主轴伺服故障诊断技巧

主轴伺服系统主要完成切削加工时主轴刀具旋转速度的控制,现在有些系统还具有C 轴功能,即主轴的旋转像进给轴一样进行位置控制,它可完成主轴任意角度的停止以及和Z 轴联动完成刚性攻丝等功能,这类主轴系统的结构中,装有脉冲编码器作为主轴位置反馈。

主轴伺服系统分为直流主轴系统和交流主轴系统。 由于直流主轴电机为他励直流电机,因此直流主轴控制系统要为电机提供励磁电压和电枢电压。 在恒转矩区,励磁电压恒定,通过增大电枢的电压来提高电机速度;在恒功率区,保持电枢电压恒定,通过减小励磁电压来提高电机转速。 目前数控机床采用得较多的主轴驱动为交流电机配变频控制的方式,它是通过改变电机的工作频率来改变电机转速的。

主轴伺服系统发生故障时,通常有三种表现形式:一是在CRT 或操作面板上显示报警内容或报警信息;二是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障;三是主轴工作不正常但无任何报警信息。 对于报警提示,可根据系统说明书详查可能的原因,常见的主轴单元的故障有以下六种:

(1）主轴不转

可能的原因:机械故障。 如机械负载过大,主轴系统外部信号未满足;又如,主轴使能信号、主轴指令信号、主轴单元或主轴电机故障。

(2）电动机转速异常或转速不稳定

可能的原因:速度指令不正常,测速反馈不稳定或故障,过负载,主轴单元或电机故障。

(3）外界干扰

由于受电磁干扰,屏蔽或接地不良,主轴转速指令或反馈受到干扰,使主轴驱动出现随机或无规律的波动。 判断方法:当主轴转速为零时,主轴仍往复转动,调整零速平衡和漂移补偿也不能消除。

(4）主轴转速与进给不匹配(www.xing528.com)

当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时,会出现停止进给、主轴仍继续运转的故障。要执行每转进给指令,主轴必须有每转一个脉冲的反馈信号,一般情况下认为主轴编码器有问题,可用以下方法来确定:CRT 画面上有报警指示;通过CRT 调用机床数据或I/O 状态,观察编码器的信号状态;用每分钟进给指令代替每转进给指令来执行程序,观察故障是否消失。

(5）主轴异常噪声或振动

首先区别异常噪声的来源是机械侧还是电气驱动部分。 在减速过程中产生,一般是由驱动装置造成的,如交流驱动装置中的再生回路故障;在恒转速时产生,可通过观察主轴电动机在自由停车过程中是否有噪声和振动来区分,若存在,则主轴机械侧部分有问题。 检查主轴振动周期是否与转速有关,若无关,一般是主轴驱动装置未调整好;若有关,应检查主轴机械侧是否良好,测速装置是否良好。

(6）主轴定位抖动

主轴准停用于刀具交换,精镗退刀及齿轮变挡。 有三种实现形式:

①机械准停控制。 由带“V”形槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。

②磁性传感器的电气准停控制。 励磁体装在主轴的后端,磁传感器装在主轴箱上,其安装位置决定了主轴准停点,励磁体和磁传感器之间的间隙为(1.5 ±0.5) mm。

③编码器型的准停控制。 通过主轴电机内置或在主轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制,准停角可任意设定。

上述的过程要经过减速的过程,如减速或增益等参数设置不当,均可引起定位抖动。 另外,定位开关、励磁体及磁传感器的故障或设置不当也可能引起定位抖动。