数控机床主轴驱动系统与维修

数控机床主轴驱动系统与维修 第五章 数控机床主轴驱动系统与维修 数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统～它的性能直接决定了加工工件的表面质量～因此～在数控机床的维修和维护中～主轴驱动系统显得很重要。 本章主要内容: ——介绍数控机床主轴驱动系统组成及特点、分类等, ——介绍了通用变频器及典型系统变频主轴的连接线路、相关参数等, ——简介了通用变频主轴、伺服主轴的主要故障及处理 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ～并介绍了一些维修实例。 5(1 概述 数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(CNC)的S码速度指令及M码辅助功能指令，驱动主轴进行切削加工。它包括主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 装置、传动机构及主轴。通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类;主轴驱动切削刀具旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。 5.1.1 数控机床对主轴驱动系统的要求 机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。机床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。在20纪60-70年代，数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求: 1、调速范围宽并实现无极调速 为保证加工时选用合适的切削用量，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加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，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，简化主轴箱。 目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1?100，恒功率调速范围也可达1?30，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min。 主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。在无级变速中，变频调速主轴一般用于普及型数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。 44 2、恒功率范围要宽 主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法(即在低速段采用机械减速装置)，以扩大输出转矩。 3、具有4象限驱动能力 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。目前一般伺服主轴可以在1秒内从静止加速到6000r/min。 4、具有位置控制能力 即进给功能(C轴功能)和定向功能(准停功能)，以满足加工中心自动换刀、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、良好的抗振性和热稳定性。 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。 5.1.2 主轴系统分类及特点 全功能数控机床的主传动系统大多采用无级变速。目前，无级变速系统根据控制方式的不同主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。另外根据主轴速度控制信号的不同可分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字控制的主轴驱动装置两类。模拟量控制的的主轴驱动装置采用变频器实现主轴电动机控制，有通用变频器控制通用电机和专用变频器控制专用电 45 机两种形式。目前大部分的经济型机床均采用数控系统模拟量输出+变频器+感应(异步)电机的形式，性价比很高，这时也可以将模拟主轴称为变频主轴。串行主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克公司的α系列等。 1、普通笼型异步电动机配齿轮变速箱 这是最经济的一种方法主轴配置方式，但只能实现有级调速，由于电动机始终工作在额定转速下，经齿轮减速后，在主轴低速下输出力矩大，重切削能力强，非常适合粗加工和半精加工的要求。如果加工产品比较单一，对主轴转速没有太高的要求，配置在数控机床上也能起到很好的效果;它的缺点是噪音比较大，由于电机工作在工频下，主轴转速范围不大，不适合有色金属和需要频繁变换主轴速度的加工场合。 2、普通笼型异步电动机配简易型变频器 可以实现主轴的无级调速，主轴电动机只有工作在约500转/分钟以上才能有比较满意的力矩输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况，一般会采用两挡齿轮或皮带变速，但主轴仍然只能工作在中高速范围，另外因为受到普通电动机最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限制。 这种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 适用于需要无级调速但对低速和高速都不要求的场合，例如数控钻铣床。国内生产的简易型变频器较多。 3、通笼型异步电动机配通用变频器 目前进口的通用变频器，除了具有U/f曲线调节，一般还具有无反馈矢量控制功能，会对电动机的低速特性有所改善，配合两级齿轮变速，基本上可以满足车床低速(100—200转/分钟)小加工余量的加工，但同样受最高电动机速度的限制。这是目前经济型数控机床比较常用的主轴驱动系统。 4、专用变频电动机配通用变频器 一般采用有反馈矢量控制，低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出，有些还具有定向甚至分度进给的功能，是非常有竞争力的产品。以先马YPNC系列变频电动机为例，电压:三相200V、220V、380V、400V可选;输出功率:1.5-18.5KW;变频范围2-200Hz;(最高转速r/min);30min150%过载能力;支持V/f控制、V/f+PG(编码器)控制、无PG矢量控制、有PG矢量控制。提供通用变频器的厂家以国外公司为主，如:西门子、安川、富士、三菱、日立等。 