磁監控   &#

45、160;  如果主軸勵磁電流過低或無勵磁電流，為防止飛車，驅動器將發出故障并進行保護。（8）        短路保護   當主回路發生短路時，驅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   當三相輸入電源相序不正確或缺相狀態時，驅動器將發出報警。 驅動器出現保護性的故障時（也叫報警），首先通過驅動器自身的指示燈以報警的形式反映出內容，具體說明見表5-24。報警名稱報

46、警時的LED顯示動作內容對地短路對地短路故障檢測到變頻器輸出電路對地短路時動作（一般為30kW）。而對22kW變頻器發生對地短路時，作為過電流保護動作。此功能只是保護變頻器。為保護人身和防止火警事故等應采用另外的漏電保護繼電器或漏電短路器等進行保護。過電壓加速時過電壓由于再生電流增加，使主電路直流電壓達到過電壓檢出值（有些變頻器為800VDC）時，保護動作。（但是：如果由變頻器輸入側錯誤地輸入控制電路電壓值時，將不能顯示此報警）減速時過電流恒速時過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（有點變頻器為400VDC）以下時，保護功能動作。注意：當電壓低至不能維持變頻器控制電

47、路電壓值時，將不顯示報警。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，有點變頻器能在3相電壓不平衡狀態下運行，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，變頻器會報警和停止運行。過熱散熱片過熱如內部的冷卻風扇發生故障，散熱片溫度上升，則產生的保護動作變頻器內部過熱如變頻器內通風散熱不良等，則其內部溫度上升，保護動作制動電阻過熱當采用制動電阻且使用頻度過高時，會使其溫度上升，為防止制動電阻燒損（有點會有“叭”的很大的爆炸聲），保護動作外部報警外部報警當控制電路端子連接控制單元、制動電阻、外部熱繼電器等外部設備的報警常閉接點時，按這些

48、節點的信號動作。過載電動機過負載當電動機所拖動的負載過大使超過電子熱繼電器的電流超過設定值時，按反時限性保護動作。變頻器過負載此報警一般為變頻器主電路半導體元件的溫度保護，按變頻器輸出電流超過過載額定值時保護動作。通訊錯誤RS通信錯誤當通信時出錯，則保護動作。  2.     通用變頻器常見故障及處理常見報警先下表5-3：表5-3 通用變頻器常見故常與處理故障現象發生時的工作狀況處理方法電動機不運轉變頻器輸出端子U、V、W不能提供電源電源是否已提供給端子運行命令是否有效？RS（復位）功能或自由運行停車功能是否處于開啟狀態負載

49、過重電動機負載是否太重任選遠程操作器被使用確保其操作設定正確電動機反轉輸出端子U/T1，V/T2和W/T3的連接是否正確使得電動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電動機正反轉的相序是否與U/T1，V/T2和W/T3相對應控制端子（FW）和（RV）連線是否正確端子(FW）用于正轉，（RV）用于反轉電動機轉速不能到達如果使用模擬輸入，電流或電壓“O”或“OI”檢查連線檢查電位器或信號發生器負載太重減少負載重負載激活了過載限定（根據需要不讓此過載信號輸出）轉動不穩定負載波動過大增加電動機容量（變頻器及電動機）電源不穩定解決電源問題該現象只是出現在某一特定

50、頻率下稍微改變輸出頻率，使用調頻設定將此有問題的頻率跳過過流加速中過流檢查電動機是否短路或局部短路，輸出線絕緣是否良好延長加速時間變頻器配置不合理，增大變頻器容量減低轉矩提升設定值恒速中過流檢查電動機是否短路或局部短路，輸出線絕緣是否良好檢查電動機是否堵轉，機械負載是否有突變變頻器容量是否太小，增大變頻器容量電網電壓是否有突變減速中或停車時過流輸出連線絕緣是否良好，電動機是否有短路現象延長減速時間更換容量較大的變頻器直流制動量太大，減少直流制動量機械故障，送廠維修。短路對地短路檢查電動機連線是否有短路檢查輸出線絕緣是否良好送修過壓停車中過壓1、延長減速時間，或加裝剎車電阻2、改善電網電壓，檢查

51、是否有突變電壓產生加速中過壓恒速中過壓減速中過壓低壓檢查輸入電壓是否正常檢查負載是否突然有突變是否缺相變頻器過熱檢查風扇是否堵轉，散熱片是否有異物環境溫度是否正常通風空間是否足夠，空氣是否能對流變頻器過載連續超負載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械負載是否有卡死現象V/F曲線設定不良，重新設定電動機過載連續超負載150一分鐘以上機械負載是否有突變電動機配用太小電動機發熱絕緣變差電壓是否波動較大是否存在缺相機械負載增大電動機過轉矩機械負載是否有波動電動機配置是否偏小關于上表的情況說明：       電源電壓過高

52、。變頻器一般允許電源電壓向上波動的范圍是+10%，超過此范圍時，就進行保護。      降速過快。如果將減速時間設定的太短，在再生制動過程中，制動電阻來不及將能量放掉，只是直流回路賂電壓過高，形成高電壓      電源電壓低于額定值電壓10%；      過電流可分為：Ø          非短路性過電流：可能發生在嚴重過載或加速過快。Ø

