數(shù)控機(jī)床主軸故障維修

1、 數(shù)控機(jī)床主軸故障維修學(xué)習(xí)情境描述：數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也就是主傳動(dòng)系統(tǒng)，它的性能直接決定了加工工件的表面質(zhì)量，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)、電、氣聯(lián)動(dòng)，故障率較高，它的可靠性將直接影響數(shù)控機(jī)床的安全和生產(chǎn)率。因此，在數(shù)控機(jī)床的維修和維護(hù)中，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)顯得很重要。維修人員根據(jù)維修單，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障詢(xún)問(wèn)調(diào)查，確定維修方案、擬定維修工作計(jì)劃、計(jì)劃工時(shí)和費(fèi)用；通過(guò)查閱數(shù)控機(jī)床plc的相關(guān)顯示界面和電路原理圖、數(shù)控系統(tǒng)和就變頻器說(shuō)明書(shū)等維修資料，分析故障原因；使用通用工具及萬(wàn)用表，檢測(cè)判斷故障部位，在機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)快速排除故障，填寫(xiě)維修記錄并交接驗(yàn)收。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、學(xué)會(huì)數(shù)控機(jī)床維修方法：隔離法。2、具備數(shù)控機(jī)床主軸系

2、統(tǒng)的故障診斷能力和排除故障能力。3、能使用所配置的主軸變頻器及參數(shù)設(shè)置方法，會(huì)檢測(cè)判斷并修理變頻器簡(jiǎn)單故障。4、在故障診斷、檢測(cè)及更換中能?chē)?yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全操作規(guī)程，有紀(jì)律觀念和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，以合作方式擬定診斷與修理計(jì)劃，并具備環(huán)境保護(hù)和文明生產(chǎn)的基本素質(zhì)。5、能撰寫(xiě)維修工作報(bào)告，總結(jié)、反思、改進(jìn)工作過(guò)程。 學(xué)習(xí)內(nèi)容： 1、學(xué)習(xí)主軸系統(tǒng)的基本構(gòu)造和運(yùn)行特點(diǎn)及工作原理。2、學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床主軸相關(guān)變頻器的功能及使用方法、電氣原理圖、主軸裝配圖、氣動(dòng)系統(tǒng)圖。3、學(xué)習(xí)主軸相關(guān)梯形圖并據(jù)此分析說(shuō)明m、s功能、主軸正反轉(zhuǎn)、倍率調(diào)節(jié)等工作原理。4、學(xué)習(xí)主軸相關(guān)參數(shù)含義及設(shè)置。5、學(xué)習(xí)主軸故障維修流程圖

3、的畫(huà)法。完整的工作過(guò)程：獲得信息（維修任務(wù)單、圖紙、說(shuō)明書(shū)等）制訂計(jì)劃（原因分析/確定流程/費(fèi)用估算）實(shí)施計(jì)劃（檢查與更換）檢查（自檢、驗(yàn)收、總結(jié)與工作過(guò)程反饋）；4.1 主軸相關(guān)知識(shí)數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(cnc)的s碼速度指令及m碼輔助功能指令，驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行切削加工。它包括主軸驅(qū)動(dòng)裝置、主軸電動(dòng)機(jī)、主軸位置檢測(cè)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及主軸。通常主軸驅(qū)動(dòng)被加工工件旋轉(zhuǎn)的是車(chē)削加工，所對(duì)應(yīng)的機(jī)床是車(chē)床類(lèi)；主軸驅(qū)動(dòng)切削刀具旋轉(zhuǎn)的是銑削加工，所對(duì)應(yīng)的機(jī)床是銑床類(lèi)。4.1.1 主軸系統(tǒng)分類(lèi)及特點(diǎn) 全功能數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無(wú)級(jí)變速。目前，無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)根據(jù)

4、控制方式的不同主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)，通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過(guò)帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。另外根據(jù)主軸速度控制信號(hào)的不同可分為模擬量控制的主軸驅(qū)動(dòng)裝置和串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動(dòng)裝置兩類(lèi)。模擬量控制的的主軸驅(qū)動(dòng)裝置采用變頻器實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)控制，有通用變頻器控制通用電機(jī)和專(zhuān)用變頻器控制專(zhuān)用電機(jī)兩種形式。目前大部分的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床均采用數(shù)控系統(tǒng)模擬量輸出+變頻器+感應(yīng)（異步）電機(jī)的形式，性?xún)r(jià)比很高，這時(shí)也可以將模擬主軸稱(chēng)為變頻主軸。串行主軸驅(qū)動(dòng)裝置一般由各數(shù)控公司自行研制并生產(chǎn)，如西門(mén)子公司的611系列，日本發(fā)那克公司的系列等

5、。1、普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配齒輪變速箱 這是最經(jīng)濟(jì)的一種方法主軸配置方式，但只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，由于電動(dòng)機(jī)始終工作在額定轉(zhuǎn)速下，經(jīng)齒輪減速后，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強(qiáng)，非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工產(chǎn)品比較單一，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速?zèng)]有太高的要求，配置在數(shù)控機(jī)床上也能起到很好的效果；它的缺點(diǎn)是噪音比較大，由于電機(jī)工作在工頻下，主軸轉(zhuǎn)速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場(chǎng)合。2、普通籠型異步電動(dòng)機(jī)配簡(jiǎn)易型變頻器 可以實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速，主軸電動(dòng)機(jī)只有工作在約500轉(zhuǎn)/分鐘以上才能有比較滿(mǎn)意的力矩輸出，否則，特別是車(chē)床很容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情況，一般會(huì)采用兩擋齒輪或皮帶變速，但

6、主軸仍然只能工作在中高速范圍，另外因?yàn)槭艿狡胀妱?dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，主軸的轉(zhuǎn)速范圍受到較大的限制。這種方案適用于需要無(wú)級(jí)調(diào)速但對(duì)低速和高速都不要求的場(chǎng)合，例如數(shù)控鉆銑床。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的簡(jiǎn)易型變頻器較多。3、通籠型異步電動(dòng)機(jī)配通用變頻器 目前進(jìn)口的通用變頻器，除了具有u/f曲線(xiàn)調(diào)節(jié)，一般還具有無(wú)反饋矢量控制功能，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的低速特性有所改善，配合兩級(jí)齒輪變速，基本上可以滿(mǎn)足車(chē)床低速（100200轉(zhuǎn)/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受最高電動(dòng)機(jī)速度的限制。這是目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床比較常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。4、專(zhuān)用變頻電動(dòng)機(jī)配通用變頻器 一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時(shí)都可以有較大的力矩輸出，有些還具有

7、定向甚至分度進(jìn)給的功能，是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。以先馬ypnc系列變頻電動(dòng)機(jī)為例，電壓：三相200v、220v、380v、400v可選；輸出功率：1.5-18.5kw；變頻范圍2-200hz；（最高轉(zhuǎn)速r/min）；30min150%過(guò)載能力；支持v/f控制、v/f+pg（編碼器）控制、無(wú)pg矢量控制、有pg矢量控制。提供通用變頻器的廠(chǎng)家以國(guó)外公司為主，如：西門(mén)子、安川、富士、三菱、日立等。中檔數(shù)控機(jī)床主要采用這種方案，主軸傳動(dòng)兩擋變速甚至僅一擋即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在100200r/min左右時(shí)車(chē)、銑的重力切削。一些有定向功能的還可以應(yīng)用與要求精鏜加工的數(shù)控鏜銑床，若應(yīng)用在加工中心上，還不很理想，必須采