中档数控机床主要采用这种方案，主轴传动两挡变速甚至仅一挡即可实现转速在100—200r/min左右时车、铣的重力切削。一些有定向功能的还可以应用与要求 46 精镗加工的数控镗铣床，若应用在加工中心上，还不很理想，必须采用其他辅助机构完成定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。 5、伺服主轴驱动系统 伺服主轴驱动系统具有响应快、速度高、过载能力强的特点，还可以实现定向和进给功能，当然价格也是最高的，通常是同功率变频器主轴驱动系统的2--3倍以上。伺服主轴驱动系统主要应用于加工中心上，用以满足系统自动换刀、刚性攻丝、主轴C轴进给功能等对主轴位置控制性能要求很高的加工。 6、电主轴 电主轴是主轴电动机的一种结构形式，驱动器可以是变频器或主轴伺服，也可以不要驱动器。电主轴由于电机和主轴合二为一，没有传动机构，因此，大大简化了主轴的结构，并且提高了主轴的精度，但是抗冲击能力较弱，而且功率还不能做得太大，一般在10KW以下。由于结构上的优势，电主轴主要向高速方向发展，一般在10000r/min以上。 安装电主轴的机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，在雕刻机和有色金属以及非金属材料加工机床上应用较多，这些机床由于只对主轴高转速有要求，因此，往往不用主轴驱动器。 就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下，机床主轴的控制系统为速度控制系统，而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。换句话说，主轴编码器一般情况下不是用于位置反馈的(也不是用于速度反馈的)，而仅作为速度测量元件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一是用于主轴转速显示;其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合(如螺纹切削加工，恒线速加工，G95转进给等)。 注:当机床主轴驱动单元使用了带速度反馈的驱动装置以及标准主轴电机时，主轴可以根据需要工作在伺服状态。此时，主轴编码器作为位置反馈元件使用。 5.2 通用变频主轴驱动装置及维修 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。目前作为主轴驱动装置市场上流行的变频器有德国西门子公司、日本三肯、安川等。下面以西门子(MM420)为例，讲解模拟量控制主轴运动装置的工作原理、端部接线、功能参数的设定、相关数控系统参数的设定及维修技术。 MM420西门子的供电电源电压为三相交流(380V至480V)或单相交流(200V至240V)，具有现场总线接口的选件，功率范围:0.12KW,11KW ;控制:线性v/f控制特性，多点设定的v/f控制特性，FCC(磁通电流控制)。过程控制:内置PI控制器。输入:3个数字输入，1个模拟输入。输出:1个模拟输出，1个继电器输 47 出。与自动化系统的接口:是SIMATIC S7-200,SIMATIC S7-300/400(TIA)或 SIMOTION自动化系统的理想配套设备。MM420变频器接线方框图如下: 图5-1 MM420变频器接线方框图 1)变频器主电路 主电路的功能是将固定频率(50-60HZ)的交流电转换成频率连续可调(0-400HZ)的三相交流电，包括交-直电路、制动单元电路及直交电路。MM420变 48 频器主电路输入端子有三相或单相可选，为L、N或L1、L2、L3，输出端子为U、V、W。 2)变频器控制回路功能及端子接线 掌握变频器控制回路接线端子功能在维修中是非常重要的，西门子变频器的控制端子有开关量输入控制端子(5、6、7、8)，主要用于控制电机的正反向运行等功能;模拟量输入端子(3、4)，主要用于控制接受0-10V的模拟量信号;报警信号输出(10、11)。其中多功能端子5、6、7的具体功能是分别由变频器参数P0701、P0702、P0703等设定，以数控系统802C为例，根据西门子802C PLC程序的主轴控制输出特点，其相应的端子功能设定如下表: 表5.1 变频器控制端子功能设定参数 3)变频器输入接线实际使用注意事项: (1)根据变频器输入规格选择正确的输入电源。 (2)变频器输入侧采用断路器(不宜采用熔断器)实现保护,其断路器的整定值应按变频器的额定电流选择而不应按电动机的额定电流来选择。 (3) 变频器三相电源实际接线无需考虑电源的相序。 (4)面板上的SDP 有两个 LED，用于显示变频器当前的运行状态 变频器输出接线实际使用注意事项: (1)输出侧接线须考虑输出电源的相序。若相序错误，将会造成主轴电机反转，机床不能正常加工而报警。 (2)实际接线时,决不允许把变频器的电源线接到变频器的输出端。若接反了，会烧毁变频器。 (3)一般情况下,变频器输出端直接与电动机相连,无需加接触器和热继电器。 4)通用变频器常见报警及保护 49 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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 故障原因。 , 接地保护 在伺服驱动器的输出线路以及主轴内部等出现对地短路时，可以通过快速熔断器间切断电源，对驱动器进行保护。 , 过载保护 当驱动器、负载超过额定值时，安装在内部的热开关或主回路的热继电器将动作，对进行过载保护。 , 速度偏差过大报警 当主轴的速度由于某种原因，偏离了指令速度且达到一定的误差后，将产生报警，并进行保护。 , 瞬时过电流报警 当驱动器中由于内部短路、输出短路等原因产生异常的大电流时，驱动器将发出报警并进行保护。 , 速度检测回路断线或短路报警 当测速发电动机出现信号断线或短路时，驱动器将产生报警并进行保护。 , 速度超过报警 当检测出的主轴转速超过额定值的115%是，驱动器将发出报警并进行保护。 , 励磁监控 如果主轴励磁电流过低或无励磁电流，为防止飞车，驱动器将发出故障并进行保护。 , 短路保护 当主回路发生短路时，驱动器可以通过相应的快速熔断器进行短路保护。 , 相序报警 当三相输入电源相序不正确或缺相状态时，驱动器将发出报警。 变频器出现保护性的故障时(也叫报警)，首先通过变频器自身的指示灯以报警的形式反映出内容，具体说明见表8.2。 表5.2 变频器常见报警 报警时的 报警名称 动作内容 LED显示 对地短路 对地短路故障 检测到变频器输出电路对地短路时动作(一般为 50 ?30kW)。而对?22kW变频器发生对地短路时，作为 过电流保护动作。此功能只是保护变频器。为保护人 身和防止火警事故等应采用另外的漏电保护继电器 或漏电短路器等进行保护。 