數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修課件任務(wù)八 主軸驅(qū)動(dòng)單元故障診斷與維修

學(xué)習(xí)情境四數(shù)控車床主軸單元故障維修任務(wù)八

主軸單元故障診斷與維修

任務(wù)描述

CJK6132數(shù)控車床，手動(dòng)方式下運(yùn)行主軸正轉(zhuǎn)，主軸不轉(zhuǎn)，無報(bào)警。維修人員根據(jù)維修單，到現(xiàn)場進(jìn)行故障詢問調(diào)查，確定維修方案、計(jì)劃工時(shí)和費(fèi)用，通過查閱數(shù)控車床相關(guān)電路原理圖、說明書等維修資料，使用通用工具及萬用表，檢測判斷故障部位，在機(jī)床現(xiàn)場快速排除故障，填寫維修記錄并交接驗(yàn)收。任務(wù)分析：

數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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。主軸主要的故障有：主軸不轉(zhuǎn)、主軸速度慢、主軸振動(dòng)等故障，機(jī)械的、電氣的、系統(tǒng)參數(shù)的原因都會(huì)引起主軸不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)不正常。要想快速地排除這些故障，要有一定的理論基礎(chǔ)對(duì)進(jìn)行分析，也要有一定的診斷方法確定故障點(diǎn)，最后進(jìn)行故障處理，使機(jī)床恢復(fù)功能。所以在這一單元里，我們的工作過程：獲得信息（維修任務(wù)單、圖紙、說明書等）——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)與工作過程反饋）。學(xué)習(xí)任務(wù)主軸故障維修知識(shí)目標(biāo)掌握主軸系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因掌握故障分析的思路掌握故障處理的方法能力目標(biāo)能對(duì)主軸故障進(jìn)行分析并制訂維修計(jì)劃和預(yù)算維修費(fèi)用學(xué)會(huì)隔離法進(jìn)行故障診斷，能對(duì)主軸故障進(jìn)行排除能進(jìn)行試機(jī)檢查并撰寫維修工作報(bào)告相關(guān)知識(shí)8.1變頻器常見故障及排除

一、通用變頻器常見報(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。故障現(xiàn)象

故障原因

報(bào)警號(hào)

內(nèi)容

引起故障可能的原因

F0001過電流1)電動(dòng)機(jī)的功率（P0307）與變頻器的功率（P0206）不對(duì)應(yīng)，電動(dòng)機(jī)功率大于變頻器功率；2)電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線短路；3)有接地故障。F0002過電壓1)供電電源電壓過高；2)斜坡下降太快，再生制動(dòng)引起過電壓；3)負(fù)載慣量太大，制動(dòng)時(shí)引起過電壓。F0003欠電壓1)供電電源電壓太低；2)供電電源有短路時(shí)掉電或瞬時(shí)電壓跌落。變頻器（440系列）的主要報(bào)警及故障診斷如下表：F0004F0005變頻器過熱1）冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常；2）環(huán)境溫度過高；3）變頻器過載。F0022功率模塊故障1）IGBT短路；2）接地故障。F0030冷卻風(fēng)機(jī)故障風(fēng)機(jī)不在工作。F0041電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測失敗1）變頻器與電動(dòng)機(jī)連接不正確；2）電動(dòng)機(jī)參數(shù)不正確，參數(shù)值太小或太大。

1、主軸電機(jī)不轉(zhuǎn)

主要有以下原因：1）檢查CNC系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出。2）主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障。3）主軸電動(dòng)機(jī)故障。4）變頻器輸出端子U、V、W不能提供電源。造成此種情況可能有以下原因：

a)是否有報(bào)警錯(cuò)誤代碼顯示，如有報(bào)警，對(duì)照相關(guān)說明書解決。（主要有過流、過熱、過壓、欠壓以及功率塊故障等）。

b)頻率指定源和運(yùn)行指定源的參數(shù)是否設(shè)置正確。

c)智能輸入端子的輸入信號(hào)是否正確。二、主軸變頻系統(tǒng)常見故障及處理：

2、電機(jī)反轉(zhuǎn)