8、用其他輔助機(jī)構(gòu)完成定向換刀的功能，而且也不能達(dá)到剛性攻絲的要求。5、伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有響應(yīng)快、速度高、過(guò)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)定向和進(jìn)給功能，當(dāng)然價(jià)格也是最高的，通常是同功率變頻器主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的2-3倍以上。伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于加工中心上，用以滿(mǎn)足系統(tǒng)自動(dòng)換刀、剛性攻絲、主軸c軸進(jìn)給功能等對(duì)主軸位置控制性能要求很高的加工。6、電主軸 電主軸是主軸電動(dòng)機(jī)的一種結(jié)構(gòu)形式，驅(qū)動(dòng)器可以是變頻器或主軸伺服，也可以不要驅(qū)動(dòng)器。電主軸由于電機(jī)和主軸合二為一，沒(méi)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此，大大簡(jiǎn)化了主軸的結(jié)構(gòu)，并且提高了主軸的精度，但是抗沖擊能力較弱，而且功率還不能做得太大，一般在10kw

9、以下。由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電主軸主要向高速方向發(fā)展，一般在10000r/min以上。安裝電主軸的機(jī)床主要用于精加工和高速加工，例如高速精密加工中心。另外，在雕刻機(jī)和有色金屬以及非金屬材料加工機(jī)床上應(yīng)用較多，這些機(jī)床由于只對(duì)主軸高轉(zhuǎn)速有要求，因此，往往不用主軸驅(qū)動(dòng)器。就電氣控制而言，機(jī)床主軸的控制是有別于機(jī)床伺服軸的。一般情況下，機(jī)床主軸的控制系統(tǒng)為速度控制系統(tǒng)，而機(jī)床伺服軸的控制系統(tǒng)為位置控制系統(tǒng)。換句話(huà)說(shuō)，主軸編碼器一般情況下不是用于位置反饋的（也不是用于速度反饋的），而僅作為速度測(cè)量元件使用，從主軸編碼器上所獲取的數(shù)據(jù)，一般有兩個(gè)用途，其一是用于主軸轉(zhuǎn)速顯示；其二是用于主軸與伺服軸配合運(yùn)行的

10、場(chǎng)合（如螺紋切削加工，恒線(xiàn)速加工，g95轉(zhuǎn)進(jìn)給等）。 注：當(dāng)機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)單元使用了帶速度反饋的驅(qū)動(dòng)裝置以及標(biāo)準(zhǔn)主軸電機(jī)時(shí)，主軸可以根據(jù)需要工作在伺服狀態(tài)。此時(shí)，主軸編碼器作為位置反饋元件使用。4.1.2 通用變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置 一、主軸變頻器隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)配變頻器控制的方式。目前作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置市場(chǎng)上流行的變頻器有德國(guó)西門(mén)子公司、日本三肯、安川等。下面以西門(mén)子（mm420）為例，講解模擬量控制主軸運(yùn)動(dòng)裝置的工作原理、端部接線(xiàn)、功能參數(shù)的設(shè)定等。mm420西門(mén)子的供電電源電壓為三相交流（380v至480v）或單相交流（200v至240v），具有現(xiàn)

11、場(chǎng)總線(xiàn)接口的選件，功率范圍：0.12kw11kw；控制：線(xiàn)性v/f控制特性，多點(diǎn)設(shè)定的v/f控制特性，fcc（磁通電流控制）。過(guò)程控制：內(nèi)置pi控制器。輸入：3個(gè)數(shù)字輸入，1個(gè)模擬輸入。輸出：1個(gè)模擬輸出，1個(gè)繼電器輸出。與自動(dòng)化系統(tǒng)的接口：是simatics7-200,simatics7-300/400（tia）或simotion自動(dòng)化系統(tǒng)的理想配套設(shè)備。mm420變頻器接線(xiàn)方框圖如下： 圖4-1 mm420變頻器接線(xiàn)方框圖1、變頻器主電路主電路的功能是將固定頻率（50-60hz）的交流電轉(zhuǎn)換成頻率連續(xù)可調(diào)（0-400hz）的三相交流電，包括交-直電路、制動(dòng)單元電路及直交電路。mm420變頻

12、器主電路輸入端子有三相或單相可選，為l、n或l1、l2、l3，輸出端子為u、v、w。2、變頻器控制回路功能及端子接線(xiàn) 掌握變頻器控制回路接線(xiàn)端子功能在維修中是非常重要的，西門(mén)子變頻器的控制端子有開(kāi)關(guān)量輸入控制端子（5、6、7、8），主要用于控制電機(jī)的正反向運(yùn)行等功能；模擬量輸入端子（3、4），主要用于控制接受0-10v的模擬量信號(hào)；報(bào)警信號(hào)輸出（10、11）。其中多功能端子5、6、7的具體功能是分別由變頻器參數(shù)p0701、p0702、p0703等設(shè)定，以數(shù)控系統(tǒng)802c為例，根據(jù)西門(mén)子802c plc程序的主軸控制輸出特點(diǎn)，其相應(yīng)的端子功能設(shè)定如下表：表4.1 變頻器控制端子功能設(shè)定參數(shù)3、變

13、頻器輸入接線(xiàn)實(shí)際使用注意事項(xiàng): （1）根據(jù)變頻器輸入規(guī)格選擇正確的輸入電源。（2）變頻器輸入側(cè)采用斷路器(不宜采用熔斷器)實(shí)現(xiàn)保護(hù),其斷路器的整定值應(yīng)按變頻器的額定電流選擇而不應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇。（3） 變頻器三相電源實(shí)際接線(xiàn)無(wú)需考慮電源的相序。（4）面板上的sdp 有兩個(gè) led，用于顯示變頻器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)變頻器輸出接線(xiàn)實(shí)際使用注意事項(xiàng)： （1）輸出側(cè)接線(xiàn)須考慮輸出電源的相序。若相序錯(cuò)誤，將會(huì)造成主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)床不能正常加工而報(bào)警。 （2）實(shí)際接線(xiàn)時(shí),決不允許把變頻器的電源線(xiàn)接到變頻器的輸出端。若接反了，會(huì)燒毀變頻器。 （3）一般情況下,變頻器輸出端直接與電動(dòng)機(jī)相連,無(wú)需加接觸器

14、和熱繼電器。 4、通用變頻器常見(jiàn)報(bào)警及保護(hù) 為了保證驅(qū)動(dòng)器的安全，可靠的運(yùn)行，在主軸伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障和異常等情況時(shí)，設(shè)置了較多的保護(hù)功能，這些保護(hù)功能與主軸驅(qū)動(dòng)器的故障檢測(cè)與維修密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)保護(hù)功能的情況，分析故障原因。 接地保護(hù) 在伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出線(xiàn)路以及主軸內(nèi)部等出現(xiàn)對(duì)地短路時(shí)，可以通過(guò)快速熔斷器間切斷電源，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行保護(hù)。 過(guò)載保護(hù) 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器、負(fù)載超過(guò)額定值時(shí)，安裝在內(nèi)部的熱開(kāi)關(guān)或主回路的熱繼電器將動(dòng)作，對(duì)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。 速度偏差過(guò)大報(bào)警 當(dāng)主軸的速度由于某種原因，偏離了指令速度且達(dá)到一定的誤差后，將產(chǎn)生報(bào)警，并進(jìn)行保護(hù)。 瞬時(shí)過(guò)電流報(bào)警 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器中由于內(nèi)部短

