主軸系統(tǒng)故障診斷與維修課件

主編楊中力、溫丹麗數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修(第三版)模塊七主軸系統(tǒng)的故障診斷與維修主編楊中力、溫丹麗數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修(第三版)模1工作任務(wù)

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。工作任務(wù)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2工作任務(wù)

圖7-1是CK7815型數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)圖,該主軸工作轉(zhuǎn)速范圍為15~5000r/min。主軸9前端采用三個(gè)角接觸球軸承12,通過(guò)前支承套14支承,由螺母11預(yù)緊。后端采用圓柱滾子軸承15支承,徑向間隙由螺母3和螺母7調(diào)整。螺母8和螺母10分別用來(lái)鎖緊螺母7和螺母11,防止螺母7和11的回松。帶輪2直接安裝在主軸9上(不卸荷)。同步帶輪1安裝在主軸9后端支承與帶輪之間,通過(guò)同步帶和安裝在主軸脈沖發(fā)生器4軸上的另一同步帶輪,帶動(dòng)主軸脈沖發(fā)生器4和主軸同步運(yùn)動(dòng)。在主軸前端,安裝有液壓卡盤(pán)或其他夾具。

本任務(wù)通過(guò)對(duì)CK7815數(shù)控車床主軸部件的分析，掌握該主軸的拆裝步驟，熟悉該主軸模塊的結(jié)構(gòu)和性能，了解主軸電動(dòng)機(jī)的分類、原理和應(yīng)用。能夠排除主軸不轉(zhuǎn)、主軸不準(zhǔn)?；驕?zhǔn)停位置不準(zhǔn)、主軸轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲大、振動(dòng)大、主軸轉(zhuǎn)速與實(shí)際指令值不匹配等故障。工作任務(wù)圖7-1是CK7815型數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)圖,3工作任務(wù)1-同步帶輪2-帶輪3、7、8、10、11-螺母4-主軸脈沖發(fā)生器5-螺釘6-支架9-主軸12-角接觸球軸承13-前端蓋14-前支承套15-圓柱滾子軸承圖7-1CK7815數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)圖工作任務(wù)1-同步帶輪2-帶輪3、7、8、10、11-螺母4任務(wù)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

（1）學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)典型故障的診斷與維修方法。

（2）掌握FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)的故障報(bào)警及其分類。

（3）通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障的訓(xùn)練，掌握故障排除的常用方法。2.能力目標(biāo)

（1）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，會(huì)用調(diào)試變頻器并進(jìn)行主軸功能的調(diào)試

（2）會(huì)對(duì)主軸的各類故障進(jìn)行分析診斷與排除

（3）查閱相關(guān)資料能夠讀懂主軸控制PLC程序及相關(guān)電路。

（4）能撰寫(xiě)維修工作報(bào)告，總結(jié)、反思、改進(jìn)工作過(guò)程。3.素質(zhì)目標(biāo)

（1）在故障診斷、檢測(cè)及更換中能嚴(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。

（2）具有自主分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

（3）具備環(huán)境保護(hù)和文明生產(chǎn)的基本素質(zhì)。任務(wù)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)5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)的是車削加工，所對(duì)應(yīng)的機(jī)床是車床類；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。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)6工作任務(wù)

一、主軸系統(tǒng)分類及特點(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)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。模擬量控制的主軸驅(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)和專用變頻器控制專用電機(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，性價(jià)比很高，這時(shí)也可以將模擬主軸稱為變頻主軸。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α系列等。工作任務(wù)一、主軸系統(tǒng)分類及特點(diǎn)7工作任務(wù)

二、主軸部件的拆卸與調(diào)整

1.主軸部件的拆卸

主軸部件在維修時(shí)需要進(jìn)行拆卸。拆卸前應(yīng)做好工作場(chǎng)地清理、清潔工作和拆卸工具及資料的準(zhǔn)備工作,然后進(jìn)行拆卸操作。

2.主軸部件裝配及調(diào)整

裝配前各零件、部件應(yīng)嚴(yán)格清洗,需要預(yù)先加涂油的部位應(yīng)加涂油。裝配設(shè)備、裝配工具以及裝配方法,應(yīng)根據(jù)裝配要求及配合部位的性質(zhì)選取。操作者必須注意,不正確或不規(guī)范的裝配方法,將影響裝配精度和裝配質(zhì)量,甚至損壞被裝配件。工作任務(wù)二、主軸部件的拆卸與調(diào)整8工作任務(wù)