加速时过电压 由于再生电流增加，使主电路直流电压达到过电压检 出值(有些变频器为800VDC)时，保护动作。(但是:减速时过电流 过电压 如果由变频器输入侧错误地输入控制电路电压值时， 恒速时过电流 将不能显示此报警) 电源电压降低等使主电路直流电压低至欠电压检出 值(有点变频器为400VDC)以下时，保护功能动作。欠电压 欠电压 注意:当电压低至不能维持变频器控制电路电压值 时，将不显示报警。 连接的3相输入电源L1/R、L2/S、L3/T中任何1相 缺时，有点变频器能在3相电压不平衡状态下运行，电源缺相 电源缺相 但可能造成某些器件(如:主电路整流二极管和主滤 波电容器损坏)，这种情况下，变频器会报警和停止 运行。 如内部的冷却风扇发生故障，散热片温度上升，则产散热片过热 生的保护动作 变频器内部过如变频器内通风散热不良等，则其内部温度上升，保过热 热 护动作 当采用制动电阻且使用频度过高时，会使其温度上 制动电阻过热 升，为防止制动电阻烧损(有点会有“叭”的很大的 爆炸声)，保护动作 当控制电路端子连接控制单元、制动电阻、外部热继外部报警 外部报警 电器等外部设备的报警常闭接点时，按这些节点的信 号动作。 当电动机所拖动的负载过大使超过电子热继电器的电动机过负载 电流超过设定值时，按反时限性保护动作。 过载 此报警一般为变频器主电路半导体元件的温度保护，变频器过负载 按变频器输出电流超过过载额定值时保护动作。 通讯错误 RS通信错误 当通信时出错，则保护动作。 51 5.3 西门子数控系统与主轴装置的连接 802C系统的ENC最多控制3个模拟坐标轴和一个模拟主轴。 1、西门子802C数控系统和MM420变频器的连接 图5-2 西门子802C数控系统和MM420变频器的连接 802C系统通过X7轴接口中的A04/GND4模拟量输出端口可控制主轴转速，当系统接受主轴旋转指令后，在输出口输出0-10V的模拟量电压，同时PLC输出Q0.0、Q0.1控制主轴装置的正反转及停止，一般定义高电平有效，这样当Q0.0输出高电平时可控制主轴装置正转, Q0.0、 Q0.1 同时为高电平时,主轴装置反转,二者都为低电平时,主轴装置停止停转。 数控系统X5口接受主轴编码器反馈回来的信号，主要用来速度检测和螺纹切削加工，对于普通主轴变频器和系统的连接除了硬件上接线外，系统和变频器的参数设置也非常重要。 2、802D数控系统中变频器与611U伺服驱动的连接 802D数控系统配置变频主轴时,变频器0-10V的指令电压是通过611UE的X411端口上的75.A和15给出的,正反转指令是通过X453端口上的Q0.A和Q1.A给出的，具体接线如下: 52 图5-3 802D数控系统中变频器与611U伺服驱动的连接 3、802C系统主轴相关参数设置 根据不同的机床类型，通过设定主轴参数，使机床具有各种丰富的功能。主轴参数正确与否，直接影响机床的正常运行如果。采用交流电机加变频器，或者采用伺服主轴;在加工螺纹或每转进给编程时，则机床数据MD30130设为1。MD30134为1时，Q0.0=伺服使能，Q0.1=负方向运行，也就是当Q0.0=1时主轴正转，Q0.0=1、Q0.1=1时，主轴反转。当MD30134=2时，Q0.0=伺服使能正方向运行，Q0.1=伺服使能负方向运行。 表5.3 802C系统主轴相关参数 轴参数名 单位 轴 值 参数定义 参数号 30130 CTRLOUT-TYPE SP 1/0 有/无-10V~10V模拟量输出 30134 IS-UNIPOLAR- SP 0 双极性主轴Q0.0和Q0.1可 OUTPUT 以由PLC使用 1 单极性主轴Q0.0和Q0.1不 可以由PLC使用 2 单极性主轴Q0.0和Q0.1不 可以由PLC使用 53 30200 NUM-ENCS 0 主轴有/无编码器反馈 30240 ENC-TYPE SP 2 主轴带测量系统类型 31020 ENC-RESOL SP 1024 编码器每转脉冲数 32260 RATED VELO RPM SP 3000 主轴额定转速 36200 AX VELO LIMIT MM/MSP 3主轴最大监控速度 IN 3000 36300 MA ENC FPEQ HZ SP 5主轴监控频率 LIMIT 5000 除了这些主轴相关参数外，还有与主轴机械换档相关的参数设置，这里不一一表述，具体内容参看调试说明书。 5.4 华中世纪星HNC-21TF系统主轴的连接 华中世纪星HNC-21TF系统的XS9为主轴控制接口，包括主轴速度模拟电压指令输出和主轴编码器反馈输入，其信号定义如下表图1-1。 图5-4 HNC-21TF 系统主轴接口 表5.4 主轴接口引脚说明 信号名 说 明 SA+、SA- 主轴编码器A相位反馈信号 SB+、SB- 主轴编码器B相位反馈信号 SZ+、SZ- 主轴编码器Z脉冲反馈 +5V、-5V地 DC5V电源 54 AOUT1 主轴模拟量指令-10V~+10V输出 AOUT2 主轴模拟量指令0~+10V输出 GND 模拟量输出地 系统与变频器的连接如下: 图5-5 主轴变频器与CNC(华中世纪星)系统连接图 系统通过XS9 主轴接口中的模拟量输出可控制主轴转速，其中AOUT1 的输出范围为-10V +10V ，用于双极性速度指令输入的主轴驱动单元或变频器，这时采用使能信号控制主轴的启停;AOUT2 的输出范围为0+10V， 用于单极性速度指令输入的主轴驱动单元或变频器，这时采用主轴正转、主轴反转信号控制主轴的正反转，负载电流: 最大10mA;主轴编码器连接通过主轴接口XS9， 可外接主轴编码器用于螺纹切割攻丝等，本数控装置可接入两种输出类型的编码器，差分TTL方波或单极性TTL 方波，一般建议使用差分编码器从而确保长的传输距离的可靠性及提高抗干扰能力，主轴编码器接口电源输出: +5V 最大200mA 。 55 1、主轴启停 主轴启停控制由PLC承担，标准铣床PLC 程序和标准车床PLC 程序中关于主轴启停控制的信号如下表所示。 表5.5 主轴启停PLC接口信号 信号说明 标号(X/Y地址) 所有借口 信号名 脚号 铣 车 输入开关量 主轴速度到达 X3.1 X3.1 XS11 I25 23 主轴零速 X3.2 I26 10 输出开关量 主轴正转 Y1.0 Y1.0 XS20 008 9 主轴反转 Y1.1 Y1.1 009 21 利用Y1.0 Y1.1 输出即可控制主轴装置的正、反转及停止，一般定义接通有效，这样当Y1.0 接通时可控制主轴装置正转,Y1.1 接通时,主轴装置反转,二者都不接通时,主轴装置停止旋转。在使用某些主轴变频器或主轴伺服单元时也用Y1.0 Y1.1 作为主轴单元的使能信号。 2、主轴速度控制 HNC-21通过XS9主轴接口中的模拟量输出可控制主轴转速，其中AOUT1的输出范围为-10V +10V用于双极性速度指令输入的主轴驱动单元或变频器，这时采用使能信号控制主轴的启、停;AOUT2的输出范围为0+10V，用于单极性速度指令输入的主轴驱动单元或变频器，这时采用主轴正转、主轴反转信号控制主轴的正、反转和停止。 