15、路、輸出短路等原因產(chǎn)生異常的大電流時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。 速度檢測(cè)回路斷線(xiàn)或短路報(bào)警 當(dāng)測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)信號(hào)斷線(xiàn)或短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將產(chǎn)生報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。 速度超過(guò)報(bào)警 當(dāng)檢測(cè)出的主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)額定值的115%是，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。 勵(lì)磁監(jiān)控 如果主軸勵(lì)磁電流過(guò)低或無(wú)勵(lì)磁電流，為防止飛車(chē)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出故障并進(jìn)行保護(hù)。 短路保護(hù) 當(dāng)主回路發(fā)生短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)相應(yīng)的快速熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)。 相序報(bào)警 當(dāng)三相輸入電源相序不正確或缺相狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警。變頻器出現(xiàn)保護(hù)性的故障時(shí)（也叫報(bào)警），首先通過(guò)變頻器自身的指示燈以報(bào)警的形式反映出內(nèi)容，具體說(shuō)明見(jiàn)表4.2。表4.2 變頻器

16、常見(jiàn)報(bào)警報(bào)警名稱(chēng)報(bào)警時(shí)的led顯示動(dòng)作內(nèi)容對(duì)地短路對(duì)地短路故障檢測(cè)到變頻器輸出電路對(duì)地短路時(shí)動(dòng)作（一般為30kw）。而對(duì)22kw變頻器發(fā)生對(duì)地短路時(shí)，作為過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。此功能只是保護(hù)變頻器。為保護(hù)人身和防止火警事故等應(yīng)采用另外的漏電保護(hù)繼電器或漏電短路器等進(jìn)行保護(hù)。過(guò)電壓加速時(shí)過(guò)電壓由于再生電流增加，使主電路直流電壓達(dá)到過(guò)電壓檢出值（有些變頻器為800vdc）時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。（但是：如果由變頻器輸入側(cè)錯(cuò)誤地輸入控制電路電壓值時(shí)，將不能顯示此報(bào)警）減速時(shí)過(guò)電流恒速時(shí)過(guò)電流欠電壓欠電壓電源電壓降低等使主電路直流電壓低至欠電壓檢出值（有點(diǎn)變頻器為400vdc）以下時(shí)，保護(hù)功能動(dòng)作。注意：當(dāng)電壓低至不

17、能維持變頻器控制電路電壓值時(shí)，將不顯示報(bào)警。電源缺相電源缺相連接的3相輸入電源l1/r、l2/s、l3/t中任何1相缺時(shí)，有點(diǎn)變頻器能在3相電壓不平衡狀態(tài)下運(yùn)行，但可能造成某些器件（如：主電路整流二極管和主濾波電容器損壞），這種情況下，變頻器會(huì)報(bào)警和停止運(yùn)行。過(guò)熱散熱片過(guò)熱如內(nèi)部的冷卻風(fēng)扇發(fā)生故障，散熱片溫度上升，則產(chǎn)生的保護(hù)動(dòng)作變頻器內(nèi)部過(guò)熱如變頻器內(nèi)通風(fēng)散熱不良等，則其內(nèi)部溫度上升，保護(hù)動(dòng)作制動(dòng)電阻過(guò)熱當(dāng)采用制動(dòng)電阻且使用頻度過(guò)高時(shí)，會(huì)使其溫度上升，為防止制動(dòng)電阻燒損（有點(diǎn)會(huì)有“叭”的很大的爆炸聲），保護(hù)動(dòng)作外部報(bào)警外部報(bào)警當(dāng)控制電路端子連接控制單元、制動(dòng)電阻、外部熱繼電器等外部設(shè)備的報(bào)警

18、常閉接點(diǎn)時(shí)，按這些節(jié)點(diǎn)的信號(hào)動(dòng)作。過(guò)載電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)載當(dāng)電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)載過(guò)大使超過(guò)電子熱繼電器的電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，按反時(shí)限性保護(hù)動(dòng)作。變頻器過(guò)負(fù)載此報(bào)警一般為變頻器主電路半導(dǎo)體元件的溫度保護(hù)，按變頻器輸出電流超過(guò)過(guò)載額定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作。通訊錯(cuò)誤rs通信錯(cuò)誤當(dāng)通信時(shí)出錯(cuò)，則保護(hù)動(dòng)作。二、主軸電機(jī)三、主軸編碼器四、主軸箱4.1.3 數(shù)控系統(tǒng)與主軸裝置的電路連接一、西門(mén)子802c數(shù)控系統(tǒng)和mm420變頻器的連接圖4-2 西門(mén)子802c數(shù)控系統(tǒng)和mm420變頻器的連接802c系統(tǒng)通過(guò)x7軸接口中的a04/gnd4模擬量輸出端口可控制主軸轉(zhuǎn)速，當(dāng)系統(tǒng)接受主軸旋轉(zhuǎn)指令后，在輸出口輸出0-10v的模擬量電壓，同

19、時(shí)plc輸出q0.0、q0.1控制主軸裝置的正反轉(zhuǎn)及停止，一般定義高電平有效，這樣當(dāng)q0.0輸出高電平時(shí)可控制主軸裝置正轉(zhuǎn), q0.0、 q0.1 同時(shí)為高電平時(shí),主軸裝置反轉(zhuǎn),二者都為低電平時(shí),主軸裝置停止停轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)x5口接受主軸編碼器反饋回來(lái)的信號(hào)，主要用來(lái)速度檢測(cè)和螺紋切削加工，對(duì)于普通主軸變頻器和系統(tǒng)的連接除了硬件上接線(xiàn)外，系統(tǒng)和變頻器的參數(shù)設(shè)置也非常重要。二、802d數(shù)控系統(tǒng)中變頻器與611u伺服驅(qū)動(dòng)的連接802d數(shù)控系統(tǒng)配置變頻主軸時(shí),變頻器0-10v的指令電壓是通過(guò)611ue的x411端口上的75.a和15給出的,正反轉(zhuǎn)指令是通過(guò)x453端口上的q0.a和q1.a給出的，具體

20、接線(xiàn)如下：圖4-3 802d數(shù)控系統(tǒng)中變頻器與611u伺服驅(qū)動(dòng)的連接三、華中世紀(jì)星hnc-21tf系統(tǒng)主軸的連接華中世紀(jì)星hnc-21tf系統(tǒng)的xs9為主軸控制接口，包括主軸速度模擬電壓指令輸出和主軸編碼器反饋輸入，其信號(hào)定義如下表圖4-4。 圖4-4 hnc-21tf 系統(tǒng)主軸接口 表4.4 主軸接口引腳說(shuō)明 信號(hào)名說(shuō) 明sa+、sa-主軸編碼器a相位反饋信號(hào)sb+、sb-主軸編碼器b相位反饋信號(hào)sz+、sz-主軸編碼器z脈沖反饋+5v、-5v地dc5v電源aout1主軸模擬量指令-10v+10v輸出aout2主軸模擬量指令0+10v輸出gnd模擬量輸出地 系統(tǒng)與變頻器的連接如下：圖4-5