三、通用變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置

1.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。工作任務(wù)三、通用變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置9工作任務(wù)

（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。

（2）變頻器控制回路功能及端子接線

掌握變頻器控制回路接線端子功能在維修中是非常重要的工作任務(wù)（1）變頻器主電路10工作任務(wù)

（3）變頻器輸入接線實(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)

（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。

（5）變頻器常見(jiàn)故障

在變頻器日常維護(hù)過(guò)程中,經(jīng)常遇到各種各樣的問(wèn)題,如外圍線路問(wèn)題,參數(shù)設(shè)定不良或機(jī)械故障。工作任務(wù)（3）變頻器輸入接線實(shí)際使用注意事項(xiàng)11工作任務(wù)

2.數(shù)控系統(tǒng)與主軸裝置的電路連接

（1）西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)和MM420變頻器的連接。如圖7-3所示，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)X6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外，系統(tǒng)和變頻器的參數(shù)設(shè)置也非常重要。工作任務(wù)2.數(shù)控系統(tǒng)與主軸裝置的電路連接12工作任務(wù)圖7-3西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)和MM420變頻器的連接工作任務(wù)圖7-3西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)和MM420變頻器的13工作任務(wù)

（2）FANUC0iMate數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)動(dòng)的連接

FANUC0iMate系統(tǒng)主軸控制可分為主軸串行輸出/主軸模擬輸出（Spindleserialoutput/Spindleanalogoutput）。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)稱為模擬主軸，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)。FANUC0iMateTC數(shù)控系統(tǒng)模擬主軸的連接如圖7-4。工作任務(wù)（2）FANUC0iMate數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)14工作任務(wù)圖7-4FANUC0iMate-TC數(shù)控系統(tǒng)與變頻器的連接工作任務(wù)圖7-4FANUC0iMate-TC數(shù)控系統(tǒng)與變15工作任務(wù)

四、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，參考圖7-5。工作任務(wù)四、FANUC串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動(dòng)裝置的連接16工作任務(wù)圖7-5Fanuc0i主軸連接示意圖工作任務(wù)圖7-5Fanuc0i主軸連接示意圖17工作任務(wù)

1.FANUC串行數(shù)字控制的主軸模塊端口及連接

2.FANUC系統(tǒng)α系列主軸模塊的連接電路

3.FANUCOiMate主軸相關(guān)參數(shù)

（1）FANUC0i的模擬主軸設(shè)置分為單極性主軸和雙極性主軸。單/雙極性主軸的設(shè)置通過(guò)CNC主軸參數(shù)3706#6、#7設(shè)置極性。

（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：0～4095。

（3）數(shù)控機(jī)床一般采用手動(dòng)換檔和自動(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。

（4）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)。工作任務(wù)1.FANUC串行數(shù)字控制的主軸模塊端口及連接18工作任務(wù)

五、主軸伺服系統(tǒng)故障診斷與維修

當(dāng)主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常有三種表現(xiàn)形式：一是在CRT或操作面板上顯示報(bào)警信息或報(bào)警內(nèi)容；二是在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上用警報(bào)燈數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)動(dòng)裝置的故障；三是主軸工作不正常，但無(wú)任何報(bào)警信息。

1.主軸伺服系統(tǒng)常見(jiàn)的故障

（1）外界干擾，主軸轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)和無(wú)規(guī)律性的波動(dòng)

（2）過(guò)載

（3）主軸定位抖動(dòng)工作任務(wù)五、主軸伺服系統(tǒng)故障診斷與維修19工作任務(wù)

（4）主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配

（5）轉(zhuǎn)速偏離指令值

當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)技術(shù)要求所規(guī)定的范圍時(shí)，要考慮：

①電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

②CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉(zhuǎn)速模擬量（通常為0-±10V）沒(méi)有達(dá)到與轉(zhuǎn)速指令對(duì)應(yīng)的值。

③測(cè)速裝置有故障或速度反饋信號(hào)斷線。

④主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障。

（6）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。工作任務(wù)（4）主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配20工作任務(wù)

（7）主軸異常噪聲及振動(dòng)

