邱德琴

【摘　要】本文通過對數控機床主軸伺服係統的介紹（shào），闡述了主軸伺（sì）服係統的故障所產生的形式、不同的故障點主（zhǔ）要（yào）產生的原因（yīn），以（yǐ）及根據不同故障所表現形式去分析、解決問題。通過對主軸伺（sì）服係（xì）統維修實例的講解，為我們今後在生產（chǎn）一線提供一些解決問題的思路。

【關鍵詞（cí）】主軸伺服（fú）係統；故（gù）障診斷；主軸編碼器；CNC

主軸驅動（dòng）係統就是在係統中完成主運動的動力（lì）裝置部分。它（tā）帶動工件或刀具作相應的旋轉運動，從（cóng）而能配合進給運動，加工出理（lǐ）想的零件。主軸驅（qū）動變速目前主要有兩（liǎng）種形式：一是主軸（zhóu）電動機（jī）齒輪換檔，目的在於降低主軸（zhóu）轉速（sù），增大傳動（dòng）比，放大主軸功率以適應切削的需要;二是主軸電動（dòng）機通過同步（bù）齒形帶或皮（pí）帶驅動主軸，該類主軸電動機又稱寬域電機或（huò）強切削電動機（jī），具有恒功率（lǜ）寬的特點。由於無需機械變速，主軸箱內省卻了齒輪和離合器，主軸箱實際上成了主軸支架，簡化了（le）主傳動係統，從而提高（gāo）了傳（chuán）動鏈的可靠性。

1、主軸伺服（fú）係統故障診斷

數控機床對主軸要求在很寬範圍內轉速（sù）可調，恒功率範圍寬。當（dāng）要求機床有螺紋加工功能、準停（tíng）功能和恒功率加工等功能時，就要對主軸（zhóu）提（tí）出相應的進給（gěi）控製和位置（zhì）控製要求。此時，主軸驅（qū）動係統也可稱為主軸伺服係統，相應的主軸電動機裝配有編（biān）碼器作為（wéi）主軸（zhóu）位置檢測（cè）;另一種方法就是在主軸上直接安裝外置式的編碼器，這在機床改造和經濟（jì）型數控車床中用得較多。當主軸伺服係統發生故障時，通常有三種表現形式：一是在CRT或操作麵板上顯示報警內容或報警信息;二是在主軸驅動裝置上用報警燈或數碼管顯示主軸驅動裝置的故障（zhàng）;三（sān）是主軸工作不正常，但無任何報警信息。主軸伺服係統常見故障有：

1.1過載

原因：切削用量（liàng）過（guò）大（dà），頻繁正、反轉等均可引起過載報警。 具體表現為：主軸電（diàn）動機過熱主軸驅動裝置（zhì）顯示過電流報警等。

1.2主軸不（bú）能轉動

電（diàn）氣係統原因：1）檢查CNC係統是否有速度控製信號輸出。2）檢查使能信號（hào）是否接通。通過CNC顯示器觀察I/O狀態，分析機床PLC梯形圖（或流程圖（tú）），以確定主軸的啟動條件，如潤滑（huá）、冷卻等是否滿足。3）主軸電動機動力（lì）線斷裂或主軸控製單（dān）元連接不良。4）機床負載過大。5）主軸（zhóu）驅動裝置故障。6）主軸電機故障。

機械故障原因，在機械方（fāng）麵，主（zhǔ）軸不轉常發生在強力（lì）切削下（xià），可能原因有（yǒu）：1）主軸與電機連接皮（pí）帶過（guò）鬆或皮帶表麵有油，造成打滑。2）主軸中（zhōng）的拉杆未拉緊夾持刀具的拉釘（dìng）（在車床上（shàng）就（jiù）是卡盤未夾緊工件）。

1.3 主軸轉速異常（cháng）或轉速不穩（wěn）定

當主軸轉（zhuǎn）速超過技術要求所規定的範圍時，要考慮：1）CNC係統輸出的主軸轉速模擬量（通常為0～±10v）沒有達到與轉速指令對應的值，或速（sù）度指令錯誤。2）CNC係統中D/A變換器（qì）故障。3）主軸轉速模擬量中有幹擾（rǎo）噪聲。4）測速（sù）裝置有故障（zhàng）或速度反饋信號斷線（xiàn）。5）電動機過載。6）電動（dòng）機不良（包括勵磁喪失）。7）主軸驅動裝置故（gù）障。