3、主轴换档控制 主轴自动换档通过PLC 控制完成, 标准铣床PLC程序和标准车床PLC程序中关于主轴换档控制的信号如下表所示。 表5.6 自动换档PLC接口信号 信号说明 标号(X/Y地址) 所有借口 信号名 脚号 铣 车 输入开关量 主轴一档到位 X2.0 X2.0 I16 5 XS10 主轴二档到位 X2.1 X2.1 I17 17 主轴三档到位 X2.2 I18 4 主轴四档到位 X2.3 I19 16 56 输出开关量 主轴一档到位 Y1.4 Y1.4 012 7 XS20 主轴二档到位 Y1.5 Y1.5 013 19 主轴三档到位 Y1.6 014 6 主轴四档到位 Y1.7 015 18 5.5 FANUC 0i Mate 数控系统主轴驱动的连接 FANUC 0i Mate系统主轴控制可分为主轴串行输出/主轴模拟输出(Spindle serial output/Spindle analog output)。用模拟量控制的主轴驱动单元(如变频器)和电动机称为模拟主轴，主轴模拟输出接口只能控制一个模拟主轴。按串行方式传送数据(CNC给主轴电动机的指令)的接口称为串行输出接口;主轴串行输出接口能够控制两个串行主轴，必须使用FANUC的主轴驱动单元和电动机。 1、FANUC 0i MateC 数控系统模拟主轴的连接如下图: 图5-6 802C系统与变频器的连接 系统与主轴相关的系统接口有: JA40:模拟量主轴的速度信号接口(0~10V)，CNC输出的速度信号(0-10V)与变频器的模拟量频率设定端连接，控制主轴电机的运行速度。 JA7A:串行主轴/主轴位置编码器信号接口，当主轴为串行主轴时，与主轴变 57 频器的JA7B连接，实现主轴模块与CNC系统的信息传递;当主轴为模拟量主轴时，该接口又是主轴位置编码的主轴位置反馈接口。 2、FANUC Oi Mate主轴相关参数 表5.7 FANUC Oi Mate主轴相关参数 参数号 符号 意义 0i-Mate 3701/1 ISI 使用串行主轴 O 3701/4 SS2 用第二串行主轴 O 3705/0 ESF S和SF的输出 O 3705/1 GST SOR信号用于换挡/定向 3705/2 SGB 换挡方法A，B 3705/4 EVS S和SF的输出 O 3706/4 GTT 主轴速度挡数(T/M型) 3706/6,7 CWM/TCW M03/M04的极性 O 3708/0 SAR 检查主轴速度到达信号 O 3708/1 SAT 螺纹切削开始检查SAR O 3730 主轴模拟输出的增益调整 O 3731 主轴模拟输出时电压偏移的补偿 O 3732 定向/换挡的主轴速度 O 3735 主轴电机的允许最低速度 3736 主轴电机的允许最低速度 3740 检查SAR的延时时间 O 3741 第一挡主轴最高速度 O 3742 第二挡主轴最高速度 O 3743 第三挡主轴最高速度 O 3744 第四挡主轴最高速度 O 3751 第一至第二挡的切换速度 3752 第二至第三挡的切换速度 3771 G96的最低主轴速度 O 3772 最高主轴速度 O 4019/7 主轴电机初始化 O 4133 主轴电机代码 O 58 1)FANUC 0i的模拟主轴设置和siemens802s/c的模拟主轴设置基本类似，也可以分为单极性主轴和双极性主轴。单/双极性主轴的设置首先通过CNC主轴参数3706#6、#7设置极性。 TCW、CWM为主轴速度输出时电压极性。 其次，通过变频器参数选择频率控制输入信号的类型，以FUJI FRENIC-Multi 为例，设置F01为1。 F01，C30 分别是频率设定,，频率设定, 选择频率设定的设定方法。 59 , 通过端子 12 输入两极(DC0,?10V)的模拟电压时，请将功能代 码 C35 设置为0。C35 的数据为 1 时仅 DC0,+10V 有效，负极输入 DC0, -10V 视为 0(零)V。 , 端子 C1 通过接口印刷电路板上的开关 SW7 和功能代码 E5 的设 定，可作为电流输入(C1 功能)或电压输入(V2 功能)使用。 , 除了本设定以外，还有优先级较高的设定手段(通信、多段频率等)。 有关详情，请参照「FRENIC-Multi 用户手册」。 2)参数 NO.3735设定主轴电机最低箝制速度，参数 NO.3736设定主轴电机最高箝制速度，设定数据的范围为:0,4095。 但是，主轴电机箝制速度的设定并不是一直有效的，如果指定了恒表面速度控制功能或GTT(NO.3706.,4)，这两个参数无效。在这种情况下，不能指定主轴电机的最大箝制速度。但是可以由参数NO.3772(第一轴)、NO.3802(第二轴)、NO.3822(第三轴)设定主轴最大速度。 3)数控机床一般采用手动换档和自动换档两种方式，前一种方式是在主轴停止后，根据所需要的主轴速度人工拨动机械档位至相应的速度范围;后者，首先执行S功能，检查所设定的主轴转速，然后根据所在的速度范围发出信号，一般采用液压方式换到相应的档位。所以在程序当中或使用MDI方式，S功能应该写在M3(M4)之前，在某些严格要求的场合，S指令要写在M3(M4)的前一行，使机床能够先判断、切换档位后启动主轴。对手动换档机床，当S功能设定的主轴速度和所在档位不一致时，M3(M4)若写在S功能前，可以看到主轴首先转动，然后立即停止，再报警的情况，这对机床有一定的伤害。因此，应注意书写格式。对每一个档位，都需要设置它的主轴最高转速，这是由参数 NO.3741 、NO.3742、NO.3743和NO.3744(齿轮档1、2、3和4的主轴最高转速)所设定的，它们的数据单位是min-1，数据范围:0,32767。显然，参数的设置是和实际机床的齿轮变比有关系，当选定了齿轮组后，相应的参数也就能够设定了。如果M系选择了T型齿轮换档(恒表面速度控制或参数GTT(NO.3706#4)设定为1)，还必须设定参数NO.3744。即使如此，刚性攻丝也只能用3档速度。档位的选择，由参数 NO.3751(档1,档2切换点的主轴电机速度)、参数 NO.3752(档2,档3切换点的主轴电机速度)决定，其数据范围:0,4095，其设定值为: 60 这两个参数的设定要考虑到主轴电机转速和扭矩。另外，要注意在攻丝循环时的档位切换有专用的参数:参数 NO.3761(攻丝循环时档1,档2切换点的主轴电机速度)、参数 NO.3762(攻丝循环时档1,档2切换点的主轴电机速度)，其数据单位:rpm，数据范围:0,32767。而不由参数 NO.3751、 NO.3752决定。 5)主轴速度到达信号SAR是CNC启动切削进给的输入信号。 该信号通常用于切削进给必须在主轴达到指定速度后方能启动的场合。 此时，用传感器检测主轴速度。所检测的速度通过PMC 送至CNC。 当用梯形图连续执行以上操作时，如果主轴速度改变指令和切削进给指令同时发出时，则CNC 系统会根据表示以前主轴状态(主轴速度改变前)的信号SAR，错误启动切削进给。