首先要區(qū)別異常噪聲及振動(dòng)發(fā)生在主軸機(jī)械部分還是在電氣驅(qū)動(dòng)部分。

①在減速過(guò)程中發(fā)生一般是由驅(qū)動(dòng)裝置造成的，如交流驅(qū)動(dòng)中的再生回路故障。

②在恒轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生，可通過(guò)觀察主軸電動(dòng)機(jī)自由停車過(guò)程中是否有噪音和振動(dòng)的來(lái)區(qū)別，如存在，則主軸機(jī)械部分有問(wèn)題。

③檢查振動(dòng)周期是否與轉(zhuǎn)速有關(guān)。如無(wú)關(guān)，一般是主軸驅(qū)動(dòng)裝置參數(shù)未調(diào)整好；如有關(guān)，應(yīng)檢查主軸機(jī)械部分是否良好，測(cè)速裝置是否不良。工作任務(wù)（7）主軸異常噪聲及振動(dòng)21工作任務(wù)

（8）主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)

CNC系統(tǒng)至主軸驅(qū)動(dòng)裝置除了轉(zhuǎn)速模擬量控制信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)要重點(diǎn)圍繞這兩個(gè)信號(hào)檢查。

①檢查CNC系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出。

②檢查能使信號(hào)是否接通。通過(guò)CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機(jī)床PLC圖形（或流程圖），以確定主軸的啟動(dòng)條件，如潤(rùn)滑、冷卻等是否滿足。

③主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障。

④主軸電動(dòng)機(jī)故障。

（9）主軸在加/減速時(shí)工作不正常

（10）主軸不能進(jìn)行變速工作任務(wù)（8）主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)22工作任務(wù)

2.診斷流程

根據(jù)主軸結(jié)構(gòu)、相關(guān)電路原理圖（如圖7-9）及參數(shù)，維修流程如下：工作任務(wù)2.診斷流程23工作任務(wù)圖7-9主軸故障診斷流程圖工作任務(wù)圖7-9主軸故障診斷流程圖24任務(wù)實(shí)施

一、CJK6032數(shù)控車床主軸不轉(zhuǎn)故障維修

1.維修前調(diào)查

2.故障原因分析

3.故障測(cè)試與排除

首先觀測(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)線斷落。接回后，主軸正常旋轉(zhuǎn)。任務(wù)實(shí)施一、CJK6032數(shù)控車床主軸不轉(zhuǎn)故障維修25任務(wù)實(shí)施

二、主軸轉(zhuǎn)速慢故障維修。

三、伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)

為了使主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠連續(xù)運(yùn)行，防患于未然，應(yīng)進(jìn)行日常檢查和定期檢查。注意以下的作業(yè)項(xiàng)目。

1.日常檢查

通電和運(yùn)行時(shí)不取去外蓋，從外部目檢變頻器的運(yùn)行，確認(rèn)沒(méi)有異常情況。通常檢查以下各點(diǎn)。

（1）運(yùn)行性能符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（2）周圍環(huán)境符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（3）鍵盤(pán)面板顯示正常。

（4）沒(méi)有異常的噪聲、振動(dòng)和氣味。

（5）沒(méi)有過(guò)熱或變色等異常情況。任務(wù)實(shí)施二、主軸轉(zhuǎn)速慢故障維修。26任務(wù)實(shí)施

2.定期檢查

定期檢查時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）維護(hù)檢查時(shí)，務(wù)必先切斷輸入變頻器（R、S、T）的電源。

（2）確定變頻器電源切斷，顯示消失后，等到內(nèi)部高壓指示燈熄滅后，方可實(shí)施維護(hù)、檢查。

（3）在檢查過(guò)程中，絕對(duì)不可以將內(nèi)部電源及線材，排線拔起及誤配，否則會(huì)造成變頻器不工作或損壞。

（4）安裝時(shí)螺絲等配件不可置留在變頻器內(nèi)部，以免電路板造成短路現(xiàn)象。

（5）安裝后保持變頻器的干凈，避免塵埃，油霧，濕氣侵入。任務(wù)實(shí)施2.定期檢查27技能拓展

一、FANUC伺服主軸與變頻主軸

目前FANUC系統(tǒng)的主軸電動(dòng)機(jī)主要有兩種控制接口：模擬（0～10V）輸出和數(shù)字（串行傳送）輸出。模擬接口靠變頻器和三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)；數(shù)字串行口靠全數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)控制。通常說(shuō)用變頻器驅(qū)動(dòng)的主軸就是模擬主軸，用伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的主軸就是伺服主軸。兩者都能滿足數(shù)控機(jī)床主軸的控制要求。技能拓展一、FANUC伺服主軸與變頻主軸28技能拓展

