菲迪亞K211機(jī)床電主軸無法高速旋轉(zhuǎn)故障分析與處理

李軍鋒

昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

我公司一臺(tái)菲迪亞K211高速加工中心采用FIDIA C20系統(tǒng)，使用的是GAMFIOR E13799型號(hào)的電主軸，功率為27kW，最高轉(zhuǎn)速為24 000r/min。電主軸采用PARVEX伺服驅(qū)動(dòng)控制，使用旋轉(zhuǎn)變壓器作為速度檢測(cè)元件，該類型電主軸類似于同步電動(dòng)機(jī)，需要調(diào)整機(jī)械角度與電氣角度重合，電主軸才能保證最大扭矩輸出。

2 故障現(xiàn)象

菲迪亞K211高速加工中心更換備用電主軸后，在0～2 000r/m i n內(nèi)能正常旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速＞2 000r/min時(shí)，電主軸無法旋轉(zhuǎn)，機(jī)床出現(xiàn)“Spindle Drive Fault”報(bào)警，無法正常使用。

3 故障分析及處理

該電主軸是經(jīng)過修理的備用電主軸，在0～2 000r/min內(nèi)能正常旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速＞2 000r/min時(shí)，電主軸無法旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。從故障現(xiàn)象上看，可能存在機(jī)械和電氣等方面的問題。

圖1 菲迪亞K211高速加工中心電主軸

3.1 機(jī)械故障導(dǎo)致電主軸無法高速旋轉(zhuǎn)的可能性

該電主軸采用直聯(lián)主軸，中間沒有齒輪或其他減速機(jī)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。影響電主軸無法高速旋轉(zhuǎn)的原因可能是電主軸軸承損壞。

圖2 電主軸基本結(jié)構(gòu)

對(duì)于電主軸軸承損壞的可能性，我們用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)直棒檢測(cè)電主軸近端跳動(dòng)為0.005mm（電主軸出廠此項(xiàng)精度要求為≤0.008mm）；檢測(cè)電主軸遠(yuǎn)端跳動(dòng)為0.010m m（電主軸出廠此項(xiàng)精度要求為≤0.015mm）；檢測(cè)電主軸端面跳動(dòng)為0.005mm（電主軸出廠此項(xiàng)精度要求為≤0.010mm），如圖3所示。并且手動(dòng)旋轉(zhuǎn)電主軸，電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無異響，因此可以排除電主軸軸承損壞的可能。

圖3 電主軸精度檢測(cè)

3.2 電氣故障導(dǎo)致電主軸無法高速旋轉(zhuǎn)的可能性

電氣故障導(dǎo)致電主軸無法高速旋轉(zhuǎn)的可能性有：①電主軸動(dòng)力電纜有問題。②電主軸控制單元PARVEX伺服驅(qū)動(dòng)存在故障。③電主軸旋轉(zhuǎn)變壓器角度不對(duì)。

電主軸動(dòng)力電纜有問題導(dǎo)致電主軸無法高速旋轉(zhuǎn)的原因有：電主軸動(dòng)力電纜接頭接觸不良，接觸電阻增大或電主軸動(dòng)力電纜三相兩兩之間電阻不平衡。這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致電主軸電流減小，從而導(dǎo)致電主軸能旋轉(zhuǎn)，但無法高速旋轉(zhuǎn)。檢查電主軸動(dòng)力電纜的接頭，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力電纜接頭緊固良好，無松動(dòng)、燒蝕現(xiàn)象，因此排除電主軸電纜接觸不良的可能性。用萬用表檢查電主軸動(dòng)力電纜三相兩兩之間電阻值均為0.8Ω，且三相均對(duì)地電阻無窮大。因此排除電主軸動(dòng)力電纜有問題導(dǎo)致電主軸無法高速旋轉(zhuǎn)的可能性。

如果電主軸控制單元PARVEX伺服驅(qū)動(dòng)存在故障，IGBT性能下降，內(nèi)阻增大，那么PARVEX伺服驅(qū)動(dòng)還是能夠進(jìn)行逆變，輸出電流，但是由于內(nèi)阻變大，輸出電流將變小，就無法滿足電主軸高速旋轉(zhuǎn)。由于現(xiàn)場(chǎng)不具備檢測(cè)IGBT性能條件，我們就對(duì)其PARVEX伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行新備件更換測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明電主軸還是無法高速旋轉(zhuǎn)。因此也排除電主軸控制單元PARVEX伺服驅(qū)動(dòng)存在故障的可能性。

將電主軸后端蓋拆卸，在電主軸末端能看到旋轉(zhuǎn)變壓器，松動(dòng)固定旋轉(zhuǎn)變壓器的3個(gè)固定螺栓，旋轉(zhuǎn)變壓器就可以沿圓周方向移動(dòng)，注意不需要拆除螺栓，通過旋轉(zhuǎn)電主軸就可以調(diào)整旋轉(zhuǎn)變壓器的角度，如圖4所示。