为避免上述问题，在发出S指令和切削进给指令后，对SAR 信号进行延时监测。延迟时间由参数No.3740 设定。 使用SAR 信号时，需将参数No.3708 第0 位(SAR)设定为1。 当该功能使切削进给处于停止状态时，诊断画面上的No.06(主轴速度到达检测)保持为1。 5.6 串行数字控制的主轴驱动装置的连接 不同数控系统的串行数字控制的主轴驱动装置是不同的，下面以FANUC公司产品系列为例，说明主轴驱动装置的功能连接及设定、调整。 图5-7 Fanuc 0i主轴连接示意图 5.3.1 电源模块原理及作用(FANUC系统α系列) 61 图5-8 电源模块主电路 电源模块将L1、L2、L3输入的三相交流电(200V)整流、滤波成直流电(300V)，为主轴驱动模块和伺服 模块提供直流电源;200R、200S控制端输入的交流电转换成直流电(DC24V、DC5V)，为电源模块本身提供控制回路电源;通过电源模块的逆块把电动机的再生能量反馈到电网，实现回馈制动。 1、FANUC系统α系列电源模块的端子功能 62 图5-9 FANUC 的α系列的电源模块 ?DC Link盒:直流电源(DC300V)输出端，该接口与主轴模块、伺服模块的直流输入端连接。 ?状态指示窗口(,,,,,,): ,，,(绿色)表示电源模块控制电源工作 ,,,(红色)表示电源模块故障 ,,表示电源模块未启动 ,,表示电源模块启动就绪 ,,表示电源模块报警信息 ?,,,, 控制电路电源输入200V、3.5A ?,,,,:交流,,,,输出，该端口与主轴模块的 ?,,,,/,,,,:均为,,，,,,输出 63 ?直流母排电压显示(充电批示灯):该指示灯完全熄灭后才能对模块电缆进行各种操作。 ?JX1B:模块之间的连接接口。与下一个模块的接口 JX1A相连。进行各模块之间的报警住处及使能信号的传递。最后一个模块的JX1B必须用短接盒(5、6)脚短接)将模块间的使能信号短接，否则系统报警。 ?CX3:主电源MCC(常开点)控制信号接口。一般用于电源模块三相交流电源输入主接触器的控制。 ?CX4:*ESP急停信号接口。一般与机床操作面板的急停开关的常闭点相接，不用该信号时，必须将CX4短接，否则系统处于急停报警状态。 ?,, ,,:再生制动电阻的选择开关 检测脚的测试端:IR\IS为电源模块交流输入(L1、L2)的瞬时电流值;24V、5V分别为控制电路电压的检测端。 ?,, ,, ,,:三相交流,,,,输入，一般与三相伺服变压器输出端连接。 2、FANUC系统α系列电源模块的连接 DC Link:DC300V输出，连 接到主轴模块及进给模块 CX1A:交流200V控制 电源输入，连接到机 床控制变压器 CX1B:交流200V电压输出， 连接到主轴模块的CX1A CX2A、CX2B:直流电 压DC24V输出，连接 到主轴模块的CX2A JX1B:模块之间信息连接， 连接到主轴模块的JX1A CX3:MCC动作确认信CX4:系统急停信号，连接号，连接到主接触器到机床面板的急停开关 的控制线圈回路中 L1、L2、L3:三相交流电 源输入，经接触器连接到 伺服变压器 图5-10 FANUC系统α系列电源模块的连接 3、FANUC系统α系列电源模块报警代码 64 4、 FANUC串行数字控制的主轴模块端口及连接 α系列FANUC 0i主轴模块各指示灯和接口信号的定义 图8-6为SPM—15主轴模块。 SPM—15主轴模块各指示灯和接口信号的定义如下: 1)TBl——直流电源输入端。该接口与电源模块直流电源输出端、 伺服模块的直流输入端连接。 2)STATUS——表示LED状态。用于表示伺服模块所处的状态，出现异常时，显示相关的报警代码。 3)CX1A——交流200 V输入接口。该端口与电源模块的CXlB端口连接。 4)CX1B——交流200 V输出接口。 5)CX2A——直流24 V输入接口。一般地，该接口与电源模块地CX2B连接，接收急停信号。 6)CX2B——直流24 V输出接口。一般地，该接口与下一伺服模块地CX2A连接，输出急停信号。 7)直流回路连接充电状态LED。在该指示灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行各种操作，否则有触电危险。 8)JX4——伺服状态检查接口。该接口用于连接主轴模块状态检查电路板。通过主轴模块状态检查电路板可获取模块内部信号的状态(脉冲发生器盒位置编码器的信号)。 9)JX1A——模块连接接口。该接口一般与电源的JX1B连接，作通信用。 10)JX1B——模块连接接口。该接口一般与下一个伺服模块的JX1A连接。 11)JY1——主轴负载功率表和主轴转速表连接接口。 12)JA7B——通信串行输入连接接口。该接口与控制单元的JA7A(SPDL—1)接口相连。 13)JA7A——通信串行输出连接接口。该接口与下一主轴(如果有的话)的JA7B接口连接。 14)JY2——脉冲发生器，内置探头和电动机CS轴探头连接接口。 15)JY3——磁感应开关和外部单独旋转信号连接接口。 16)JY4——位置编码器和高分辨率位置编码器连接接口。 17)JY5——主轴CS轴探头和内置CS轴探头。 18)三相交流变频电源输出端。该接口与相对应的伺服电机连接。 65 DC Link:DC300V输入，连接CX1A:交流200V电压输入 到电源模块的直流电压输出 连接到电源模块的CX2B CX2A:DC24V输入接口 与电源模块的CX2B相连 CX2B:DC24V输出，连接到 伺服模块的CX2A JX1A:模块之间信息接口连 接到电源模块的JX1B JA7B:主轴信息输入信号，连 JY2:主轴电动机内装传感接到CNC系统的JA7A 器信号及定子绕组温度开关JY4:主轴位置和速度检测信信号 号，连接到主轴位置编码器 U、V、W:连接到主轴电动机， 为动力电源 图5-11 FANUC系统α系列主轴模块的连接 5、 FANUC系统α系列主轴模块的连接电路 图5-11为α系列主轴模块的连接电路，三相动力电源通过伺服变压器(把380V电压转换成200V电压)输送到电源模块的控制电路输入端、电源模块主电路的输入端以及作为主轴电动机的风扇电源。JY2连接到内装了A、B相脉冲发生器的主轴电动机，JY2作为主轴电动机的速度反馈及主轴电动机过热检测信号接口。JY4连接到主轴位置编码器，实现主轴位置及速度的控制，完成数控机床的主轴与进给的同步控制及主轴的准停控制等。CX4连接到数控机床操作面板的系统急停开关，实现硬件系统急停信号的控制。 66 急停开关 内装速度专感器 控制电源 电主源轴串行主轴电动机模模块块 来自单元来自主轴独立编码器主电源 图5-12 FANUC系统α系列主轴模块的连接电路 5.7 通用变频主轴系统常见故障及处理 表5.9 通用变频主轴常见故常与处理 故障可能原因 处理方法 现象 CNC无速度信号检测速度给定信号，检查系统参数 输出 1)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、过压、欠压以 及功率块故障等)。 