林超青
昌河飛機工業(yè)(集團)有限責任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002
1150U高速加工中心配置的電主軸如圖1所示,參數(shù)如下:功率為40kW,轉(zhuǎn)速為18000r/min,輸出轉(zhuǎn)矩為150N·m。運行過程中發(fā)現(xiàn),電主軸轉(zhuǎn)速0~18000r/min時能正常旋轉(zhuǎn),但是只要刀具接觸到工件進行加工,電主軸就停止旋轉(zhuǎn),數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出電主軸速度沒有達到設(shè)定值的報警,機床無法正常切削加工。
圖1 1150U高速加工中心電主軸
從故障現(xiàn)象上看,可能的原因有機械和電氣兩方面。
該電主軸采用的是直聯(lián)主軸,中間沒有齒輪或其他減速機構(gòu),其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。影響主軸旋轉(zhuǎn)動作的主要有主軸軸承和主軸拉刀機構(gòu)。如果電主軸軸承損壞、機械性能下降,或拉刀機構(gòu)伸縮不正常,拉桿與端蓋有摩擦等,就會導(dǎo)致電主軸旋轉(zhuǎn)不靈活,轉(zhuǎn)矩過大,主軸在無切削動作時能正常旋轉(zhuǎn),一旦加工就無法旋轉(zhuǎn)。
圖2 電主軸基本結(jié)構(gòu)
(1)主軸軸承損壞的可能性 對于主軸軸承損壞的可能性,用主軸振動測試儀對電主軸進行測試,電主軸軸承振動測試數(shù)據(jù)見表1。發(fā)現(xiàn)主軸軸承狀態(tài)良好,主軸滾珠和滾道技術(shù)指標都滿足要求,手動旋轉(zhuǎn)主軸,主軸轉(zhuǎn)動靈活,無異響,因此主軸軸承損壞的可能性可以排除。
表1 電主軸軸承振動測試數(shù)據(jù)
(2)主軸拉刀機構(gòu)故障的可能性 對于拉刀機構(gòu)故障導(dǎo)致主軸無法切削加工的可能性,進行以下兩方面的檢查和測試。一方面反復(fù)進行換刀,并加工測試,發(fā)現(xiàn)換刀動作靈活無異常,但故障現(xiàn)象依然存在。另一方面,打開主軸后端蓋,檢查主軸拉刀液壓缸和拉桿,沒有發(fā)現(xiàn)磨損等異?,F(xiàn)象。因此拉刀機構(gòu)導(dǎo)致主軸無法切削加工的可能性可以排除。
由于電主軸軸承和拉刀機構(gòu)狀態(tài)良好,技術(shù)指標滿足要求,動作靈活,因此機械故障導(dǎo)致電主軸無法正常切削加工的可能性可以排除。
電氣故障導(dǎo)致電主軸無法正常切削加工的可能性有以下幾方面:主軸電纜、主軸星形-三角形起動轉(zhuǎn)換或伺服驅(qū)動存在故障。
(1)主軸電纜有問題的可能性 主軸電纜有問題導(dǎo)致電主軸無法正常切削加工的原因是主軸電纜接頭接觸不良,接觸電阻增大,或主軸電纜中間有斷絲,電纜似斷非斷。這兩種情況都會導(dǎo)致主軸電流減小,輸出轉(zhuǎn)矩變小,從而導(dǎo)致電主軸能旋轉(zhuǎn),但無法正常切削加工。檢查主軸電纜的接頭,發(fā)現(xiàn)電纜接頭緊固良好,無松動,無燒蝕現(xiàn)象,因此接觸不良的可能性可以排除。用儀表檢查主軸電纜的通斷電情況,沒有發(fā)現(xiàn)電纜斷裂。檢查主軸電纜的外觀及電纜的柔韌性均良好,沒有破損或斷絲現(xiàn)象。所以主軸電纜有問題而導(dǎo)致電主軸無法正常切削加工的可能性可以排除。
(2)主軸星形-三角形起動轉(zhuǎn)換存在問題的可能性 該主軸采用星形-三角形起動(見圖3)。如果轉(zhuǎn)換有問題,就會使主軸輸出轉(zhuǎn)矩變小,致使電主軸能旋轉(zhuǎn),但無法正常切削加工。觀察電主軸的上電轉(zhuǎn)動過程,發(fā)現(xiàn)電主軸星形-三角形控制的交流接觸器動作正常,切換靈活,接觸器觸點無粘連現(xiàn)象,因此主軸星形-三角形起動轉(zhuǎn)換有故障的可能性可以排除。
(3)伺服驅(qū)動本身存在故障 如果伺服驅(qū)動本身存在故障,IGBT性能下降,內(nèi)阻增大,那么伺服驅(qū)動還是能夠進行逆變且輸出電流,但是由于內(nèi)阻變大,輸出電流將變小,輸出轉(zhuǎn)矩變小,電主軸就無法進行正常切削加工。對該主軸伺服驅(qū)動與坐標軸驅(qū)動進行對比測試發(fā)現(xiàn),主軸驅(qū)動的IGBT內(nèi)阻顯著大于正常內(nèi)阻值。因此可以推斷,該主軸無法正常切削加工的原因是主軸伺服驅(qū)動的IGBT有問題而導(dǎo)致輸出電流變小,輸出轉(zhuǎn)矩下降,切削轉(zhuǎn)矩不夠,無法進行切削。更換主軸伺服驅(qū)動后,進行測試加工,主軸能正常進行切削加工,故障排除。
對于電主軸無法切削加工的故障,進行故障排查時,要從機械、電氣兩方面進行分析,分別對各自的可能性進行排查,才能最終找到故障原因,排除故障,取得比較好的效果。