造成電機(jī)反轉(zhuǎn)的原因主要有：1）檢查輸出端子U/T1，V/T2和W/T3的連接是否正確？（使得電機(jī)的相序與端子連接相對(duì)應(yīng)，通常來說：正轉(zhuǎn)（FWD）＝U－V－W，和反轉(zhuǎn)（REV）＝U－W－V）2）檢查電機(jī)正反轉(zhuǎn)的相序是否與U/T1，V/T2和W/T3相對(duì)應(yīng)？3）檢查控制端子（FW）和（RV）連線是否正確？（端子(FW）用于正轉(zhuǎn)，（RV）用于反轉(zhuǎn)）3、電機(jī)轉(zhuǎn)速不能到達(dá)

主要原因可能有：1）如果使用模擬輸入，是否用電流或電壓“O”或“OI”

（1）檢查連線

（2）檢查電位器或信號(hào)發(fā)生器2）負(fù)載太重

（1）減少負(fù)載（2）重負(fù)載激活了過載限定（根據(jù)需要不讓此過載信號(hào)輸出）

4、電機(jī)過載（連續(xù)超負(fù)載150％一分鐘以上）

造成電機(jī)過載原因有：1）機(jī)械負(fù)載是否有突變2）電機(jī)配用太小3）電機(jī)發(fā)熱絕緣變差4）電壓是否波動(dòng)較大5）是否存在缺相6）機(jī)械負(fù)載增大7）供電電壓過低5、變頻器過載

造成變頻器過載原因有：

1）檢查變頻器容量是否配小，否則加大容量。2）檢查機(jī)械負(fù)載是否有卡死現(xiàn)象。3）V/F曲線設(shè)定不良，重新設(shè)定。6、主軸轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定

主要原因有：1）負(fù)載波動(dòng)是否太大。2）電源是否不穩(wěn)。3）該現(xiàn)象是否出現(xiàn)在某一特定頻率下。此現(xiàn)象可以稍微改變輸出頻率，使用跳頻設(shè)定將此有問題的頻率跳過。4）外界干擾。7、主軸轉(zhuǎn)速與變頻器輸出頻率不匹配

主要原因有：

1）最大頻率設(shè)定是否正確。2)驗(yàn)證V/F設(shè)定值與主軸電機(jī)規(guī)格是否相匹配。3）確保所有比例項(xiàng)參數(shù)設(shè)定正確。8、主軸與進(jìn)給不匹配（螺紋加工時(shí)）

主要原因有：

當(dāng)進(jìn)行螺紋切削或用每轉(zhuǎn)進(jìn)給指令切削時(shí)，會(huì)出現(xiàn)停止進(jìn)給、主軸仍繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的故障。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)，一般情況下為主軸編碼器有問題。可以用以下方法來確定：1）CRT畫面有報(bào)警顯示。2）通過PLC狀態(tài)顯示觀察編碼器的信號(hào)狀態(tài)。3）用每分鐘進(jìn)給指令代替每轉(zhuǎn)進(jìn)給指令來執(zhí)行程序，觀察故障是否消失。三、注意事項(xiàng)：

1）保持變頻器的清潔，不要讓灰塵等其它雜質(zhì)進(jìn)入。2）特別注意避免斷線或連接錯(cuò)誤。3）牢固連接接線端和連接器。4）確保使用具有合適容量的熔斷器，漏電斷路器，交流接觸器，電機(jī)連線。5）切斷電源后應(yīng)等待至少5分鐘，才能進(jìn)行維護(hù)或檢查。6）設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離潮濕和油霧，灰塵，金屬絲等雜質(zhì)。四、維修實(shí)例

例1：驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)過電流報(bào)警的故障維修

故障現(xiàn)象：某數(shù)控車床，在加工時(shí)主軸運(yùn)行突然停止，出現(xiàn)打刀，驅(qū)動(dòng)器顯示過電流報(bào)警。分析與處理過程：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)存在問題，根據(jù)報(bào)警現(xiàn)象，分析可能存在的主要原因有：

