直流主轴伺服系统故障诊断与排除

当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。主轴伺服系统常见的故障如下：

1.外界干扰

由于受到电磁干扰、屏蔽和接地措施不良的影响，主轴转速指令信号或反馈信号受到干扰，使主轴驱动出现随机和无规律性的波动。判别有无干扰的方法是：当主轴转速指令为零时，主轴仍往复转动，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除故障。

2.过载

切削用量过大，或频繁地正、反转变速等均可引起过载报警。具体表现为主轴电动机过热、主轴驱动装置显示过电流报警等。

3.主轴定位抖动

主轴的定向控制（也称主轴定位控制）是将主轴准确停在某一固定位置上，以便在该位置进行刀具交换、精镗退刀及齿轮换挡等。

1）有三种方式可实现主轴准停定向：

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。发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴的准停点，发磁体和磁传感器间的间隙为（1.5±0.5）mm。

③编码器型的电气准停控制。通过在主轴电动机内安装或在机床主轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。

2）产生主轴定位抖动故障的原因如下：

①上述准停均要经过减速的过程，减速或增益等参数设置不当，均可引起定位抖动。

②采用位置编码器作为位置检测元件的准停方式时，定位液压缸活塞移动的限位开关失灵，引起定位抖动。

③采用磁性传感头作为位置检测元件时，发磁体和磁传感器之间的间隙发生变化或磁传感器失灵，引起定位抖动。

4.主轴转速与进给不匹配

当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时，可能出现停止进给但主轴仍继续转动的故障。系统要执行每转进给的指令，主轴每转必须由主轴编码器发出一个脉冲反馈信号。出现主轴转速与进给不匹配故障，一般是由于主轴编码器有问题，可用以下方法来确定：

①CRT界面有报警显示。

②通过CRT调用机床数据或I/O状态，观察编码器的信号状态。

③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.转速偏离指令值

当主轴转速超过技术要求所规定的范围时，要考虑的因素是：

①电动机过载。

②CNC系统输出的主轴转速模拟量（通常为0～10V）没有达到与转速指令对应的值。

③测速装置有故障或速度反馈信号断线。

④主轴驱动装置故障。

6.主轴异常噪声及振动

首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。

①在减速过程中发生异常噪声，一般是由驱动装置造成的，例如交流驱动中的再生回路故障。(www.xing528.com)

②在恒转速时产生异常噪声，可通过观察主轴电动机自由停车过程中是否有噪声和振动来区别，如果有，则是主轴机械部分有问题。

③检查振动周期是否与转速有关：如果无关，一般是主轴驱动装置未调整好；如果有关，应检查主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。

7.主轴电动机故障

目前多用交流主轴，所以下面就以交流主轴电动机为例介绍其故障。直流电机故障报警内容与之基本相同，所以下面所述的分析方法也适用于直流主轴伺服单元。

1）主轴电动机不转：CNC系统至主轴驱动装置除了转速模拟量控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC24V继电器线圈电压。①检查CNC系统是否有速度控制信号输出。②检查使能信号是否接通。通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC梯形图（或流程图），以确定主轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足。③主轴驱动装置故障。④主轴电动机故障。

2）电动机过热：可能的原因有：电动机负载太大；电动机冷却系统太脏；电动机内部风扇损坏；主轴电动机与伺服单元间连线出现断线或接触不良。

3）电动机速度偏离指令值：原因有：

①电动机过载，有时转速限值设定太小时也会造成电动机过载。

②如报警是在减速时发生，则故障多发生在再生回路，可能是再生控制不良或再生用晶体管模块损坏。如果只是再生回路的熔丝烧断，则大多数是因为加速/减速频率次数太高所致。

③如果报警是在电动机正常旋转时产生的，可在急停后用手转动主轴，用示波器观察脉冲发生器的信号，如果波形不变，则说明脉冲发生器有故障，或速度反馈断线。如果波形有变化，则可能是印制线路板不良或速度反馈信号有问题。

4）电动机速度超过最大额定速度值：引起本报警可能的原因是印制线路板上设定有误或调整不良；印制线路板上的ROM存储器不对；印制电路板有故障。

5）电动机速度超过最大额定速度（当采用数字检测系统时）：原因同上述。

6）交流主轴电动机旋转时出现异常噪声与振动：对这类故障可按下述方法进行检查和判断。

①检查异常噪声和振动是在什么情况下发生的。如果在减速过程中发生，则再生回路可能有故障，此时应着重检查再生回路的晶体管模块及熔丝是否已烧断。

②若是在稳速旋转时发生，则应确认反馈电压是否正常。如果反馈电压正常，可在电动机旋转时拔下指令信号插头，观察电动机停转过程中是否有异常噪声。如果有噪声，说明机械部分有问题；如果无噪声，说明印制线路板有故障。

③如果反馈电压不正常，则应检查振动周期是否与速度有关。如果与速度无关，则可能是调整不好或机械问题或印制线路不良。

④如果振动周期与速度有关，则应检查主轴与主轴电动机的齿数比是否合适，主轴的脉冲发生器是否不好。

7）交流主轴电动机不转或达不到正常转速：检查步骤和可能的原因为：

①观察NC给出速度指令后，报警灯是否亮，如果报警灯亮，则按显示的报警号处理。若不亮，则检查速度指令VCMD是否正常。

②如果VCMD不正常，则应检查指令是否为模拟信号。如果是模拟信号，则NC系统内部有问题；如果不是，则是D/A变换器有故障。

③如果VCMD指令正常，应观察是否有准停信号输入。如果有这个信号输入，则应解除这个信号，否则，可能是设定错误，印制线路板调整不良或印制线路板不良。

④主轴不能启动还可能是传感器安装不良，而磁性传感器没有发出检测信号。

⑤电缆连接不好也会引起此故障。

表6-1列出了直流主轴伺服系统发生故障的原因。

表6-1 直流主轴伺服系统的故障原因

（续）