1.硬件控制系統(tǒng)不同

鎖著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是微電子和電力技術(shù)的不斷更新，伺服控制系統(tǒng)從早期的模擬控制逐步發(fā)展到全數(shù)字控制系統(tǒng)。并隨著伺服系統(tǒng)硬件的軟件化,使其控制性能有了更大的提高。驅(qū)動(dòng)元件從早期的可控硅（晶閘管）SCR、大功率晶體管GTR,絕緣柵雙極型晶體管IGBT，發(fā)展到目前的智能型功率器件IPM。

2.原理和應(yīng)用不同

3.應(yīng)用上的區(qū)別技能拓展1.硬件控制系統(tǒng)不同29技能拓展

二、不執(zhí)行螺紋加工的故障維修

1.配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，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)主軸編碼器進(jìn)行測(cè)量。技能拓展二、不執(zhí)行螺紋加工的故障維修30技能拓展

2.螺紋或攻絲加工出現(xiàn)“亂牙”故障

數(shù)控車床加工螺紋，其實(shí)質(zhì)是主軸的角位移與Z軸進(jìn)給之間進(jìn)行插補(bǔ)，“亂牙”是由于主軸與Z軸進(jìn)給不能實(shí)現(xiàn)同步引起的。主軸的角位移是通過(guò)主軸編碼器進(jìn)行測(cè)量的。一般螺紋加工時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行的是主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給動(dòng)作，要執(zhí)行每轉(zhuǎn)進(jìn)給的指令，主軸必須有每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖的反饋信號(hào)。

技能拓展2.螺紋或攻絲加工出現(xiàn)“亂牙”故障31THANKYOUTHANK32主編楊中力、溫丹麗數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修(第三版)模塊七主軸系統(tǒng)的故障診斷與維修主編楊中力、溫丹麗數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修(第三版)模33工作任務(wù)

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。工作任務(wù)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34工作任務(wù)

圖7-1是CK7815型數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)圖,該主軸工作轉(zhuǎn)速范圍為15~5000r/min。主軸9前端采用三個(gè)角接觸球軸承12,通過(guò)前支承套14支承,由螺母11預(yù)緊。后端采用圓柱滾子軸承15支承,徑向間隙由螺母3和螺母7調(diào)整。螺母8和螺母10分別用來(lái)鎖緊螺母7和螺母11,防止螺母7和11的回松。帶輪2直接安裝在主軸9上(不卸荷)。同步帶輪1安裝在主軸9后端支承與帶輪之間,通過(guò)同步帶和安裝在主軸脈沖發(fā)生器4軸上的另一同步帶輪,帶動(dòng)主軸脈沖發(fā)生器4和主軸同步運(yùn)動(dòng)。在主軸前端,安裝有液壓卡盤(pán)或其他夾具。

本任務(wù)通過(guò)對(duì)CK7815數(shù)控車床主軸部件的分析，掌握該主軸的拆裝步驟，熟悉該主軸模塊的結(jié)構(gòu)和性能，了解主軸電動(dòng)機(jī)的分類、原理和應(yīng)用。能夠排除主軸不轉(zhuǎn)、主軸不準(zhǔn)?；驕?zhǔn)停位置不準(zhǔn)、主軸轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲大、振動(dòng)大、主軸轉(zhuǎn)速與實(shí)際指令值不匹配等故障。工作任務(wù)圖7-1是CK7815型數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)圖,35工作任務(wù)1-同步帶輪2-帶輪3、7、8、10、11-螺母4-主軸脈沖發(fā)生器5-螺釘6-支架9-主軸12-角接觸球軸承13-前端蓋14-前支承套15-圓柱滾子軸承圖7-1CK7815數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)圖工作任務(wù)1-同步帶輪2-帶輪3、7、8、10、11-螺母36任務(wù)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