21、主軸變頻器與cnc(華中世紀(jì)星)系統(tǒng)連接圖系統(tǒng)通過(guò)xs9 主軸接口中的模擬量輸出可控制主軸轉(zhuǎn)速，其中aout1 的輸出范圍為-10v +10v ，用于雙極性速度指令輸入的主軸驅(qū)動(dòng)單元或變頻器，這時(shí)采用使能信號(hào)控制主軸的啟停；aout2 的輸出范圍為0+10v， 用于單極性速度指令輸入的主軸驅(qū)動(dòng)單元或變頻器，這時(shí)采用主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)信號(hào)控制主軸的正反轉(zhuǎn)，負(fù)載電流： 最大10ma；主軸編碼器連接通過(guò)主軸接口xs9， 可外接主軸編碼器用于螺紋切割攻絲等，本數(shù)控裝置可接入兩種輸出類(lèi)型的編碼器，差分ttl方波或單極性ttl 方波，一般建議使用差分編碼器從而確保長(zhǎng)的傳輸距離的可靠性及提高抗干擾能力，主軸

22、編碼器接口電源輸出： +5v 最大200ma 。1、主軸啟停主軸啟?？刂朴蓀lc承擔(dān)，標(biāo)準(zhǔn)銑床plc 程序和標(biāo)準(zhǔn)車(chē)床plc 程序中關(guān)于主軸啟?？刂频男盘?hào)如下表所示。表4.5 主軸啟停plc接口信號(hào)信號(hào)說(shuō)明標(biāo)號(hào)（x/y地址）所有借口信號(hào)名腳號(hào)銑車(chē)輸入開(kāi)關(guān)量主軸速度到達(dá)x3.1x3.1xs11i2523主軸零速x3.2i2610輸出開(kāi)關(guān)量主軸正轉(zhuǎn)y1.0y1.0xs200089主軸反轉(zhuǎn)y1.1y1.100921利用y1.0 y1.1 輸出即可控制主軸裝置的正、反轉(zhuǎn)及停止，一般定義接通有效，這樣當(dāng)y1.0 接通時(shí)可控制主軸裝置正轉(zhuǎn),y1.1 接通時(shí),主軸裝置反轉(zhuǎn),二者都不接通時(shí),主軸裝置停止旋轉(zhuǎn)。在

23、使用某些主軸變頻器或主軸伺服單元時(shí)也用y1.0 y1.1 作為主軸單元的使能信號(hào)。2、主軸速度控制hnc-21通過(guò)xs9主軸接口中的模擬量輸出可控制主軸轉(zhuǎn)速，其中aout1的輸出范圍為-10v +10v用于雙極性速度指令輸入的主軸驅(qū)動(dòng)單元或變頻器，這時(shí)采用使能信號(hào)控制主軸的啟、停；aout2的輸出范圍為0+10v，用于單極性速度指令輸入的主軸驅(qū)動(dòng)單元或變頻器，這時(shí)采用主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)信號(hào)控制主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止。3、主軸換檔控制主軸自動(dòng)換檔通過(guò)plc 控制完成, 標(biāo)準(zhǔn)銑床plc程序和標(biāo)準(zhǔn)車(chē)床plc程序中關(guān)于主軸換檔控制的信號(hào)如下表所示。表4.6 自動(dòng)換檔plc接口信號(hào)信號(hào)說(shuō)明標(biāo)號(hào)（x/y地址

24、）所有借口信號(hào)名腳號(hào)銑車(chē)輸入開(kāi)關(guān)量主軸一檔到位x2.0x2.0 xs10i165主軸二檔到位x2.1x2.1i1717主軸三檔到位x2.2i184主軸四檔到位x2.3i1916輸出開(kāi)關(guān)量主軸一檔到位y1.4y1.4 xs200127主軸二檔到位y1.5y1.501319主軸三檔到位y1.60146主軸四檔到位y1.701518四、 fanuc 0i mate 數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)動(dòng)的連接fanuc 0i mate系統(tǒng)主軸控制可分為主軸串行輸出/主軸模擬輸出（spindle serial output/spindle analog output）。用模擬量控制的主軸驅(qū)動(dòng)單元（如變頻器）和電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為模擬

25、主軸，主軸模擬輸出接口只能控制一個(gè)模擬主軸。按串行方式傳送數(shù)據(jù)（cnc給主軸電動(dòng)機(jī)的指令）的接口稱(chēng)為串行輸出接口；主軸串行輸出接口能夠控制兩個(gè)串行主軸，必須使用fanuc的主軸驅(qū)動(dòng)單元和電動(dòng)機(jī)。1、fanuc 0i matec 數(shù)控系統(tǒng)模擬主軸的連接如下圖：圖4-6 802c系統(tǒng)與變頻器的連接系統(tǒng)與主軸相關(guān)的系統(tǒng)接口有：ja40：模擬量主軸的速度信號(hào)接口（010v），cnc輸出的速度信號(hào)（0-10v）與變頻器的模擬量頻率設(shè)定端連接，控制主軸電機(jī)的運(yùn)行速度。ja7a：串行主軸/主軸位置編碼器信號(hào)接口，當(dāng)主軸為串行主軸時(shí)，與主軸變頻器的ja7b連接，實(shí)現(xiàn)主軸模塊與cnc系統(tǒng)的信息傳遞；當(dāng)主軸為模擬

26、量主軸時(shí)，該接口又是主軸位置編碼的主軸位置反饋接口。五、fanuc串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動(dòng)裝置的連接不同數(shù)控系統(tǒng)的串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動(dòng)裝置是不同的，下面以fanuc公司產(chǎn)品系列為例，說(shuō)明主軸驅(qū)動(dòng)裝置的功能連接及設(shè)定、調(diào)整。圖5-7 fanuc 0i主軸連接示意圖1、電源模塊原理及作用(fanuc系統(tǒng)系列)圖5-8 電源模塊主電路電源模塊將l1、l2、l3輸入的三相交流電（200v）整流、濾波成直流電（300v），為主軸驅(qū)動(dòng)模塊和伺服 模塊提供直流電源；200r、200s控制端輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電（dc24v、dc5v），為電源模塊本身提供控制回路電源；通過(guò)電源模塊的逆塊把電動(dòng)機(jī)的再生能量反

27、饋到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。2、fanuc系統(tǒng)系列電源模塊的端子功能圖5-9 fanuc 的系列的電源模塊dc link盒：直流電源（dc300v）輸出端，該接口與主軸模塊、伺服模塊的直流輸入端連接。狀態(tài)指示窗口（）：（綠色）表示電源模塊控制電源工作（紅色）表示電源模塊故障表示電源模塊未啟動(dòng)表示電源模塊啟動(dòng)就緒表示電源模塊報(bào)警信息 控制電路電源輸入200v、3.5a：交流輸出，該端口與主軸模塊的/：均為輸出直流母排電壓顯示（充電批示燈）：該指示燈完全熄滅后才能對(duì)模塊電纜進(jìn)行各種操作。jx1b：模塊之間的連接接口。與下一個(gè)模塊的接口 jx1a相連。進(jìn)行各模塊之間的報(bào)警住處及使能信號(hào)的傳遞。最后一個(gè)模

