林超青

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

1 序言

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(jìn)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(dá)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

2 電主軸無法正常切削加工的原因分析及處理

從故障現(xiàn)象上看，可能的原因有機械和電氣兩方面。

2.1 機械故障的可能性

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(jìn)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(biāo)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(jìn)行以下兩方面的檢查和測試。一方面反復(fù)進(jìn)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)磨損等異常現(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(biāo)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。

2.2 電氣故障的可能性

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(jìn)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(jìn)行正常切削加工。對該主軸伺服驅(qū)動與坐標(biāo)軸驅(qū)動進(jìn)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(jìn)行切削。更換主軸伺服驅(qū)動后，進(jìn)行測試加工，主軸能正常進(jìn)行切削加工，故障排除。

3 結(jié)束語

對于電主軸無法切削加工的故障，進(jìn)行故障排查時，要從機械、電氣兩方面進(jìn)行分析，分別對各自的可能性進(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。