邱德琴

【摘　要】本文通過對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)的介紹，闡述了主軸伺服系統(tǒng)的故障所產(chǎn)生的形式、不同的故障點(diǎn)主要產(chǎn)生的原因，以及根據(jù)不同故障所表現(xiàn)形式去分析、解決問題。通過對(duì)主軸伺服系統(tǒng)維修實(shí)例的講解，為我們今后在生產(chǎn)一線提供一些解決問題的思路。

【關(guān)鍵詞】主軸伺服系統(tǒng)；故障診斷；主軸編碼器；CNC

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。它帶動(dòng)工件或刀具作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而能配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工出理想的零件。主軸驅(qū)動(dòng)變速目前主要有兩種形式：一是主軸電動(dòng)機(jī)齒輪換檔，目的在于降低主軸轉(zhuǎn)速，增大傳動(dòng)比，放大主軸功率以適應(yīng)切削的需要;二是主軸電動(dòng)機(jī)通過同步齒形帶或皮帶驅(qū)動(dòng)主軸，該類主軸電動(dòng)機(jī)又稱寬域電機(jī)或強(qiáng)切削電動(dòng)機(jī)，具有恒功率寬的特點(diǎn)。由于無(wú)需機(jī)械變速，主軸箱內(nèi)省卻了齒輪和離合器，主軸箱實(shí)際上成了主軸支架，簡(jiǎn)化了主傳動(dòng)系統(tǒng)，從而提高了傳動(dòng)鏈的可靠性。

1、主軸伺服系統(tǒng)故障診斷

數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸要求在很寬范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速可調(diào)，恒功率范圍寬。當(dāng)要求機(jī)床有螺紋加工功能、準(zhǔn)停功能和恒功率加工等功能時(shí)，就要對(duì)主軸提出相應(yīng)的進(jìn)給控制和位置控制要求。此時(shí)，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也可稱為主軸伺服系統(tǒng)，相應(yīng)的主軸電動(dòng)機(jī)裝配有編碼器作為主軸位置檢測(cè);另一種方法就是在主軸上直接安裝外置式的編碼器，這在機(jī)床改造和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中用得較多。當(dāng)主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常有三種表現(xiàn)形式：一是在CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容或報(bào)警信息;二是在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上用報(bào)警燈或數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)動(dòng)裝置的故障;三是主軸工作不正常，但無(wú)任何報(bào)警信息。主軸伺服系統(tǒng)常見故障有：

1.1過載

原因：切削用量過大，頻繁正、反轉(zhuǎn)等均可引起過載報(bào)警。 具體表現(xiàn)為：主軸電動(dòng)機(jī)過熱主軸驅(qū)動(dòng)裝置顯示過電流報(bào)警等。

1.2主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)

電氣系統(tǒng)原因：1）檢查CNC系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出。2）檢查使能信號(hào)是否接通。通過CNC顯示器觀察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。3）主軸電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線斷裂或主軸控制單元連接不良。4）機(jī)床負(fù)載過大。5）主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障。6）主軸電機(jī)故障。

機(jī)械故障原因，在機(jī)械方面，主軸不轉(zhuǎn)常發(fā)生在強(qiáng)力切削下，可能原因有：1）主軸與電機(jī)連接皮帶過松或皮帶表面有油，造成打滑。2）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）。

1.3 主軸轉(zhuǎn)速異常或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定

當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過技術(shù)要求所規(guī)定的范圍時(shí)，要考慮：1）CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉(zhuǎn)速模擬量（通常為0～±10v）沒有達(dá)到與轉(zhuǎn)速指令對(duì)應(yīng)的值，或速度指令錯(cuò)誤。2）CNC系統(tǒng)中D/A變換器故障。3）主軸轉(zhuǎn)速模擬量中有干擾噪聲。4）測(cè)速裝置有故障或速度反饋信號(hào)斷線。5）電動(dòng)機(jī)過載。6）電動(dòng)機(jī)不良（包括勵(lì)磁喪失）。7）主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障。

1.4 主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)或噪聲太大

首先要區(qū)別噪聲及振動(dòng)發(fā)生在主軸機(jī)械部分還是電器部分。檢查方法有：1）在減速過程中發(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。2）在恒轉(zhuǎn)速時(shí)，可通過觀察主軸電動(dòng)機(jī)自由停車過程中是否有噪聲和振動(dòng)來(lái)區(qū)別，如存在，則主軸機(jī)械部分有問題。3）檢查振動(dòng)的周期是否與轉(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)，應(yīng)檢查主軸機(jī)械部分是否 良好，測(cè)速裝置是否不良。