28、塊的jx1b必須用短接盒（5、6）腳短接）將模塊間的使能信號(hào)短接，否則系統(tǒng)報(bào)警。cx3：主電源mcc（常開(kāi)點(diǎn)）控制信號(hào)接口。一般用于電源模塊三相交流電源輸入主接觸器的控制。cx4：*esp急停信號(hào)接口。一般與機(jī)床操作面板的急停開(kāi)關(guān)的常閉點(diǎn)相接，不用該信號(hào)時(shí)，必須將cx4短接，否則系統(tǒng)處于急停報(bào)警狀態(tài)。：再生制動(dòng)電阻的選擇開(kāi)關(guān)檢測(cè)腳的測(cè)試端：iris為電源模塊交流輸入（l1、l2）的瞬時(shí)電流值；24v、5v分別為控制電路電壓的檢測(cè)端。：三相交流輸入，一般與三相伺服變壓器輸出端連接。2、fanuc系統(tǒng)系列電源模塊的連接cx1a：交流200v控制電源輸入，連接到機(jī)床控制變壓器dc link：dc30

29、0v輸出，連接到主軸模塊及進(jìn)給模塊cx1b：交流200v電壓輸出，連接到主軸模塊的cx1ajx1b：模塊之間信息連接，連接到主軸模塊的jx1acx4：系統(tǒng)急停信號(hào)，連接到機(jī)床面板的急停開(kāi)關(guān)l1、l2、l3：三相交流電源輸入，經(jīng)接觸器連接到伺服變壓器cx2a、cx2b：直流電壓dc24v輸出，連接到主軸模塊的cx2acx3：mcc動(dòng)作確認(rèn)信號(hào)，連接到主接觸器的控制線(xiàn)圈回路中 圖5-10 fanuc系統(tǒng)系列電源模塊的連接3、fanuc系統(tǒng)系列電源模塊報(bào)警代碼4、 fanuc串行數(shù)字控制的主軸模塊端口及連接 系列fanuc 0i主軸模塊各指示燈和接口信號(hào)的定義 圖8-6為spm15主軸模塊。 spm

30、15主軸模塊各指示燈和接口信號(hào)的定義如下： 1)tbl直流電源輸入端。該接口與電源模塊直流電源輸出端、 伺服模塊的直流輸入端連接。 2)status表示led狀態(tài)。用于表示伺服模塊所處的狀態(tài)，出現(xiàn)異常時(shí)，顯示相關(guān)的報(bào)警代碼。 3)cx1a交流200 v輸入接口。該端口與電源模塊的cxlb端口連接。 4)cx1b交流200 v輸出接口。 5)cx2a直流24 v輸入接口。一般地，該接口與電源模塊地cx2b連接，接收急停信號(hào)。 6)cx2b直流24 v輸出接口。一般地，該接口與下一伺服模塊地cx2a連接，輸出急停信號(hào)。 7)直流回路連接充電狀態(tài)led。在該指示燈完全熄滅后，方可對(duì)模塊電纜進(jìn)行各種操

31、作，否則有觸電危險(xiǎn)。 8)jx4伺服狀態(tài)檢查接口。該接口用于連接主軸模塊狀態(tài)檢查電路板。通過(guò)主軸模塊狀態(tài)檢查電路板可獲取模塊內(nèi)部信號(hào)的狀態(tài)(脈沖發(fā)生器盒位置編碼器的信號(hào))。 9)jx1a模塊連接接口。該接口一般與電源的jx1b連接，作通信用。 10)jx1b模塊連接接口。該接口一般與下一個(gè)伺服模塊的jx1a連接。 11)jy1主軸負(fù)載功率表和主軸轉(zhuǎn)速表連接接口。 12)ja7b通信串行輸入連接接口。該接口與控制單元的ja7a(spdl1)接口相連。 13)ja7a通信串行輸出連接接口。該接口與下一主軸(如果有的話(huà))的ja7b接口連接。 14)jy2脈沖發(fā)生器，內(nèi)置探頭和電動(dòng)機(jī)cs軸探頭連接接口

32、。 15)jy3磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)和外部單獨(dú)旋轉(zhuǎn)信號(hào)連接接口。 16)jy4位置編碼器和高分辨率位置編碼器連接接口。 17)jy5主軸cs軸探頭和內(nèi)置cs軸探頭。 18)三相交流變頻電源輸出端。該接口與相對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)連接。dc link：dc300v輸入，連接到電源模塊的直流電壓輸出ja7b：主軸信息輸入信號(hào)，連接到cnc系統(tǒng)的ja7ajy4：主軸位置和速度檢測(cè)信號(hào)，連接到主軸位置編碼器cx2a：dc24v輸入接口與電源模塊的cx2b相連cx1a：交流200v電壓輸入連接到電源模塊的cx2bjx1a：模塊之間信息接口連接到電源模塊的jx1bjy2：主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝傳感器信號(hào)及定子繞組溫度開(kāi)關(guān)信號(hào)cx2

33、b：dc24v輸出，連接到伺服模塊的cx2au、v、w：連接到主軸電動(dòng)機(jī)，為動(dòng)力電源圖5-11 fanuc系統(tǒng)系列主軸模塊的連接5、 fanuc系統(tǒng)系列主軸模塊的連接電路 圖5-11為系列主軸模塊的連接電路，三相動(dòng)力電源通過(guò)伺服變壓器（把380v電壓轉(zhuǎn)換成200v電壓）輸送到電源模塊的控制電路輸入端、電源模塊主電路的輸入端以及作為主軸電動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇電源。jy2連接到內(nèi)裝了a、b相脈沖發(fā)生器的主軸電動(dòng)機(jī)，jy2作為主軸電動(dòng)機(jī)的速度反饋及主軸電動(dòng)機(jī)過(guò)熱檢測(cè)信號(hào)接口。jy4連接到主軸位置編碼器，實(shí)現(xiàn)主軸位置及速度的控制，完成數(shù)控機(jī)床的主軸與進(jìn)給的同步控制及主軸的準(zhǔn)停控制等。cx4連接到數(shù)控機(jī)床操作面板

34、的系統(tǒng)急停開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)急停信號(hào)的控制。圖5-12 fanuc系統(tǒng)系列主軸模塊的連接電路4.1.4 主軸相關(guān)參數(shù)一、802c系統(tǒng)主軸相關(guān)參數(shù)設(shè)置根據(jù)不同的機(jī)床類(lèi)型，通過(guò)設(shè)定主軸參數(shù)，使機(jī)床具有各種豐富的功能。主軸參數(shù)正確與否，直接影響機(jī)床的正常運(yùn)行如果。采用交流電機(jī)加變頻器，或者采用伺服主軸；在加工螺紋或每轉(zhuǎn)進(jìn)給編程時(shí)，則機(jī)床數(shù)據(jù)md30130設(shè)為1。md30134為1時(shí)，q0.0=伺服使能，q0.1=負(fù)方向運(yùn)行，也就是當(dāng)q0.0=1時(shí)主軸正轉(zhuǎn)，q0.0=1、q0.1=1時(shí)，主軸反轉(zhuǎn)。當(dāng)md30134=2時(shí)，q0.0=伺服使能正方向運(yùn)行，q0.1=伺服使能負(fù)方向運(yùn)行。表4.6 802c系統(tǒng)

35、主軸相關(guān)參數(shù)軸參數(shù)號(hào)參數(shù)名單位軸值參數(shù)定義30130ctrlout-typesp1/0有/無(wú)-10v10v模擬量輸出3013 4is-unipolar-outputsp0雙極性主軸q0.0和q0.1可以由plc使用1單極性主軸q0.0和q0.1不可以由plc使用2單極性主軸q0.0和q0.1不可以由plc使用30200num-encs0主軸有/無(wú)編碼器反饋30240enc-typesp2主軸帶測(cè)量系統(tǒng)類(lèi)型31020enc-resolsp1024編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)32260rated velorpmsp3000主軸額定轉(zhuǎn)速36200ax velo limitmm/minsp33000主軸最大監(jiān)控速