主轴驱动器故障 2)频率指定源和运行指定源的参数是否设置正电动确。 机不运转 3)智能输入端子的输入信号是否正确。 电源是否已提供给端子 变频器输出端子运行命令是否有效, U、V、W不能提供电源 RS(复位)功能或自由运行停车功能是否处于开 启状态 负载过重 电动机负载是否太重 67 主轴电动机故障 电机损坏 输出端子U/T1，使得电动机的相序与端子连接相对应，通常来说: V/T2和W/T3的连接是正转(FWD),U,V,W，和反转(REV),U,W, 否正确 V 电动电动机正反转的 机反转 相序是否与U/T1，V/T2 和W/T3相对应 控制端子(FW)和端子(FW)用于正转， (RV)连线是否正确 (RV)用于反转 如果使用模拟输检查连线 入，电流或电压“O”检查电位器或信号发生器 或“OI” 电动减少负载 机转速不负载太重 重负载激活了过载限定(根据需要不让此过载信能到达 号输出) 系统参数设置错检查相关参数 误 负载波动过大 增加电动机容量(变频器及电动机) 转动电源不稳定 解决电源问题 不稳定 该现象只是出现稍微改变输出频率，使用调频设定将此有问题的 在某一特定频率下 频率跳过 检查电动机是否短路或局部短路，输出线绝缘是 否良好 延长加速时间 加速中过流 变频器配置不合理，增大变频器容量 减低转矩提升设定值 过流 检查电动机是否短路或局部短路，输出线绝缘是 否良好 检查电动机是否堵转，机械负载是否有突变 恒速中过流 变频器容量是否太小，增大变频器容量 电网电压是否有突变 68 输出连线绝缘是否良好，电动机是否有短路 现象 延长减速时间 减速中或停车时 过流 更换容量较大的变频器 直流制动量太大，减少直流制动量 机械故障，送厂维修。 检查电动机连线是否有短路 短路 对地短路 检查输出线绝缘是否良好 送修 停车中过压 , 延长减速时间，或加 加速中过压 装刹车电阻 过压 , 改善电网电压，检查恒速中过压 是否有突变电压产生 减速中过压 检查输入电压是否正常 低压 检查负载是否突然有突变 是否缺相 检查风扇是否堵转，散热片是否有异物 变频器过热 环境温度是否正常 通风空间是否足够，空气是否能对流 检查变频器容量是否配小，否则加大容量 变频连续超负载检查机械负载是否有卡死现象 器过载 150,一分钟以上 V/F曲线设定不良，重新设定 机械负载是否有突变 电动机配用太小 电动机发热绝缘变差 电动连续超负载 机过载 150,一分钟以上 电压是否波动较大 是否存在缺相 机械负载增大 机械负载是否有波动 电动机过转矩 电动机配置是否偏小 69 参数1)最大频率设定是否正确。 主轴转速与变频设置不正2) 验证V/F设定值与主轴电机规格是否相器不匹配 确 匹配。3)确保所有比例项参数设定正确。 1)CRT画面有报警显示。 主轴2)通过PLC状态显示观察编码器的信号状主轴与进给不匹编码器有态。 配(螺纹加工时) 问题 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。 5.3 交流伺服主轴驱动系统及故障维修 5.3.1 交流伺服主轴驱动系统 数控加工中心对主轴有较高的控制要求，首先要求在大力矩、强过载能力的基础上实现宽范围无级变速，其次要求在自动换刀动作中实现定角度停止(即准停)，这使加工中心主轴驱动系统比一般的变频调速系统或小功率交流伺服系统在电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和运行参数整定上具有更大的难度。主轴的驱动可以使用交流变频或交流伺服2种控制方式，交流变频主轴能够无级变速但不能准停，需要另外装设主轴位置传感器，配合CNC系统PMC (指数控系统内置PLC)的逻辑程序来完成准停速度控制和定位停止;交流伺服主轴本身即具有准停功能，其自身的轴控PLC信号可直接连接至CNC系统的PMC，配合简捷的PMC逻辑程序即可完成准停定位控制，且后者的控制精度远远高于前者。 交流伺服主轴驱动系统由主轴驱动单元、主轴电动机和检测主轴速度与位置的旋转编码器3部分组成，主要完成闭环速度控制，但当主轴准停时则完成闭环位置控制。由于数控机床的主轴驱动功率较大，所以主轴电动机采用鼠笼式感应电动机结构形式，旋转编码器可以在主轴外安装，也可以与主轴电动机做成一个整体，主轴驱动单元的闭环控制、矢量运算均由内部的高速信号处理器及控制系统实现。与交流伺服驱动一样，交流主轴驱动系统也有模拟式和数字式两种型式 。 5.8 交流伺服主轴驱动系统常见故障 交流主轴驱动系统按信号形式又可分为交流模拟型主轴驱动单元和交流数字型主轴驱动单元。交流主轴驱动除了有直流主轴驱动同样的过热、过载、转速不正常报警或故障外，还有另外的故障条目，总结如下。 1、 主轴不能转动，且无任何报警显示。 产生此故障的可能原因及排除方法见表5.9。 70 表5.9 主轴不能动故障原因 可能原因 检查步骤 排除措施 机械负载过大 尽量减轻机械负载 主轴与电动机连接在停机的状态下，查看皮带的调整皮带 皮带过松 松紧程度 主轴中的拉杆未拉有的机床会设置敏感元件的重新装夹好刀具或工件 紧夹持刀具的拉钉反馈信号，检查次反馈信号是 (在车床上就是卡盘否到位 未夹紧工件) 系统处在急停状态 检查主轴单元的主交流接触更具实际情况下，松开急 器是否吸合 停; 机械准备好信号断排查机械准好信号电路 路 主轴动力线断线 用万用表测量动力线电压 确保电源输入正常 电源缺相 正反转信号同时输利用PLC监查功能查看相应 入 信号 无正反转信号 通过PLC监视画面，观察正反一般为数控装置的输出有 转指示信号是否发出 问题，排查系统的主轴信号 输出端子 使能信号没有接通 通过CRT观察I/O状态，分析检查外部启动的条件是否 机床PLC梯形图(或流程图)，符合 以确定主轴的启动条件，如润 滑、冷却等是否满足; 主轴驱动装置故障 有条件的话，利用交换法，确更换主轴驱动装置 定是否有故障 主轴电动机故障 更换电动机 2、主轴速度指令无效，转速仅有1,2r/min。 表5.10。 可能原因 检查步骤 排除措施 动力线接线错误 检查主轴伺服与电动机之间的确保连线对应 71 UVW连线 CNC模拟量输出(D/A)用交换法判断是否有故障 更换相应电路板 转换电路故障 CNC速度输出模拟量测量相应信号，是否有输出且更换指令发送口或更换数与驱动器连接不良或是否正常 控装置 断线 主轴驱动器参数设定查看驱动器参数，是否正常 依照说明书，正确设置参数 不当 反馈线连接不正常 查看反馈连线 确保反馈连线正常 反馈信号不正常 检查反馈信号的波形 调整波形至正确或更换编 码器 3、速度偏差过大 指的是主轴电机的实际速度与指令速度的误差值超过允许值，一般是启动时电机没有转动或速度上不去。引起此故障的原因见表5.11。 