1.4 主軸轉動時振動或噪聲太大（dà）

首先要區別噪聲及振動發生在主軸機械部分（fèn）還是電器部分。檢查方（fāng）法有：1）在減速過程中發生，一般是由驅動裝置造成的，如交流驅動中的（de）再生回路故障。2）在恒轉速時，可通過觀察主軸電動機（jī）自由（yóu）停車過（guò）程中是（shì）否有噪聲和振動來區別，如存在（zài），則主軸機械部分有問題。3）檢查振動的周期是否與轉速有關，如無關，一般是主軸驅動裝置未調整好;如有關，應檢查（chá）主軸機械部分是否 良好，測速裝置是（shì）否不良。

電器方麵可能的（de）原因（yīn）：1）電源缺相或電源電壓不正常。2）控製單元上的電源開關設定（50/60Hz切（qiē）換）錯誤。3）伺服單元上的增益電路和顫抖電路調整不好（或設（shè）置不當）。4）電流反饋回（huí）路（lù）未調整好。5）三相輸入的相序不對。

機械方麵的原因：1）主軸箱與床身的連（lián）接螺釘鬆動。2）軸承預緊力不夠或預（yù）緊（jǐn）螺釘鬆動，遊隙過大，使（shǐ）之產生軸向竄（cuàn）動，應重新調查。3）軸承損（sǔn）壞，應（yīng）更換軸承。4）主軸部件上（shàng）動（dòng）平衡不好，應重新調整動平衡。5）此輪有嚴重損傷，或此輪齧合間隙過大，應（yīng）更換此輪或調整齧合（hé）間隙。6）潤滑不良，因油不足，應改善潤滑條件，使潤滑油充足（zú）。7）主軸（zhóu）與主軸電機的連接皮帶過緊，應（yīng）移動電機座（zuò）調整皮帶使鬆緊（jǐn）度合適。8）連接主軸與電（diàn）機的連軸器故障。9）主軸（zhóu）負荷太大。

1.5主軸加/減（jiǎn）速時工?不正常

造成此（cǐ）故障的原因有下述幾種：1）減速極限電路調整不良。2）電流反饋回路不良。3）加/減速（sù）回路（lù）時間常數設（shè）定和負載貫量不匹配。4）驅動器再生製動電路故障（zhàng）。5）傳動帶連接不良。

1.6 外界幹（gàn）擾

主軸轉速出（chū）現隨機和無（wú）規律性的波動（dòng）。由於受電（diàn）磁幹擾，屏（píng）蔽或接地措施不良，主軸轉速指令信號或反饋信號受（shòu）到幹擾，使（shǐ）主軸驅動出現隨機和無規律性（xìng）的波動。判別有無幹擾的方法是：當主軸轉速指（zhǐ）令為零時?主軸仍往複擺動，調整（zhěng）零速平衡和漂移補償也不能消除故障。

1.7 主軸速度指令無效，轉速僅有1～2r/min

原因：1）CNC模擬量輸出（D/A）轉換電路故障。2）CNC速度（dù）輸出模擬量與驅動器連接不良或斷線。3）主軸（zhóu）轉向控製信號極性與主軸轉向輸入信號（hào）不一致。4）主軸驅動器參數設定不（bú）當。

1.8 主（zhǔ）軸不能進行（háng）變速（sù）

造成主軸不能轉速主要有以下原因：1）CNC參數設置（zhì）不當或編程錯誤造成主軸（zhóu）轉速控製信（xìn）號輸出為某一固定值。2）D/A轉換電路故障。3）主軸驅動器速度模擬量（liàng）輸入電路故障。