36、度36300ma enc fpeq limithzsp55000主軸監(jiān)控頻率除了這些主軸相關(guān)參數(shù)外，還有與主軸機(jī)械換檔相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，這里不一一表述，具體內(nèi)容參看調(diào)試說(shuō)明書(shū)。二、fanuc oi mate主軸相關(guān)參數(shù)表4.7 fanuc oi mate主軸相關(guān)參數(shù)參數(shù)號(hào)符號(hào)意義0i-mate3701/1isi使用串行主軸o3701/4ss2用第二串行主軸o3705/0esfs和sf的輸出o3705/1gstsor信號(hào)用于換擋/定向3705/2sgb換擋方法a，b3705/4evss和sf的輸出o3706/4gtt主軸速度擋數(shù)（t/m型）3706/6,7cwm/tcwm03/m04的極性o370

37、8/0sar檢查主軸速度到達(dá)信號(hào)o3708/1sat螺紋切削開(kāi)始檢查saro3730主軸模擬輸出的增益調(diào)整o3731主軸模擬輸出時(shí)電壓偏移的補(bǔ)償o3732定向/換擋的主軸速度o3735主軸電機(jī)的允許最低速度3736主軸電機(jī)的允許最低速度3740檢查sar的延時(shí)時(shí)間o3741第一擋主軸最高速度o3742第二擋主軸最高速度o3743第三擋主軸最高速度o3744第四擋主軸最高速度o3751第一至第二擋的切換速度3752第二至第三擋的切換速度3771g96的最低主軸速度o3772最高主軸速度o4019/7主軸電機(jī)初始化o4133主軸電機(jī)代碼o1）fanuc 0i的模擬主軸設(shè)置和siemens802s/

38、c的模擬主軸設(shè)置基本類(lèi)似，也可以分為單極性主軸和雙極性主軸。單/雙極性主軸的設(shè)置首先通過(guò)cnc主軸參數(shù)3706#6、#7設(shè)置極性。tcw、cwm為主軸速度輸出時(shí)電壓極性。其次，通過(guò)變頻器參數(shù)選擇頻率控制輸入信號(hào)的類(lèi)型，以fuji frenic-multi為例，設(shè)置f01為1。f01，c30 分別是頻率設(shè)定，頻率設(shè)定選擇頻率設(shè)定的設(shè)定方法。 通過(guò)端子 12 輸入兩極（dc010v）的模擬電壓時(shí)，請(qǐng)將功能代碼 c35 設(shè)置為0。c35 的數(shù)據(jù)為 1 時(shí)僅 dc0+10v 有效，負(fù)極輸入 dc0-10v 視為 0(零)v。 端子 c1 通過(guò)接口印刷電路板上的開(kāi)關(guān) sw7 和功能代碼 e5 的設(shè)定，可

39、作為電流輸入(c1 功能)或電壓輸入（v2 功能）使用。 除了本設(shè)定以外，還有優(yōu)先級(jí)較高的設(shè)定手段（通信、多段頻率等）。有關(guān)詳情，請(qǐng)參照f(shuō)renic-multi 用戶(hù)手冊(cè)。2）參數(shù) no.3735設(shè)定主軸電機(jī)最低箝制速度，參數(shù) no.3736設(shè)定主軸電機(jī)最高箝制速度，設(shè)定數(shù)據(jù)的范圍為：04095。但是，主軸電機(jī)箝制速度的設(shè)定并不是一直有效的，如果指定了恒表面速度控制功能或gtt（no.3706.4），這兩個(gè)參數(shù)無(wú)效。在這種情況下，不能指定主軸電機(jī)的最大箝制速度。但是可以由參數(shù)no.3772（第一軸）、no.3802（第二軸）、no.3822（第三軸）設(shè)定主軸最大速度。3）數(shù)控機(jī)床一般采用手動(dòng)換

40、檔和自動(dòng)換檔兩種方式，前一種方式是在主軸停止后，根據(jù)所需要的主軸速度人工撥動(dòng)機(jī)械檔位至相應(yīng)的速度范圍；后者，首先執(zhí)行s功能，檢查所設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)所在的速度范圍發(fā)出信號(hào)，一般采用液壓方式換到相應(yīng)的檔位。所以在程序當(dāng)中或使用mdi方式，s功能應(yīng)該寫(xiě)在m3（m4）之前，在某些嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，s指令要寫(xiě)在m3（m4）的前一行，使機(jī)床能夠先判斷、切換檔位后啟動(dòng)主軸。對(duì)手動(dòng)換檔機(jī)床，當(dāng)s功能設(shè)定的主軸速度和所在檔位不一致時(shí)，m3（m4）若寫(xiě)在s功能前，可以看到主軸首先轉(zhuǎn)動(dòng)，然后立即停止，再報(bào)警的情況，這對(duì)機(jī)床有一定的傷害。因此，應(yīng)注意書(shū)寫(xiě)格式。對(duì)每一個(gè)檔位，都需要設(shè)置它的主軸最高轉(zhuǎn)速，這是由參數(shù)

41、 no.3741 、no.3742、no.3743和no.3744（齒輪檔1、2、3和4的主軸最高轉(zhuǎn)速）所設(shè)定的，它們的數(shù)據(jù)單位是min-1，數(shù)據(jù)范圍：032767。顯然，參數(shù)的設(shè)置是和實(shí)際機(jī)床的齒輪變比有關(guān)系，當(dāng)選定了齒輪組后，相應(yīng)的參數(shù)也就能夠設(shè)定了。如果m系選擇了t型齒輪換檔（恒表面速度控制或參數(shù)gtt（no.3706#4）設(shè)定為1），還必須設(shè)定參數(shù)no.3744。即使如此，剛性攻絲也只能用3檔速度。檔位的選擇，由參數(shù) no.3751（檔1檔2切換點(diǎn)的主軸電機(jī)速度）、參數(shù) no.3752（檔2檔3切換點(diǎn)的主軸電機(jī)速度）決定，其數(shù)據(jù)范圍：04095，其設(shè)定值為：這兩個(gè)參數(shù)的設(shè)定要考慮到主軸

42、電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩。另外，要注意在攻絲循環(huán)時(shí)的檔位切換有專(zhuān)用的參數(shù)：參數(shù) no.3761（攻絲循環(huán)時(shí)檔1檔2切換點(diǎn)的主軸電機(jī)速度）、參數(shù) no.3762（攻絲循環(huán)時(shí)檔1檔2切換點(diǎn)的主軸電機(jī)速度），其數(shù)據(jù)單位：rpm，數(shù)據(jù)范圍：032767。而不由參數(shù) no.3751、 no.3752決定。5)主軸速度到達(dá)信號(hào)sar是cnc啟動(dòng)切削進(jìn)給的輸入信號(hào)。 該信號(hào)通常用于切削進(jìn)給必須在主軸達(dá)到指定速度后方能啟動(dòng)的場(chǎng)合。 此時(shí)，用傳感器檢測(cè)主軸速度。所檢測(cè)的速度通過(guò)pmc 送至cnc。 當(dāng)用梯形圖連續(xù)執(zhí)行以上操作時(shí)，如果主軸速度改變指令和切削進(jìn)給指令同時(shí)發(fā)出時(shí)，則cnc 系統(tǒng)會(huì)根據(jù)表示以前主軸狀態(tài)（主軸速度改

