新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院　茹亞東

淺析主軸伺服系統(tǒng)故障的內(nèi)容及診斷

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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(zhǔn)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(yīng)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(dāng)主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時（通常有三種表現(xiàn)形式）應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析,判斷故障點迅速排除故障。

關(guān)鍵詞：主軸伺服系統(tǒng)；故障；診斷原因

中圖分類號：TH17

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-864X（2015）04-0132-01

一、當(dāng)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(dāng)主軸轉(zhuǎn)速指令為零時，主軸仍往復(fù)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(zhǔn)停定位），是指回轉(zhuǎn)運動中的注重準(zhǔn)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(zhǔn)停定位。

（1）機械準(zhǔn)?？刂?/p>

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(zhǔn)確定位。

（2）磁性傳感器型電氣準(zhǔn)?？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(zhǔn)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(zhǔn)?？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(zhǔn)停控制，準(zhǔn)停角度可任意設(shè)定。

主軸定向控制實際上是在控制主軸速度的基準(zhǔn)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(dāng)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(dāng)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(zhǔn)停要經(jīng)過減速過程，如減速或增益等參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，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(zhǔn)停方式時，定位液壓缸活塞移動的限位開關(guān)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(dāng)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(rèn)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(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過技術(shù)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(dá)到與轉(zhuǎn)速指令對應(yīng)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(guān)。如無關(guān)，一般是主軸驅(qū)動裝置未調(diào)整好；如有關(guān)，應(yīng)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。