1.9 螺紋加工出現“亂牙”故障

數控車床加工螺紋，其實質是主軸的角位移與Z軸進給之間進行插補，主軸的角位移是通過主軸編碼器進行測量的，一般螺紋（wén）加工時，係統進（jìn）行的是主軸每轉進給動作（zuò），要執行每轉進給的指令，主軸（zhóu）必須有每轉一個脈衝的反饋信號，“亂牙”往往是由於主軸與Z軸進給不能實現同步引起的，此外，還（hái）有以下原因：1）主軸編碼器或Z軸“零（líng）位脈衝”不良或受到幹擾。2）主軸編碼器或連軸器鬆動（斷（duàn）裂）。3）主軸編碼器信號線接地或屏蔽不良，被幹（gàn）擾。4）主軸轉速不穩（wěn），有抖動。5）主軸轉速尚未穩（wěn）定，就執（zhí）行了螺紋加工指令（G32），導（dǎo）致了（le）主軸與Z軸進給不能實現同步，造成“亂牙（yá）”。 采用“G32”前加G04延時指令或更改螺紋加工程序的起始（shǐ）點（diǎn），使其離開工件（jiàn）一段距離，保證在主軸（zhóu）速度（dù）平穩後，再開始螺紋加工（gōng），即可實（shí）現正常的（de）螺紋（wén）加工。

除（chú）了以上描（miáo）述外，還有（yǒu）一些（xiē）常見的主軸係統故障，比如：主（zhǔ）軸定位點不穩定、主軸定位時出現振蕩、主軸不能定（dìng）位、主軸定位不準等在這裏不再一一（yī）贅述。

2、維修（xiū）實例（lì）

例1　某立（lì）式加工中心，在加工時主軸運行突然停止，驅動器顯示過（guò）電流報警。

分析：經查交流主軸驅動器主回路，發現再（zài）生製動回路、主回（huí）路的熔斷器均（jun1）熔斷（duàn），經更換後機床恢複正常。但機床正常運行數天（tiān）後，再次出現同樣故障。

分析可能存在的主要原因有：1）主（zhǔ）軸驅動器控（kòng）製板不良。2）電動機連續（xù）過載。3）電（diàn）動機繞（rào）組存在（zài）局部短路。

在以上幾點中，根據現（xiàn）場實際加工情況，電機過載（zǎi）的原因可（kě）以 排除（chú）。考慮到換上元（yuán）器件（jiàn）後，驅動器可以正常工作數天，故主軸驅動器控製板不（bú）良的可能性很小。因此可能性Z大的是電動機繞組存在局部短路。維修（xiū）時仔細測量電動機繞組的各相電阻，發現U相對地絕緣電阻較小，證明該相存在局部對地短路。拆開電動機檢（jiǎn）查發現（xiàn），電動機內部繞組與引出線的連（lián）接處絕緣（yuán）套已經老化;經重（chóng）新連接後，對地電（diàn）阻恢複正常。更換元器（qì）件後，機床恢複正常，故障不再出現。

例2　DM4600加工中心，在更換了主軸編碼器後，出現主軸定位時不斷振蕩，無法完成定位的（de）故障。

分析：由（yóu）於該機床更換了主軸位置編（biān）碼器，機床在（zài）執行主軸定位時減速動作正確，分析（xī）故障原因應與主軸位置反饋極性有關，當位置反饋極性設定錯誤時，必（bì）然引起以上現象。   更換（huàn）主軸編（biān）碼器極性可以通過交換編碼器的輸出（chū）信號Ua1/Ua2， Ua1/Ua2進行，當編碼器定位由CNC控製時，也可以通過修改CNC機床參數進（jìn）行，在本機（jī）床上通過修改主軸位置反（fǎn）饋極性（xìng）參數（硬件配置參數中主軸編碼器的部件號），主軸定位恢複正常。

3、結束（shù）語

我們日常（cháng）進行數控機床的維護維修（xiū）時，應該在充分調查現場掌握手材料（liào）的基礎上，把故障問題正確地列出來。俗話說，能夠把問題說清楚，就已經解決了問題的一半。分析故障時，維修人員不應局限於CNC部分，而是要（yào）對機床強電、機械、液壓、氣動等方麵都作詳細的檢查，並進行綜合判斷，製（zhì）定出故障排除的方案，達到快速確診（zhěn）和高效率排除（chú）故障的目（mù）的。

參考文獻：

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[3]廖兆榮 機床電氣自動（dòng）控製[M] 北京 化學工業出版社2003.

來源：《商情》2020年30期