43、變前）的信號(hào)sar，錯(cuò)誤啟動(dòng)切削進(jìn)給。為避免上述問(wèn)題，在發(fā)出s指令和切削進(jìn)給指令后，對(duì)sar 信號(hào)進(jìn)行延時(shí)監(jiān)測(cè)。延遲時(shí)間由參數(shù)no.3740 設(shè)定。 使用sar 信號(hào)時(shí)，需將參數(shù)no.3708 第0 位（sar）設(shè)定為1。 當(dāng)該功能使切削進(jìn)給處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，診斷畫(huà)面上的no.06（主軸速度到達(dá)檢測(cè)）保持為1。4.2 主軸故障維修4.2.1任務(wù)1：cjk6032數(shù)控車(chē)床主軸不轉(zhuǎn)故障維修一、維修前調(diào)查 序號(hào)調(diào)查項(xiàng)目?jī)?nèi)容1機(jī)床 系統(tǒng)802c base line 數(shù)控系統(tǒng)變頻器mm420變頻器電機(jī)普通三相交流異步電機(jī)2有無(wú)異常聲、音、味無(wú)3故障發(fā)生時(shí)報(bào)警號(hào)和報(bào)警提示無(wú)4變頻器上有 報(bào)警指示無(wú)5在何種工

44、作方式下發(fā)生開(kāi)機(jī)，自動(dòng)或手動(dòng)方式下運(yùn)行主軸6二、 故障原因分析表4 -8 主軸不轉(zhuǎn)故障可能原因分析故障現(xiàn)象可能原因處理方法主軸不轉(zhuǎn)電氣cnc無(wú)速度信號(hào)輸出檢測(cè)速度給定信號(hào)，檢查系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)主軸變頻器故障1)是否有報(bào)警錯(cuò)誤代碼顯示，如有報(bào)警，對(duì)照相關(guān)說(shuō)明書(shū)解決（主要有過(guò)流、過(guò)、過(guò)壓、欠壓以及功率塊故障等）。2)頻率指定源和運(yùn)行指定源的參數(shù)是否設(shè)置正確。 3)智能輸入端子的輸入信號(hào)是否正確。變頻器輸出端子u、v、w不能提供電源電源是否已提供給端子運(yùn)行命令是否有效？rs（復(fù)位）功能或自由運(yùn)行停車(chē)功能是否處于開(kāi)啟狀態(tài)負(fù)載過(guò)重電動(dòng)機(jī)負(fù)載是否太重主軸電動(dòng)機(jī)故障電機(jī)損壞機(jī)械主軸與電機(jī)連接傳動(dòng)帶過(guò)松調(diào)整傳帶松

45、架緊偉動(dòng)帶表面有油造成打滑用汽油清洗傳動(dòng)帶失效斷裂更換三、維修流程根據(jù)主軸結(jié)構(gòu)、相關(guān)電路原理圖（如圖4-2）及參數(shù)，維修流程如下： 電源正常？ 開(kāi)始觀察主軸電機(jī)運(yùn)行情況查機(jī)械連接部件查看變頻器電源指示或用萬(wàn)用表測(cè)量變頻器工作電源電機(jī)轉(zhuǎn)？y查看plc輸出端q0.0、q0.1正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)輸出狀態(tài)ny查強(qiáng)電控制回路nnq0.0=1 n查系統(tǒng)參數(shù)md1451211y查變頻器5號(hào)端子是否為高電平 cnc至變頻器線(xiàn)路斷ny測(cè)量變頻器模擬量輸入端3、4nn34號(hào)端子有0-10的電壓？ 查cnc參數(shù)30130yy變頻器uvw有無(wú)電壓輸出 n主軸負(fù)載過(guò)載1、變頻器參數(shù)錯(cuò)誤2、變頻器損壞四、故障測(cè)試與排除首先觀

46、測(cè)主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)情況，電機(jī)不轉(zhuǎn)。觀察變頻器上電正常，查看系統(tǒng)plc輸出狀態(tài)正常，查看變頻器正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)，發(fā)現(xiàn)正轉(zhuǎn)信號(hào)線(xiàn)斷落。接回后，主軸正常旋轉(zhuǎn)。4.2.2 任務(wù)2：主軸轉(zhuǎn)速慢故障維修表4.10。 可能原因檢查步驟排除措施動(dòng)力線(xiàn)接線(xiàn)錯(cuò)誤檢查主軸伺服與電動(dòng)機(jī)之間的uvw連線(xiàn)確保連線(xiàn)對(duì)應(yīng)cnc模擬量輸出（d/a）轉(zhuǎn)換電路故障用交換法判斷是否有故障更換相應(yīng)電路板cnc速度輸出模擬量與驅(qū)動(dòng)器連接不良或斷線(xiàn)測(cè)量相應(yīng)信號(hào)，是否有輸出且是否正常更換指令發(fā)送口或更換數(shù)控裝置主軸驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定不當(dāng)查看驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，是否正常依照說(shuō)明書(shū)，正確設(shè)置參數(shù)反饋線(xiàn)連接不正常查看反饋連線(xiàn)確保反饋連線(xiàn)正常反饋信號(hào)不正常檢查反饋信

47、號(hào)的波形調(diào)整波形至正確或更換編碼器4.2.3 其它故障實(shí)例分析例1：故障現(xiàn)象：一臺(tái)西門(mén)子802c系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床，臺(tái)達(dá)vfd-b變頻器，主軸運(yùn)行突然停止，變頻器面板上出現(xiàn)oc-c報(bào)警。 分析與處理過(guò)程：臺(tái)達(dá)變頻器oc-c報(bào)警的含義是過(guò)電流，造成過(guò)電流的原因可能是變頻器內(nèi)部、外部有短路或過(guò)載。經(jīng)查交流主軸驅(qū)動(dòng)器主回路，發(fā)現(xiàn)再生制動(dòng)回路、主回路的熔斷器均熔斷，經(jīng)更換后機(jī)床恢復(fù)正常。但機(jī)床正常運(yùn)行數(shù)天后，再次出現(xiàn)同樣故障。 由于故障重復(fù)出現(xiàn)，證明該機(jī)床主軸系統(tǒng)存在問(wèn)題，根據(jù)報(bào)警現(xiàn)象，分析可能存在的主要原因有：1）電機(jī)與變頻器間的連線(xiàn)是否有搭殼短路現(xiàn)象2）主軸驅(qū)動(dòng)器控制板不良。3）電動(dòng)機(jī)連續(xù)過(guò)載。4）電動(dòng)

48、機(jī)繞組存在局部短路。在以上幾點(diǎn)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工情況，電動(dòng)機(jī)過(guò)載的原因可以排除?？紤]到換上元器件后，驅(qū)動(dòng)器可以正常工作數(shù)天，故主軸驅(qū)動(dòng)器控制板不良的可能性已較小。因此，故障原因可能性最大的是電動(dòng)機(jī)繞組存在局部短路。維修時(shí)仔細(xì)測(cè)量電動(dòng)機(jī)繞組的各項(xiàng)電阻，發(fā)現(xiàn)其中一相相對(duì)地絕緣電阻較小，證明該相存在局部對(duì)地短路。拆開(kāi)電動(dòng)機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部繞組與引出線(xiàn)的連接處絕緣套已經(jīng)老化；經(jīng)重新連接后，對(duì)地電阻恢復(fù)正常。再次更換元器件后，機(jī)床恢復(fù)正常，故障不再出現(xiàn)。 例2：主軸高速出現(xiàn)異常振動(dòng)的故障維修 故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，當(dāng)主軸在高速（3000r/min以上）旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)床出現(xiàn)異常振動(dòng)。 分析與處

