主轴系统故障实例与诊断方法分析

【例5-96】 G18-CNC-1000数控磨床U轴失控故障的修复。

故障现象：机床一开机各部分功能均正常运转，但是运行大约1h左右电箱温度升到32℃时（说明书规定在0～45℃间均能正常运行）。进给轴U轴出现失控现象。具体表现在按下进给或归零按键能听到“咔嗒、咔嗒”断续的进给伺服电动机转动声音，但不能正常进给或归零，操作其他功能正常，只是不能进行吃刀加工。

故障检查与分析：G18-CNC-1000磨床为美国MOORE公司生产，采用G3472数控系统。因为该机床U轴独立控制，并且能从现象上明确判断非机械故障，因此把故障隔离仅局限在U轴控制各部位。U轴控制原理框图如图5-109所示。

图5-109 U轴控制原理框图

1—编码器 2—显示 3—轮形设定开关板 4—显示驱动比较电路控制板 5—伺服电动机 6—前级驱动 7—按钮控制站 8—逻辑控制板

U轴工作过程，一开机自动复位归零。按下进给键。逻辑板接收到该命令后发出信号起动伺服电动机，同时打开光栅测量计的通道送到显示及比较印制电路板，进行计数显示。并且给出一门控信号使显示比较电路提取设定数据进行比较，当达到预定值时，给出限位脉冲，通过逻辑控制伺服电动机停止进给，归零工作过程基本相似。在分析清楚工作过程后与故障现象对应起来进行分析，因该故障不能正确显示又不能正常运转，因此故障应在与显示和运转都有关联的部位——编码器、逻辑控制板和显示比较控制板部分。再者故障在电箱升温后才出现，因而有足够的时间进行信号对比测量检查。

故障外理：通过分析，对怀疑部位进行由浅入深的排除法诊断，通过比较编码器输出的CHA、CHB、CHZ信号，故障前后无不同现象，故可初步排除此部位，进一步对逻辑控制板处理后的CHA、CHB、CHZ进行对比检查发现其测量结果不一样。因此，该板为初步怀疑对象，从出现故障的情况看，温升是一个很重要的影响因素。因此为证实初步判断，我们用电风扇对着逻辑板吹，进行冷却，结果能延长正常运转时间，至此可以肯定该板上元件有问题。因为没有详细线路图。要做到片级修理比较困难，但是电箱温度范围在0～45℃，现只到32℃就出现故障。因此，我们用触摸比较温升来确定不良元件。通过触摸发现有两块同一型号的芯片温度相差很大。我们给温升高的一块表面搽涂酒精进行降温，果然能延长正常开机时间，后查为uPB82878总线发送器故障，更换该芯片，故障排除。

【例5-97】 美国BRYANT公司的数控外圆磨床X轴振动故障的处理。

故障现象：这台机床使用3年以后，X轴运动产生的振动越来越大，而且运动的速度越快，产生的振动越大，影响了机床的加工精度。

故障检查与分析：美国BRYANT公司的数控外圆磨床采用该公司自己的TEACHABLE III控制系统。分析认为：①如果X轴导轨或滚珠丝杠出现问题，则会引起这个故障。对机械装置进行检查，没有发现问题，并且导轨润滑也很正常，机械问题被排除了；②速度环出现问题也是引起振动的主要原因，为此我们首先更换了伺服系统的补偿板和放大板，都没能解决问题，然后检查了速度环的增益，如果增益过大，会造成系统振荡，从而使轴向运动产生振动，但测量的增益值与原始设定值并无区别，降低增益设定值，也未能消除振动；③这台机床伺服控制装置采用的直流控制系统，是美国KOLLMORGEN、INDUS TRIAL DRIVES公司的产品，为SBD/X系列P.W.M直流伺服电动机控制系统，直流伺服电动机也是采用这个公司的产品。如果直流测速电动机电刷接触不良，测速机输出电压不稳定，引起速度环反馈电压不稳，也会造成速度环振荡。为此我们测量了测速电动机绕组电阻，阻值较大，达数百欧姆，比标准值高出几倍，标准值为一百欧姆。并且随着转动角度不同，阻值也不相同。肯定测速电动机电刷出现了问题。将电动机拆开检查，发现测速电动机电刷已被腐蚀，原来这台电动机通有压缩空气，因为冬季含水量超标，致使电刷损坏。(www.xing528.com)

故障处理：将测速电动机的电刷更换后，机床的故障被排除，机床恢复了正常使用。为了避免类似问题的再次发生，将压缩空气管路增加过滤干燥装置，清洁压缩空气，减少水分和其他杂质。使问题得到了解决。

【例5-98】 一台数控外圆磨床砂轮主轴不转。

数控系统：美国BRYANT公司的TEACHABLE Ⅲ系统。

故障现象：这台磨床一次出现故障，起动砂轮主轴后，出现报警“Wheel RPM：nofeed Back”（砂轮速度：没有反馈），指示主轴速度没有反馈。

故障检查与分析：因为报警指示主轴速度没有反馈，但在起动主轴时观察砂轮主轴，发现主轴没有旋转，说明不是反馈问题。

根据机床工作原理，砂轮主轴是由ALLEN BRADLEY公司的变频器控制的，观察变频器不论是否起动主轴，变频器始终显示F02--，没有变化，据此分析问题可能出在起动控制方面。

根据图5-110所示的电气原理图进行检查，PLC的输出Q26起动主轴，在起动主轴时其状态为“1”，没有问题，它控制的继电器4CR线圈上也有控制电压，但其动合触点却没有闭合，测量其线圈，发现已开路，说明继电器4CR损坏。

图5-110 砂轮主轴电气原理图

故障处理：更换新的继电器，机床恢复正常。