表5.11 速度偏差过大报警综述 可能原因 检查步骤 排除措施 反馈连线不良 不启动主轴，用手盘动主轴使主确保反馈连线正确 轴电动机以较快速度转起来，估反馈装置故障 更换反馈装置 计电机的实际速度，监视反馈的 实际转速 动力线连接不正常 用万用表或兆欧表检查电动机确保动力线连接正常 或动力线是否正常(包括相序不动力电压不正常 确保动力线电压正常 正常) 机床切削负荷太重，切 重新考虑负载条件，减削条件恶劣 轻负载，调整切削参数 机械传动系统不良 改善机械传动系统条件 制动器未松开 查明制动器为松开的原因 确保制动电路正 常 驱动器故障 利用交换法，判断是否有故更换出错单元 障 电流调节器控制板故障 电动机故障 72 4.过载报警。 削用量过大，频繁正、反转等均可引起过载报警。具体表现为主轴过热、主轴驱动装置显示过电流报警等造成此故障的可能原因见表5.12 。 表5.12 可能原因 检查步骤 排除措施 长时间开机后再负载太大 检查机械负载 调整切削参数，干山出现此故障 切削条件，减轻负载 频繁正、反转 减少频繁正、翻转次 数 开机后即出现此 报警 5、主轴振动或噪声过大 首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。 检查方法: , 若在减速过程中发生，一般是由驱动装置造成的，如交流驱动中的再生回路故障; , 若在恒转速时产生，可通过观察主轴由停车过程中是否有噪声和振动来区别，如存在，则主轴机械部分有问题; , 检查振动周期是否与转速有关，如无关，一般是主轴驱动装置未调整好;如有关系，应检查主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。 表5.13 主轴振动或噪声过大的故障综述 故障部位 可能原因 检查步骤 排除措施 电气部分系统电源缺相、相序不正测量输入的系统电源 确保电源正确 故障 确或电压不正常 反馈不正确 测量反馈信号 确保接线正确，且反馈 装置正常 驱动器异常，如:增益调 根据参数说明书，设置 整电路或颤动调整电路好相关参数 的调整不当 三相输入的相序不对 用万用表测量输入电源 确保电源正确 机械部分主轴负荷过大 重新考虑负载条件，减故障 轻负载 73 润滑不良 是否缺润滑油， 加注润滑油 是否润滑电路或电机故检修润滑电路 障， 是否润滑漏油 更换润滑导油管 主轴与主轴电动机的连在停机的情况下，检查调整皮带的连接 接皮带过紧 皮带松紧程度 轴承故障、主轴和主轴电目测，可判断这个机械调整轴承， 动机之间离合器故障 连接是否正常 轴承拉毛或损坏 可拆开相关机械结构后更换轴承 目测 齿轮有严重损伤 更换齿轮 主轴部件上动平衡不好当主轴电机最高速度校核主轴部件上的动平 (丛最高速度向下时发时，关掉电源，惯性运衡条件，调整机械部分 生次此故障) 转时是否仍有声音 轴承预紧力不够或预紧 调紧预紧螺钉 螺钉松动 游隙过大或齿轮啮合间 调整机床间隙， 隙过大 例:配套某系统的数控车床，在加工过程中，发现在端面加工时，表面出现周期性波纹。 故障分析与处理过程:数控车床端面加工时，表面出现振纹的原因很多，在机械方面如:刀具、丝杠、主轴等部件的安装不良、机床的精度不足等等都可能产生以上问题。 但该机床为周期性出现，且有一定规律，根据通常的情况，应与主轴的位置监测系统有关，但仔细检查机床主轴各部分，却未发现任何不良。 仔细观察振纹与X轴的丝杠螺距相对应，因此维修时再次针对X轴进行了检查。 检查该机床的机械传动装置，其结构是伺服与滚珠丝杠间通过齿形带进行联接，位置反馈编码器采用的是分离型布置。 检查发现X轴的分离式编码器安装位置与丝杠不同心，存在偏心，即:编码器轴心线与丝杠中心不在同一直线上，从而造成了X轴移动过程中的编码器的旋转不均匀，反映到加工中，则出现周期性波纹。 重新安装、调整编码器后，机床恢复正常。 74 6、直流侧保险丝熔断报警。 三相220V交流电经整流桥整流到直流300V，经过一个保险后给晶体管模块，控制板检测此保险两端的电压，如果太大，则产生比报警。产生此报警的原因可能见表5.14。 表5.14 可能原因 检查步骤 排除措施 保险已经断开 用万用表检查直流保确保保险在可工作状 险是否断开 态 连线不良 检查主控制板与主轴确保连线正常 单元的连接插座是否紧合 电动机电枢线短路 用万用表测量各输出确保没有短路现象 线，测量是否短路 电动机电枢绕组短路 或局部短路 电动机电枢线对地短 路 输入电源存在缺相 用万用表测量电压 确保电源正常 7、主轴在加/减速时工作不正常。 其可能原因见表5.15。 表5.15 可能原因 检查步骤 排除措施 电动机加/减速电流查看相关参数项是否正确设置参数 预先设定、调整不当 正常 加/减速回路时间常 数设定不当 反馈信号不良 在可以在不通电的情如果反馈装置故障， 况下，移交快速速度，手则更换反馈装置;如果反 转动主轴，测量反馈信号，馈回路故障(如接线错 是否与主轴转动的速度成误)，则排查相应故障 比例 电动机/负载间的惯 重新校核负载， 量不匹配 机械传动系统不良 75 8、外界干扰，主轴转速会出现随机和无规律性的波动。具体情况见表5.16。表5.16 可能原因 检查步骤 排除措施 屏蔽和接地措 处理好接地，做好屏施不良 蔽处理 主轴转速指令测量输出信号是否与转速对加抗干扰的磁环 信号受到干扰 应的模拟电压匹配 反馈信号受到测量反馈信号是否与输出信加抗干扰的磁环 干扰 号是否匹配 9、主轴不能进行变速。可能的原因见表5.17。 表5.17 可能原因 检查步骤 排除措施 CNC参数设置不当 检查有关主轴的参依照参数说明书，正确 数 设置参数 加工程序编程错误 检查加工程序 正确使用控制主轴的 M03、M04，S指令 D/A转换电路故障 用交换法判断是否更换相应电路板 有故障 主轴驱动器速度模拟测量相应信号，是更换指令发送口或更换量输入电路故障 否有输出且是否正常 数控装置 例:一台配套某系统的立式加工中心，主轴在低速时(低于120r/min)时，S指令无效，主轴固定以120r/min转速运转。 分析与处理过程:由于主轴在低速时固定以120r/min转速运转，可能的原因是主轴驱动器有120r/min的转速模拟量输入，或是主轴驱动器控制电路存在不良。 为了判定故障原因，检查CNC内部S代码信号状态，发现它与S指令值一一对应;但测量主轴驱动器的数模转换输出(测两端CH2)，发现即使是在S为0时，D/A转换器虽然无数字输入信号，但其输出仍然为0.5V左右的电压。 由于本机床的最高转速为2250r/min，对照下表看出，当D/A转换器输出0.5V左右时，转速应为120r/min左右，因此可以判定故障原因是D/A转换器(型号:DAC80)损坏引起的。 76 更换同型号的集成电路后，机床恢复正常。 指令、电压、转速对应表 二进制转S模拟转速/ 速指令 输出/V (r/min) 0000 0000 0 0 0000 0000 0101 0.222 50 1011 0000 1011 0.444 100 0110 1111 1111 9.999 2250 1111 又例:配套某系统的数控车床，使用安川变频器作为主轴驱动装置，当输入指令S**M03后，主轴旋转，但转速不能改变。 