（1）學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)典型故障的診斷與維修方法。

（2）掌握FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)的故障報(bào)警及其分類。

（3）通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障的訓(xùn)練，掌握故障排除的常用方法。2.能力目標(biāo)

（1）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，會(huì)用調(diào)試變頻器并進(jìn)行主軸功能的調(diào)試

（2）會(huì)對(duì)主軸的各類故障進(jìn)行分析診斷與排除

（3）查閱相關(guān)資料能夠讀懂主軸控制PLC程序及相關(guān)電路。

（4）能撰寫(xiě)維修工作報(bào)告，總結(jié)、反思、改進(jìn)工作過(guò)程。3.素質(zhì)目標(biāo)

（1）在故障診斷、檢測(cè)及更換中能嚴(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。

（2）具有自主分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

（3）具備環(huán)境保護(hù)和文明生產(chǎn)的基本素質(zhì)。任務(wù)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)37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)的是車削加工，所對(duì)應(yīng)的機(jī)床是車床類；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。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)38工作任務(wù)

一、主軸系統(tǒng)分類及特點(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)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。模擬量控制的主軸驅(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)和專用變頻器控制專用電機(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，性價(jià)比很高，這時(shí)也可以將模擬主軸稱為變頻主軸。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α系列等。工作任務(wù)一、主軸系統(tǒng)分類及特點(diǎn)39工作任務(wù)

二、主軸部件的拆卸與調(diào)整

1.主軸部件的拆卸

主軸部件在維修時(shí)需要進(jìn)行拆卸。拆卸前應(yīng)做好工作場(chǎng)地清理、清潔工作和拆卸工具及資料的準(zhǔn)備工作,然后進(jìn)行拆卸操作。

2.主軸部件裝配及調(diào)整

裝配前各零件、部件應(yīng)嚴(yán)格清洗,需要預(yù)先加涂油的部位應(yīng)加涂油。裝配設(shè)備、裝配工具以及裝配方法,應(yīng)根據(jù)裝配要求及配合部位的性質(zhì)選取。操作者必須注意,不正確或不規(guī)范的裝配方法,將影響裝配精度和裝配質(zhì)量,甚至損壞被裝配件。工作任務(wù)二、主軸部件的拆卸與調(diào)整40工作任務(wù)

三、通用變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置

1.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。工作任務(wù)三、通用變頻主軸驅(qū)動(dòng)裝置41工作任務(wù)

（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。

（2）變頻器控制回路功能及端子接線

掌握變頻器控制回路接線端子功能在維修中是非常重要的工作任務(wù)（1）變頻器主電路42工作任務(wù)

（3）變頻器輸入接線實(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)

（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。

（5）變頻器常見(jiàn)故障

在變頻器日常維護(hù)過(guò)程中,經(jīng)常遇到各種各樣的問(wèn)題,如外圍線路問(wèn)題,參數(shù)設(shè)定不良或機(jī)械故障。工作任務(wù)（3）變頻器輸入接線實(shí)際使用注意事項(xiàng)43工作任務(wù)

2.數(shù)控系統(tǒng)與主軸裝置的電路連接

（1）西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)和MM420變頻器的連接。如圖7-3所示，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)X6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外，系統(tǒng)和變頻器的參數(shù)設(shè)置也非常重要。工作任務(wù)2.數(shù)控系統(tǒng)與主軸裝置的電路連接44工作任務(wù)圖7-3西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)和MM420變頻器的連接工作任務(wù)圖7-3西門(mén)子802C數(shù)控系統(tǒng)和MM420變頻器的45工作任務(wù)

（2）FANUC0iMate數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)動(dòng)的連接

FANUC0iMate系統(tǒng)主軸控制可分為主軸串行輸出/主軸模擬輸出（Spindleserialoutput/Spindleanalogoutput）。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)稱為模擬主軸，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)。FANUC0iMateTC數(shù)控系統(tǒng)模擬主軸的連接如圖7-4。工作任務(wù)（2）FANUC0iMate數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)46工作任務(wù)圖7-4FANUC0iMate-TC數(shù)控系統(tǒng)與變頻器的連接工作任務(wù)圖7-4FANUC0iMate-TC數(shù)控系統(tǒng)與變47工作任務(wù)

四、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，參考圖7-5。工作任務(wù)四、FANUC串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動(dòng)裝置的連接48工作任務(wù)圖7-5Fanuc0i主軸連接示意圖工作任務(wù)圖7-5Fanuc0i主軸連接示意圖49工作任務(wù)