電器方面可能的原因：1）電源缺相或電源電壓不正常。2）控制單元上的電源開關(guān)設(shè)定（50/60Hz切換）錯(cuò)誤。3）伺服單元上的增益電路和顫抖電路調(diào)整不好（或設(shè)置不當(dāng)）。4）電流反饋回路未調(diào)整好。5）三相輸入的相序不對(duì)。

機(jī)械方面的原因：1）主軸箱與床身的連接螺釘松動(dòng)。2）軸承預(yù)緊力不夠或預(yù)緊螺釘松動(dòng)，游隙過大，使之產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，應(yīng)重新調(diào)查。3）軸承損壞，應(yīng)更換軸承。4）主軸部件上動(dòng)平衡不好，應(yīng)重新調(diào)整動(dòng)平衡。5）此輪有嚴(yán)重?fù)p傷，或此輪嚙合間隙過大，應(yīng)更換此輪或調(diào)整嚙合間隙。6）潤(rùn)滑不良，因油不足，應(yīng)改善潤(rùn)滑條件，使?jié)櫥统渥恪?）主軸與主軸電機(jī)的連接皮帶過緊，應(yīng)移動(dòng)電機(jī)座調(diào)整皮帶使松緊度合適。8）連接主軸與電機(jī)的連軸器故障。9）主軸負(fù)荷太大。

1.5主軸加/減速時(shí)工?不正常

造成此故障的原因有下述幾種：1）減速極限電路調(diào)整不良。2）電流反饋回路不良。3）加/減速回路時(shí)間常數(shù)設(shè)定和負(fù)載貫量不匹配。4）驅(qū)動(dòng)器再生制動(dòng)電路故障。5）傳動(dòng)帶連接不良。

1.6 外界干擾

主軸轉(zhuǎn)速出現(xiàn)隨機(jī)和無(wú)規(guī)律性的波動(dòng)。由于受電磁干擾，屏蔽或接地措施不良，主軸轉(zhuǎn)速指令信號(hào)或反饋信號(hào)受到干擾，使主軸驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)隨機(jī)和無(wú)規(guī)律性的波動(dòng)。判別有無(wú)干擾的方法是：當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速指令為零時(shí)?主軸仍往復(fù)擺動(dòng)，調(diào)整零速平衡和漂移補(bǔ)償也不能消除故障。

1.7 主軸速度指令無(wú)效，轉(zhuǎn)速僅有1～2r/min

原因：1）CNC模擬量輸出（D/A）轉(zhuǎn)換電路故障。2）CNC速度輸出模擬量與驅(qū)動(dòng)器連接不良或斷線。3）主軸轉(zhuǎn)向控制信號(hào)極性與主軸轉(zhuǎn)向輸入信號(hào)不一致。4）主軸驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定不當(dāng)。

1.8 主軸不能進(jìn)行變速

造成主軸不能轉(zhuǎn)速主要有以下原因：1）CNC參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或編程錯(cuò)誤造成主軸轉(zhuǎn)速控制信號(hào)輸出為某一固定值。2）D/A轉(zhuǎn)換電路故障。3）主軸驅(qū)動(dòng)器速度模擬量輸入電路故障。

1.9 螺紋加工出現(xiàn)“亂牙”故障

數(shù)控車床加工螺紋，其實(shí)質(zhì)是主軸的角位移與Z軸進(jìn)給之間進(jìn)行插補(bǔ)，主軸的角位移是通過主軸編碼器進(jìn)行測(cè)量的，一般螺紋加工時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行的是主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給動(dòng)作，要執(zhí)行每轉(zhuǎn)進(jìn)給的指令，主軸必須有每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖的反饋信號(hào)，“亂牙”往往是由于主軸與Z軸進(jìn)給不能實(shí)現(xiàn)同步引起的，此外，還有以下原因：1）主軸編碼器或Z軸“零位脈沖”不良或受到干擾。2）主軸編碼器或連軸器松動(dòng)（斷裂）。3）主軸編碼器信號(hào)線接地或屏蔽不良，被干擾。4）主軸轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，有抖動(dòng)。5）主軸轉(zhuǎn)速尚未穩(wěn)定，就執(zhí)行了螺