分析与处理过程:由于该机床主轴采用的是变频器调速，在自动方式下运行时，主轴转速是通过系统输出的模拟电压控制的。利用万用表测量变频器的模拟电压输入，发现在不同转速下，模拟电压有变化，说明CNC工作正常。 进一步检查主轴的方向输入信号正确，因此初步判定故障原因是变频器的参数设定不当或外部信号不正确所引起的。经检查变频器参数设定，发现参数设定正确;检查外部控制信号，发现在主轴正传时，变频器的多级固定速度控制输入信号中有一个被固定为“1”，断开此信号后，主轴恢复正常。 10、螺纹或攻丝加工出现“乱牙”故障。数控车床加工螺纹，其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行插补，“乱牙”是由于主轴与Z轴进给不能实现同步引起的。主轴的角位移是通过主轴编码器进行测量的。一般螺纹加工时，系统进行的是主轴每转进给动作，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。 检查故障的具体步骤可分为: , 一般来说根据CRT画面有报警显示确认是“乱牙现象”(具体报警为:主轴转速与进给不匹配); , 通过CRT调用机床数据或I/O状态，观察编码器的信号状态; , 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。 可能原因及排除措施见下表5-19: 77 可能原因 检查步骤 排除措施 主轴编码器“零位脉用万用表测量编码更换编码器 冲”不良或受到干扰 器反馈信号，检查是否正 常 主轴编码器联轴器松检查编码器连线 确实反馈回路正常 动或断裂 编码器信号线接地、 按上面的“外部干扰”屏蔽不良，被干扰 故障处理 主轴转速不稳，有抖 按上面提到的“主轴转动 速不稳”解决 加工程序有问题如:空运行程序，判断修改加工程序如:在用主轴转速尚未稳定，就执是否有此现象发生 (G32)前加G04延时指令或行了螺纹加工指令(G32)，更改螺纹加工程序的起始导致了主轴Z轴进给不能点，使其离开工件一段距离，实现同步，造成“乱牙”。 保证在主轴速度稳定后，再 开始螺纹加工，即可实现正 常的螺纹加工。 例:配套某系统的数控车床，在G32车螺纹时，出现起始段螺纹“乱牙”的故障。 分析与处理过程:数控车床加工螺纹，其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行的插补，“乱牙”是由于主轴与Z轴进给不能实现同步引起的。 由于该机床使用的是变频器作为主轴调速装置，主轴速度为开环控制，在不同的负载下，主轴的起动时间不同，且起动时的主轴速度不稳，转速亦有相应的变化，导致了主轴与Z轴进给不能实现同步。 解决以上故障的方法有如下两种: , 通过在主轴旋转指令(M03)后、螺纹加工指令(G32)前增加G04延时指令，保证在主轴速度稳定后，再开始螺纹加工。 , 更改螺纹加工程序的起始点，使其离开工件一段距离，保证在主轴速度稳定后，再真正接触工件，开始螺纹的加工。 通过采用以上方法的任何一种都可以解决该例故障，实现正常的螺纹加工。 78 5.9 通用变频器故障维修实例 例1变频器出现过流报警的维修 故障现象:一台西门子802C系统数控车床，台达VFD-B变频器，主轴运行突然停止，变频器面板上出现OC-C报警。 分析与处理过程:台达变频器OC-C报警的含义是过电流，造成过电流的原因可能是变频器内部、外部有短路或过载。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)电机与变频器间的连线是否有搭壳短路现象 2)主轴驱动器控制板不良。 3)电动机连续过载。 4)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，发现其中一相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。 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。 例3:不执行螺纹加工的故障维修 故障现象:配套某系统的数控车床，在自动加工时，发现机床不执行螺纹加 79 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。 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) 主轴驱动器与数控装置之间的位置反馈信号电缆连接不良。 4) 主轴编码器方向设置错误 。 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;在利用示波器检查Z、-Z信号，可以确认编码器零脉冲输出信号正确。 根据检查，可以确定主轴位置监测系统工作正常。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的设定有关，当该位设定为“0”时，Z轴进给时不监测“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置与系统的指令指一致时，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，该信号连接线断开;重新连接后，螺纹加工动作恢复正常。 例4: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。 例5:安川变频主轴在换刀时出现旋转的故障维修 80 故障现象:配套某系统的数控车床，开机时发现，当机床进行换刀动作时，主轴也随之转动。 分析与处理过程:由于该机床采用的是安川变频器控制主轴，主轴转速是通过系统输出的模拟电压控制的。根据以往的经验，安川变频器对输入信号的干扰比较敏感，因此初步确认故障原因与线路有关。 为了确认，再次检查了机床的主轴驱动器与刀架控制的原理图于实际接线，可以判定在线路连接、控制上两者相互独立，不存在相互影响。 进一步检查变频器的输入模拟量屏蔽电缆布线与屏蔽线连接，发现该电缆的布线位置与屏蔽线均不合理，将电缆重新布线并对屏蔽线进行重新连接后，故障消失。 例6:主轴定位出现超调的故障维修 故障现象:某加工中心，配套611A主轴驱动器，在执行主轴定位指令时，发现主轴存在明显的位置超调，定位位置正确，系统无故障。 分析与故障处理:由于系统无报警，主轴定位动作正确，可以确认故障是由于主轴驱动器或系统调整不良引起的。 解决超调的方法有很多种，如:减小加减速时间、提高速度环比例增益、降低速度环积分时间等等。检查本机床主轴驱动器参数，发现驱动器的加减速时间设定为2s，此值明显过大;更改参数，设定加减速时间为0(5s后，位置超调消除。 81