53、          短路性過電流：可能發生在負載側短路或負載側接地。另外，如果變頻器逆變橋同一橋臂的上下兩晶體管同時導通，形成“直通”。因為變頻器在運行時，同一橋臂的上下兩晶體管總是處于交替導通狀態，在交替導通的過程中，必須保證只有在一個晶體管完全截止后，另一個晶體管才開始導通。如果由于某種原因，如環境溫度過高等，使之器件參數發生飄移，就可能導致直通。 1.     通用變頻器故障維修實例例1：變頻器出現過電壓報警的維修故障現象：配套某系統的數控車床，主軸

54、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。 例2：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

55、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、刀架控制的原理圖與實際接線，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線進行重新連接后，故障消失。 5.1            交流伺服主軸驅動系統常見故障及排除5.4.1   

56、60;  交流伺服主軸驅動系統交流伺服主軸驅動系統通常采用感應電動機作為驅動電機，由伺服驅動器實施控制，有速度開環或閉環控制方式。也有采用永磁同步電動機作為驅動電機，由伺服驅動器實現速度環的矢量控制，具有快速的動態響應特性，但其恒功率調速范圍較小。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型式，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：    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。    驅動系統一般都具有再生制動功能，在制動時，即可將能量反饋回電網，起

57、到節能的效果，又可以加快起制動速度。    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。    與數字式交流伺服驅動一樣，在數字式主軸驅動系統中，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。    由于交流主軸無換向器，主軸通常不需要進行維修。    主軸轉速的提高不受換向器的限制，最高轉速通常比直流主軸更高，可達到數萬轉。 5.4.2  

58、;    交流伺服主軸驅動系統常見故障交流主軸驅動系統按信號形式又可分為交流模擬型主軸驅動單元和交流數字型主軸驅動單元。交流主軸驅動除了有直流主軸驅動同樣的過熱、過載、轉速不正常報警或故障外，還有另外的故障條目，總結如下。1.   主軸不能轉動，且無任何報警顯示。產生此故障的可能原因及排除方法見表5-10。表5-10：主軸不能轉動，且無任何報警顯示的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施機械負載過大 盡量減輕機械負載主軸與電動機連接皮帶過松在停機的狀態下，查看皮帶的松緊程度調整皮帶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

59、)有的機床會設置敏感元件的反饋信號，檢查次反饋信號是否到位重新裝夾好刀具或工件系統處在急停狀態檢查主軸單元的主交流接觸器是否吸合更具實際情況下，松開急停；機械準備好信號斷路排查機械準好信號電路主軸動力線斷線用萬用表測量動力線電壓確保電源輸入正常電源缺相正反轉信號同時輸入利用PLC監查功能查看相應信號 無正反轉信號通過PLC監視畫面，觀察正反轉指示信號是否發出一般為數控裝置的輸出有問題，排查系統的主軸信號輸出端子沒有速度控制信號輸出測量輸出的信號是否正常使能信號沒有接通通過CRT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；檢查外部啟動

60、的條件是否符合主軸驅動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動裝置主軸電動機故障更換電動機 2.   主軸速度指令無效，轉速僅有12r/min?？赡艿脑蛞姳?-11。表5-11: 主軸速度指令無效，轉速僅有12r/min的故障總數可能原因檢查步驟排除措施動力線接線錯誤檢查主軸伺服與電動機之間的UVW連線確保連線對應CNC模擬量輸出（D/A）轉換電路故障用交換法判斷是否有故障更換相應電路板CNC速度輸出模擬量與驅動器連接不良或斷線測量相應信號，是否有輸出且是否正常更換指令發送口或更換數控裝置主軸驅動器參數設定不當查看驅動器參數，是否正常依照說明書

61、，正確設置參數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不正常檢查反饋信號的波形調整波形至正確或更換編碼器 3.   速度偏差過大，指的是主軸電機的實際速度與指令速度的誤差值超過允許值，一般是啟動時電機沒有轉動或速度上不去。引起此故障的原因見表5-12。表5-12：速度偏差過大報警綜述可能原因檢查步驟排除措施反饋連線不良不啟動主軸，用手盤動主軸使主軸電動機以較快速度轉起來，估計電機的實際速度，監視反饋的實際轉速確保反饋連線正確反饋裝置故障更換反饋裝置動力線連接不正常用萬用表或兆歐表檢查電動機或動力線是否正常（包括相序不正常）確保動力線連接正常動力電壓不正

62、常確保動力線電壓正常機床切削負荷太重，切削條件惡劣 重新考慮負載條件，減輕負載，調整切削參數機械傳動系統不良 改善機械傳動系統條件制動器未松開查明制動器為松開的原因確保制動電路正常驅動器故障利用交換法，判斷是否有故障更換出錯單元電流調節器控制板故障電動機故障 4.   過載報警。 削用量過大，頻繁正、反轉等均可引起過載報警。具體表現為主軸過熱、主軸驅動裝置顯示過電流報警等造成此故障的可能原因見表5-13。檢查方法：    若在減速過程中發生，一般是由驅動裝置造成的，如交流驅動中的再生回路故障；    若在恒轉速時產生，可通過觀察主軸