1.FANUC串行數(shù)字控制的主軸模塊端口及連接

2.FANUC系統(tǒng)α系列主軸模塊的連接電路

3.FANUCOiMate主軸相關(guān)參數(shù)

（1）FANUC0i的模擬主軸設(shè)置分為單極性主軸和雙極性主軸。單/雙極性主軸的設(shè)置通過(guò)CNC主軸參數(shù)3706#6、#7設(shè)置極性。

（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：0～4095。

（3）數(shù)控機(jī)床一般采用手動(dòng)換檔和自動(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。

（4）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)。工作任務(wù)1.FANUC串行數(shù)字控制的主軸模塊端口及連接50工作任務(wù)

五、主軸伺服系統(tǒng)故障診斷與維修

當(dāng)主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常有三種表現(xiàn)形式：一是在CRT或操作面板上顯示報(bào)警信息或報(bào)警內(nèi)容；二是在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上用警報(bào)燈數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)動(dòng)裝置的故障；三是主軸工作不正常，但無(wú)任何報(bào)警信息。

1.主軸伺服系統(tǒng)常見(jiàn)的故障

（1）外界干擾，主軸轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)和無(wú)規(guī)律性的波動(dòng)

（2）過(guò)載

（3）主軸定位抖動(dòng)工作任務(wù)五、主軸伺服系統(tǒng)故障診斷與維修51工作任務(wù)

（4）主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配

（5）轉(zhuǎn)速偏離指令值

當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)技術(shù)要求所規(guī)定的范圍時(shí)，要考慮：

①電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

②CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉(zhuǎn)速模擬量（通常為0-±10V）沒(méi)有達(dá)到與轉(zhuǎn)速指令對(duì)應(yīng)的值。

③測(cè)速裝置有故障或速度反饋信號(hào)斷線。

④主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障。

（6）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。工作任務(wù)（4）主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配52工作任務(wù)

（7）主軸異常噪聲及振動(dòng)

首先要區(qū)別異常噪聲及振動(dòng)發(fā)生在主軸機(jī)械部分還是在電氣驅(qū)動(dòng)部分。

①在減速過(guò)程中發(fā)生一般是由驅(qū)動(dòng)裝置造成的，如交流驅(qū)動(dòng)中的再生回路故障。

②在恒轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生，可通過(guò)觀察主軸電動(dòng)機(jī)自由停車過(guò)程中是否有噪音和振動(dòng)的來(lái)區(qū)別，如存在，則主軸機(jī)械部分有問(wèn)題。

③檢查振動(dòng)周期是否與轉(zhuǎn)速有關(guān)。如無(wú)關(guān)，一般是主軸驅(qū)動(dòng)裝置參數(shù)未調(diào)整好；如有關(guān)，應(yīng)檢查主軸機(jī)械部分是否良好，測(cè)速裝置是否不良。工作任務(wù)（7）主軸異常噪聲及振動(dòng)53工作任務(wù)

（8）主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)

CNC系統(tǒng)至主軸驅(qū)動(dòng)裝置除了轉(zhuǎn)速模擬量控制信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)要重點(diǎn)圍繞這兩個(gè)信號(hào)檢查。

①檢查CNC系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出。

②檢查能使信號(hào)是否接通。通過(guò)CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機(jī)床PLC圖形（或流程圖），以確定主軸的啟動(dòng)條件，如潤(rùn)滑、冷卻等是否滿足。

③主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障。

④主軸電動(dòng)機(jī)故障。

（9）主軸在加/減速時(shí)工作不正常

（10）主軸不能進(jìn)行變速工作任務(wù)（8）主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)54工作任務(wù)

2.診斷流程

根據(jù)主軸結(jié)構(gòu)、相關(guān)電路原理圖（如圖7-9）及參數(shù)，維修流程如下：工作任務(wù)2.診斷流程55工作任務(wù)圖7-9主軸故障診斷流程圖工作任務(wù)圖7-9主軸故障診斷流程圖56任務(wù)實(shí)施

一、CJK6032數(shù)控車床主軸不轉(zhuǎn)故障維修

1.維修前調(diào)查

2.故障原因分析

3.故障測(cè)試與排除

首先觀測(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)