主轴伺服系统故障形式及诊断方法

1.常用主轴驱动系统

（1）FANUC电动机主轴驱动系统

FANUC电动机主要采用交流主轴驱动系统，有S、H、P三个系列（1.5～37kW、1.5～22kW、3.7～37kW）。其主要特点为：采用微处理控制技术；主回路采用晶体管PWM逆变器；具有主轴定向控制、数字和模拟输入。

FANUC电动机的主轴伺服单元有以下几种：

①FANUC交流模拟主轴伺服单元，型号特征为A06B-6044-H×××，其主回路的整流桥将三相185V交流电变成300V直流电，再由六路大功率晶体管的导通和截止宽度来调整输出到交流主轴电动机的电压，以达到调节电动机的速度的目的。还有两路开关晶体管和三个可控硅组成回馈制动电路，有三个熔断器、接触器、放电二极管，放电电阻等。控制电路板的板号为A20B-0009-0531～0535或A20B-1000-0070～0071），其作用是接受系统的速度指令（0～+10V模拟电压）、正反转指令和电动机的速度反馈信号，给主回路提供12路触发脉冲。报警指示有四个红色二极管，分别代表8、4、2、1编码，共组成15个报警号。被早期的FS3、6、7、0A等系统所采用。

②交流数字主轴伺服单元，型号特征为A06B-6055-H×××，主回路与交流模拟主轴伺服单元相同，其他结构相似，控制板的板号为A20B-1001-0120，但是所有信号都转换为数字量处理。有五位的数码管显示电动机速度、报警号，并可进行参数的显示和设定。被早期的FS3、6、0A、10/11/12、15E、15A、0E、0B等采用。

③交流S系列数字主轴伺服单元，型号特征为A06B-6059-H×××，主回路为印制电路板结构，其他元件有螺钉固定在印制电路板上，这样便于维修、拆卸，不会造成接线错误。其原理与交流模拟主轴伺服单元相似；有一个驱动模块和一个放电模块（H001～003没有放电模块，只有放电电阻）；控制板与交流数字主轴伺服单元的基本相似（板号为A20B-1003-0010或120B-1003-0100）；数码管显示电动机速度及报警号，可进行参数的设定，还可以设定检测波形方式等。被FS0系列、16/18A、16/18E、15E、10/11/12等采用。

④交流S系列串行主轴伺服单元，型号特征为A06B-6059-H×××，原理和主回路与S系列数字主轴伺服单元的相同；控制板的接口为光缆串行接口（板号为A20B-1100-XXXX）；数码管显示电动机速度及报警号，可进行参数的设定，还可以设定检测波形方式和单独运行方式。被FS0系列、16/18A、16/18E、15E、10/11/12等采用。

⑤交流α系列主轴伺服单元将伺服系统分成三个模块：PSM（电源模块）、SPM（主轴模块）和SVM（伺服模块）。型号特征为：α系列为A06B-6078-H×××、A06B-6088-H×××或A06B-6102-H×××，αC系列为A06B-6082-H×××。其主回路体积明显减小，将原来的金属框架式改为黄色塑料外壳的封闭式。从外面看不到电路板，维修时需打开外壳，主回路无整流桥，有一个IPM或三个晶体管模块、一个主控板、一个接口板或一个插到主控板上的驱动板。电源模块与主轴模块结构基本相同。αC系列主轴单元无电动机速度反馈信号。电源模块将200V交流电整流为300V直流电和24V直流，给后面的SPM和SVM使用，以及完成回馈制动任务。被FS0C、0D、16/18C、15B、i系列采用。

（2）SIEMENS公司主轴驱动系统

SIEMENS公司主轴驱动系统的主要部分：

①直流主轴电动机有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四个系列及配套的6RA2A、6RA27系列驱动装置（晶闸管）。

②交流主轴电动机有1PH5和1PH6两个系列及配套的6SC650、6SC611A系列主轴驱动模块。

③故障有三种表现形式：在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息、在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示故障、无任何故障报警信息。

2.主轴伺服系统故障形式

主轴伺服系统故障形式有以下几种：(www.xing528.com)

（1）外界干扰屏蔽和接地措施不良

此时，主轴转速或反馈信号受电磁干扰，使主轴驱动出现随机和无规律的波动。判别方法：使主轴转速指令为零时看主轴的状态。

（2）切削量过大、频繁正转与反转

此等故障均可引起过载报警，具体表现为电动机过热、主轴驱动装置显示过电流报警等。

（3）主轴定位抖动

主轴准停用于刀具交换、精镗退刀及齿轮换挡等场合，有三种实现形式：机械准停控制（V形槽和定位液压缸）；磁性传感器的电气准停控制；编码器的准停控制（准停角度可任意）。

当减速或增益等参数设置不当、限位开关失灵或磁性传感器间隙变化或失灵时，都会引起定位抖动。

（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，会出现进给停止、主轴仍然运转的故障。主轴有一个每转一个脉冲的反馈信号，一般为主轴编码器有问题。可查CRT报警、I/O编码器状态或用每分钟进给指令代替。

（5）转速偏离指令值

主轴实际转速超过所规定的范围时，要考虑电动机过载、CNC输出没有达到与转速指令对应值、测速装置有故障或主轴驱动装置故障等原因。

（6）主轴异常噪声及振动

电气驱动（故障在减速过程中发生，振动周期与转速无关）、主轴机械部件故障（恒转速自由停车、振动周期与转速有关）。

（7）主轴电动机不转

故障原因：CNC是否有速度信号输出，使能信号是否接通，采用屏幕观察I/O状态、分析PLC梯形图以确定主轴起动条件（润滑、冷却）是否满足，主轴驱动故障，主轴电动机故障。