圖4 電主軸旋轉(zhuǎn)變壓器拆卸

電主軸旋轉(zhuǎn)變壓器角度調(diào)整具體方法如下。

第一步，在機(jī)床系統(tǒng)里安裝用于調(diào)整此類型電主軸電氣角度所需要的Parvex Motion Explorer(PME) 軟件，該軟件原本屬于使用軟盤安裝，由于機(jī)床系統(tǒng)升級(jí)后，無法使用軟盤，可以將軟盤disk1～disk5的內(nèi)容拷貝到硬盤上，注意一定要存放在C盤根目錄下，然后啟動(dòng)disk1中的install軟件，一直到安裝完成。

第二步，軟件安裝完成后，在程序中有Parvex Motion Explorer名稱，開啟該軟件，出現(xiàn)圖5所示窗口。

圖5 起始界面

第三步，建立PME軟件與電主軸PARVEX伺服驅(qū)動(dòng)通信。由于該機(jī)床CNC控制臺(tái)主機(jī)上只有一個(gè)COM口，而力士樂坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)、PARVEX電主軸伺服驅(qū)動(dòng)都是使用COM口進(jìn)行通信，正常情況下，COM口被IIB板引出的COM線占用，當(dāng)需要對(duì)電主軸進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時(shí)，需要將IIB板的COM線拔除。

注意：COM口不允許帶電拔插，容易燒壞端口，需要關(guān)機(jī)斷電后，再進(jìn)行拔插。再將PARVEX電主軸伺服驅(qū)動(dòng)的C O M線連接到菲迪亞主機(jī)的COM口，一定注意這個(gè)COM口不是在IIB板上，是在計(jì)算機(jī)主機(jī)的COM口。當(dāng)電纜連接正確，COM口設(shè)置正確（根據(jù)實(shí)際主機(jī)上COM口位置設(shè)定），傳輸率設(shè)置為9 600B。當(dāng)以上條件滿足后，在圖1所示起始界面上，單擊選擇連接PC的圖標(biāo)后，出現(xiàn)圖6所示界面。

圖6 啟動(dòng)界面

第四步，在啟動(dòng)界面上，單擊菜單中的Connection菜單，會(huì)出現(xiàn)提示菜單，問是否讀取驅(qū)動(dòng)中的參數(shù)，選擇“是”后，出現(xiàn)讀取參數(shù)進(jìn)度提示界面，等待參數(shù)讀取完成，期間不要做其他動(dòng)作，如圖7所示。

圖7 讀取參數(shù)進(jìn)度提示界面

第五步，當(dāng)連接成功后，菜單中的Connection選項(xiàng)會(huì)變成Disconnection，說明連接成功，然后在Parameters→Resolver→ Adjustment，對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器角度進(jìn)行調(diào)整（見圖8）。

圖8 校準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)變壓器菜單選擇

第六步，單擊Adjustment菜單后出現(xiàn)以下界面，選擇Start按鈕，進(jìn)入校準(zhǔn)界面，旋轉(zhuǎn)OK按鈕退出此界面，如圖9所示。

圖9 是否進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變壓器校準(zhǔn)界面

第七步，選擇Start按鈕后，出現(xiàn)圖10所示界面。

圖10 旋變調(diào)整界面

第八步，進(jìn)入此界面后，就可以對(duì)電主軸的旋變角度進(jìn)行調(diào)整，具體做法為：?jiǎn)螕鬙N按鈕，電主軸會(huì)旋轉(zhuǎn)一下，用于將電主軸機(jī)械角度定住，這時(shí)電流會(huì)達(dá)到80A左右，一定要在機(jī)床上電的情況下，單擊ON按鈕。保持ON的狀態(tài)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)變壓器的定子線圈角度，直到內(nèi)圈與外圈的兩條紅線重合，角度顯示在0.1°以內(nèi)，如圖11所示。

圖11 旋變角度調(diào)整

第九步，單擊OFF按鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)電主軸上的刀柄讓外圈紅線移動(dòng)120°左右，手離開刀柄，單擊ON按鈕，這時(shí)電主軸會(huì)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，直到內(nèi)外2條紅線重合，角度顯示在0.1°以內(nèi)。如果角度顯示過大，重復(fù)第八步操作，直到刀柄轉(zhuǎn)動(dòng)120°后，單擊ON按鈕后，角度也自動(dòng)回到0.1°以內(nèi)。

第十步，單擊O F F按鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)電主軸上的刀柄，讓外圈紅線移動(dòng)－120°左右，重復(fù)第九步操作，直到刀柄轉(zhuǎn)動(dòng)－120°后，單擊ON按鈕，角度也自動(dòng)回到0.1°以內(nèi)。

通過以上電主軸旋轉(zhuǎn)變壓器角度調(diào)整，使電主軸機(jī)械角度與電氣角度重合后，測(cè)試電主軸高速旋轉(zhuǎn)功能正常，能達(dá)到最高轉(zhuǎn)速24 000r/min，且電主軸溫升正常，電主軸可以正常使用。

4 結(jié)束語

對(duì)于電主軸無法高速旋轉(zhuǎn)故障，進(jìn)行故障排查時(shí)，要從機(jī)械、電氣等方面進(jìn)行分析，列出可能導(dǎo)致問題出現(xiàn)的各種原因，然后分別對(duì)各自的可能性進(jìn)行排查，才能最終找到故障原因，排除故障，取得比較好的效果，使機(jī)床恢復(fù)正常運(yùn)行。