49、理過(guò)程：數(shù)控機(jī)床的振動(dòng)與機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)整以及機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率等因素有關(guān)，其原因通常比較復(fù)雜。但在本機(jī)床上，由于故障前交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作正常，可以在高速下旋轉(zhuǎn)；且主軸在超過(guò)3000r/min時(shí)，在任意轉(zhuǎn)速下振動(dòng)均存在，可以排除機(jī)械共振的原因。經(jīng)仔細(xì)檢查機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接，最終發(fā)現(xiàn)該機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)器的接地線(xiàn)連接不良，將接地線(xiàn)重新連接后，機(jī)床恢復(fù)正常。 例3：不執(zhí)行螺紋加工的故障維修 故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，在自動(dòng)加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床不執(zhí)行螺紋加工程序。分析與處理過(guò)程：數(shù)控車(chē)床加工螺紋，其實(shí)質(zhì)是主軸的轉(zhuǎn)角與z軸進(jìn)給之間進(jìn)行的插補(bǔ)。主軸的角度位移是通過(guò)主軸

50、編碼器進(jìn)行測(cè)量。在本機(jī)床上，由于主軸能正常旋轉(zhuǎn)與變速，分析故障原因主要有以下幾種：1） 主軸編碼器與主軸驅(qū)動(dòng)器之間的連接不良。2） 主軸編碼器故障。3） 主軸驅(qū)動(dòng)器與數(shù)控裝置之間的位置反饋信號(hào)電纜連接不良。4） 主軸編碼器方向設(shè)置錯(cuò)誤 。經(jīng)查主軸編碼器與主軸驅(qū)動(dòng)器的連接正常，故可以排除第1項(xiàng)；且通過(guò)crt的顯示，可以正常顯示主軸轉(zhuǎn)速，因此說(shuō)明主軸編碼器的a、-a、b、-b信號(hào)正常；在利用示波器檢查z、-z信號(hào)，可以確認(rèn)編碼器零脈沖輸出信號(hào)正確。根據(jù)檢查，可以確定主軸位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作正常。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的說(shuō)明書(shū)，進(jìn)一步分析螺紋加工功能與信號(hào)的要求，可以知道螺紋加工時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行的是主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給動(dòng)作，

51、因此它與主軸的速度到達(dá)信號(hào)有關(guān)。在fanuc 0-td系統(tǒng)上，主軸的每轉(zhuǎn)進(jìn)給動(dòng)作與參數(shù)prm242的設(shè)定有關(guān)，當(dāng)該位設(shè)定為“0”時(shí)，z軸進(jìn)給時(shí)不監(jiān)測(cè)“主軸速度到達(dá)”信號(hào)；設(shè)定為“1”時(shí)，z軸進(jìn)給時(shí)需要檢測(cè)“主軸速度到達(dá)”信號(hào)。 在本機(jī)床上，檢查發(fā)現(xiàn)該位設(shè)定為“1”，因此只有“主軸速度到達(dá)”信號(hào)為“1”時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。通過(guò)系統(tǒng)的診斷功能，檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速顯示置與系統(tǒng)的指令指一致時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。通過(guò)系統(tǒng)的診斷功能，檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速顯示值與系統(tǒng)的指令值一致時(shí)，“主軸速度到達(dá)”信號(hào)仍然為“0”。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該信號(hào)連接線(xiàn)斷開(kāi)；重新連接后，螺紋加工動(dòng)作恢復(fù)正常。例4：變頻器出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警

52、的維修故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)采用三菱公司的e540變頻器，在加工過(guò)程中，變頻器出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警。分析與處理過(guò)程：仔細(xì)觀察機(jī)床故障產(chǎn)生的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)故障總是在主軸啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)發(fā)生，因此，可以初步確定故障的產(chǎn)生與變頻器的加/減速時(shí)間設(shè)定有關(guān)。當(dāng)加/減速時(shí)間設(shè)定不當(dāng)時(shí)，如主電動(dòng)機(jī)起/制動(dòng)頻繁或時(shí)間設(shè)定太短，變頻器的加/減速無(wú)法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，則通常容易產(chǎn)生過(guò)電壓報(bào)警。修改變頻器參數(shù)，適當(dāng)增加加/減速時(shí)間后，故障消除。例5：安川變頻主軸在換刀時(shí)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的故障維修故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床，開(kāi)機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)床進(jìn)行換刀動(dòng)作時(shí)，主軸也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。分析與處理過(guò)程：由于該機(jī)床采用的是安川

53、變頻器控制主軸，主軸轉(zhuǎn)速是通過(guò)系統(tǒng)輸出的模擬電壓控制的。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，安川變頻器對(duì)輸入信號(hào)的干擾比較敏感，因此初步確認(rèn)故障原因與線(xiàn)路有關(guān)。為了確認(rèn)，再次檢查了機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)器與刀架控制的原理圖于實(shí)際接線(xiàn)，可以判定在線(xiàn)路連接、控制上兩者相互獨(dú)立，不存在相互影響。進(jìn)一步檢查變頻器的輸入模擬量屏蔽電纜布線(xiàn)與屏蔽線(xiàn)連接，發(fā)現(xiàn)該電纜的布線(xiàn)位置與屏蔽線(xiàn)均不合理，將電纜重新布線(xiàn)并對(duì)屏蔽線(xiàn)進(jìn)行重新連接后，故障消失。 例6：主軸定位出現(xiàn)超調(diào)的故障維修故障現(xiàn)象：某加工中心，配套611a主軸驅(qū)動(dòng)器，在執(zhí)行主軸定位指令時(shí)，發(fā)現(xiàn)主軸存在明顯的位置超調(diào)，定位位置正確，系統(tǒng)無(wú)故障。分析與故障處理：由于系統(tǒng)無(wú)報(bào)警，主軸定位動(dòng)作正確，可以確認(rèn)故障是由于主軸驅(qū)動(dòng)器或系統(tǒng)調(diào)整不良引起的。解決超調(diào)的方法有很多種，如：減小加減速時(shí)間、提高速度環(huán)比例增益、降低速度環(huán)積分時(shí)間等等。檢查本機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的加減速時(shí)間設(shè)定為2s，此值明顯過(guò)大；更改參數(shù)，設(shè)定加減速時(shí)間為05s后，位置超調(diào)消除。 例7、速度偏差過(guò)大指的是主軸電機(jī)的實(shí)際速度與指令速度的誤差值超過(guò)允許值，一般是啟動(dòng)時(shí)電機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)或速度上不去。引起此故障的原因見(jiàn)表5.11。 表5.11 速度偏差過(guò)大報(bào)警綜述可能原因檢查步驟排除措施反饋連線(xiàn)不良不啟動(dòng)主軸，用手盤(pán)動(dòng)主軸使主軸電動(dòng)機(jī)以較快速度轉(zhuǎn)起來(lái)，估計(jì)電機(jī)的實(shí)際速