淺析主軸伺服系統(tǒng)故障的內(nèi)容及診斷

新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院　茹亞東

淺析主軸伺服系統(tǒng)故障的內(nèi)容及診斷

新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院茹亞東

摘要：數(shù)控機床對主軸要求在很寬的恒功率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速可調(diào),并有螺紋加工、準停和恒功率加工等功能。主軸驅(qū)動系統(tǒng)也可稱為主軸伺服系統(tǒng),相應的主軸電動機裝有編碼器作為主軸位置檢測（也有在主軸上直接安裝外置式的編碼器）,當主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時（通常有三種表現(xiàn)形式）應根據(jù)具體情況加以分析,判斷故障點迅速排除故障。

關鍵詞：主軸伺服系統(tǒng)；故障；診斷原因

中圖分類號：TH17

文獻標識碼：A

文章編號：1671-864X（2015）04-0132-01

一、當主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時,通常有下述三種形式

1.在CET或操作面板上顯示報警內(nèi)容或報警信息。

2.在主軸驅(qū)動裝置上用報警燈或數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)動裝置的故障。

3.主軸工作不正常，但無任何報警信息。

二、主軸伺服系統(tǒng)常見故障如下

1.外界干擾

由于受電磁干擾，屏蔽或接地措施不良，主軸轉(zhuǎn)速指令信號或反饋信號受到干擾，使主軸驅(qū)動出現(xiàn)隨機和無規(guī)律性的波動。判別有無干擾的方法是：當主軸轉(zhuǎn)速指令為零時，主軸仍往復轉(zhuǎn)動，調(diào)整零速平衡或漂移補償也不能消除故障，則說明有干擾。

2.過載

由于切削量過大，或頻繁的正反、轉(zhuǎn)變速等動作均可引起過載報警。具體表現(xiàn)為主軸電動機過熱、主軸驅(qū)動裝置顯示過電流報警等。

3.主軸定位抖動

所謂的主軸定向控制（即主軸準停定位），是指回轉(zhuǎn)運動中的注重準確的停在某一個固定位置（角度）上、以便在該位置進行刀具交換、精堂退刀及齒輪換擋等操作。有三種方式可以實現(xiàn)主軸的準停定位。

（1）機械準停控制

由V形槽的定位盤和定位用的液壓缸配合動作，控制主軸的準確定位。

（2）磁性傳感器型電氣準?？刂?/p>

將發(fā)磁體安裝在主軸后端，磁傳感器安裝在主軸箱上，其安裝位置決定了主軸準停點，發(fā)磁體和磁傳感器之間的間隙為（1.5±0.5）mm。

（3）編碼器型電氣準?？刂?/p>

通過在主軸電動機內(nèi)或在機床主軸上直接安裝一個光電編碼器來實現(xiàn)準停控制，準停角度可任意設定。

主軸定向控制實際上是在控制主軸速度的基準上增加一個位置控制環(huán)。檢測主軸位置的檢測元件可以采用位置編碼器，也可以采用磁性傳感器。

當采用位置編碼器作為位置檢測元件時，由于安裝不方便，一般要使用一對傳動比為1：1的齒輪進行連接。當采用磁性傳感器作為位置檢測元件，其磁性元件可直接裝在主軸上而磁性傳感頭可固定在主軸箱體上。為了減少干擾，磁性傳感頭和放大器之間的連接線需要屏蔽，且兩者連接線越短越好。這兩種控制方案各有優(yōu)缺點，在數(shù)控機床中均有選用。

產(chǎn)生主軸定位抖動的故障原因有：

1）主軸準停要經(jīng)過減速過程，如減速或增益等參數(shù)設置不當，均可因其定位抖動。

2）采用位置編碼器作為位置檢測元件的準停方式時，定位液壓缸活塞移動的限位開關失靈，會引起定位抖動

3）采用磁性傳感頭作為位置檢測元件時，發(fā)磁元件和磁傳感器之間的間隙發(fā)生變化或磁傳感失靈，會引起定位抖動。

4.主軸轉(zhuǎn)速的進給不匹配

當進行螺紋切削或用每轉(zhuǎn)進給指令進行切削時，可能出現(xiàn)停止進給后主軸仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動的故障。系統(tǒng)要執(zhí)行每轉(zhuǎn)進給的指令，主軸每轉(zhuǎn)必須由主軸編碼器發(fā)出一個脈沖反饋信息。出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速與進給不匹配的故障時，通常是主軸編碼器有問題?？捎靡韵路椒▉泶_認故障原因：

（1）CRT屏面有報警顯示

（2）通過CRT調(diào)用機床數(shù)據(jù)或I/O狀態(tài)，觀察編碼器的信號狀態(tài)。

（3）用得每分鐘進給指令代替每轉(zhuǎn)進給指令來執(zhí)行程序，觀察故障是否消失。

5.轉(zhuǎn)速偏離指令值

當主軸轉(zhuǎn)速超過技術要求所規(guī)定的范圍時，要考慮的因素是：

（1）電動機是否過載

（2）CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉(zhuǎn)速模擬量（通常為（0～±10）v）沒有達到與轉(zhuǎn)速指令對應的值。

（3）測速裝置有故障或速度反饋信號斷線。

（4）主軸驅(qū)動裝置故障。

6.主軸異常噪聲及振動

首先要判斷異常噪聲及振動是發(fā)生在主軸的機械部分還是電氣驅(qū)動部分。

（1）在減速過程中發(fā)生的噪聲，一般是由驅(qū)動裝置造成的，如交流驅(qū)動中的再生回路故障。

（2）在恒轉(zhuǎn)速時發(fā)生異常噪聲，可通過觀察主軸電動機自由停車過程中是否有噪聲和振動來區(qū)別的，如有，則是主軸機械部分有問題。

（3）檢查振動周期是否與轉(zhuǎn)速有關。如無關，一般是主軸驅(qū)動裝置未調(diào)整好；如有關，應檢查主軸機械部分是否良好，測速裝置是否不良。

7.主軸電動機不轉(zhuǎn)

CNC系統(tǒng)至主軸驅(qū)動裝置的控制信號，除了轉(zhuǎn)速模擬量控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器的線圈電壓。

（1）檢查CNC系統(tǒng)是否有轉(zhuǎn)速模擬量控制信號輸出。

（2）檢查使能信號是否接通。通過CRT，觀察I/O狀態(tài)，分析機床PLC體形圖（或流程圖），以確定主軸的啟動條件，如潤滑、冷卻、等是否滿足。

（3）主軸驅(qū)動裝置故障。

（4）主軸電動機故障。