1）主軸驅(qū)動(dòng)器控制板不良。

2）電動(dòng)機(jī)連續(xù)過載。

3）電動(dòng)機(jī)繞組存在局部短路。

在以上幾點(diǎn)中，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際加工情況，電動(dòng)機(jī)過載的原因可以排除。考慮到換上元器件后，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)測量電動(dòng)機(jī)繞組的各項(xiàng)電阻，發(fā)現(xiàn)U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)。

分析與處理過程：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)器的接地線連接不良，將接地線重新連接后，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主軸編碼器進(jìn)行測量。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CRT的顯示，可以正常顯示主軸轉(zhuǎn)速，因此說明主軸編碼器的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)測系統(tǒng)工作正常。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的說明書，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，因此它與主軸的速度到達(dá)信號(hào)有關(guān)。在FANUC0-TD系統(tǒng)上，主軸的每轉(zhuǎn)進(jìn)給動(dòng)作與參數(shù)PRM24.2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“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“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)的指令值一致時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。得通過系統(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)連接線斷開；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)過壓報(bào)警的維修故障現(xiàn)象：配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)采用三菱公司的E540變頻器，在加工過程中，變頻器出現(xiàn)過壓報(bào)警。分析與處理過程：仔細(xì)觀察機(jī)床故障產(chǎn)生的過程，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/減速無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，則通常容易產(chǎn)生過電壓報(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)控車床，開機(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)。分析與處理過程：由于該機(jī)床采用的是安川變頻器控制主軸，主軸轉(zhuǎn)速是通過系統(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，可以判定在線路連接、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與屏蔽線連接，發(fā)現(xiàn)該電纜的布線位置與屏蔽線均不合理，將電纜重新布線并對(duì)屏蔽線進(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)無報(bào)警。分析與故障處理：由于系統(tǒng)無報(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，此值明顯過大；更改參數(shù)，設(shè)定加減速時(shí)間為0.5s后，位置超調(diào)消除。任務(wù)實(shí)施8.6主軸故障維修一、故障現(xiàn)象：手動(dòng)或自動(dòng)方式下主軸不轉(zhuǎn)

二、分析故障可能原因CJK6032數(shù)控車床主軸不轉(zhuǎn)的原因可以分為兩種，一是機(jī)械的，二是電氣的。我們根據(jù)先靜后動(dòng)，先機(jī)械后電氣的排故思路，在不開機(jī)的情況下，可以先看看機(jī)械部分，也就是主軸與電機(jī)連接傳動(dòng)帶有沒有過松或打滑，傳動(dòng)帶有沒有失效斷裂等情況；再電氣部分，啟動(dòng)主軸，根據(jù)先外部后內(nèi)部的原則，外部觀察主軸電機(jī)有沒轉(zhuǎn)，觀察變頻器有沒有報(bào)警；最后用萬用表測量、或打開系統(tǒng)PLC輸出端口觀察診斷。

故障現(xiàn)象可能原因處理方法主軸不轉(zhuǎn)電氣CNC無速度給定信號(hào)輸出檢測系統(tǒng)CNC輸出速度給定信號(hào)至變頻器3-4號(hào)端子是否有0-10V信號(hào)，檢查系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)MD31010。CNC正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)丟失

檢查系統(tǒng)PLC端口Q0.0\Q0.1輸出至變頻器5-6號(hào)端子信號(hào)情況。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)說明書解決（主要有過流、過、過壓、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不能提供電源檢查變頻器U、V、W輸出至電機(jī)進(jìn)線端子接線情況，運(yùn)行命令是否有效？負(fù)載過重電動(dòng)機(jī)負(fù)載是否太重主軸電動(dòng)機(jī)故障電機(jī)損壞工作電源故障檢查供電控制電源情況機(jī)械主軸與電機(jī)連接傳動(dòng)帶過松調(diào)整傳帶松