浅析主轴伺服系统故障的内容及诊断

新乡职业技术学院　茹亚东

浅析主轴伺服系统故障的内容及诊断

新乡职业技术学院茹亚东

摘要：数控机床对主轴要求在很宽的恒功率范围内转速可调,并有螺纹加工、准停和恒功率加工等功能。主轴驱动系统也可称为主轴伺服系统,相应的主轴电动机装有编码器作为主轴位置检测（也有在主轴上直接安装外置式的编码器）,当主轴伺服系统发生故障时（通常有三种表现形式）应根据具体情况加以分析,判断故障点迅速排除故障。

关键词：主轴伺服系统；故障；诊断原因

中图分类号：TH17

文献标识码：A

文章编号：1671-864X（2015）04-0132-01

一、当主轴伺服系统发生故障时,通常有下述三种形式

1.在CET或操作面板上显示报警内容或报警信息。

2.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。

3.主轴工作不正常，但无任何报警信息。

二、主轴伺服系统常见故障如下

1.外界干扰

由于受电磁干扰，屏蔽或接地措施不良，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，调整零速平衡或漂移补偿也不能消除故障，则说明有干扰。

2.过载

由于切削量过大，或频繁的正反、转变速等动作均可引起过载报警。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

所谓的主轴定向控制（即主轴准停定位），是指回转运动中的注重准确的停在某一个固定位置（角度）上、以便在该位置进行刀具交换、精堂退刀及齿轮换挡等操作。有三种方式可以实现主轴的准停定位。

（1）机械准停控制

由V形槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作，控制主轴的准确定位。

（2）磁性传感器型电气准停控制

将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准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为（1.5±0.5）mm。

（3）编码器型电气准停控制

通过在主轴电动机内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。

主轴定向控制实际上是在控制主轴速度的基准上增加一个位置控制环。检测主轴位置的检测元件可以采用位置编码器，也可以采用磁性传感器。

当采用位置编码器作为位置检测元件时，由于安装不方便，一般要使用一对传动比为1：1的齿轮进行连接。当采用磁性传感器作为位置检测元件，其磁性元件可直接装在主轴上而磁性传感头可固定在主轴箱体上。为了减少干扰，磁性传感头和放大器之间的连接线需要屏蔽，且两者连接线越短越好。这两种控制方案各有优缺点，在数控机床中均有选用。

产生主轴定位抖动的故障原因有：

1）主轴准停要经过减速过程，如减速或增益等参数设置不当，均可因其定位抖动。

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，会引起定位抖动

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

4.主轴转速的进给不匹配

当进行螺纹切削或用每转进给指令进行切削时，可能出现停止进给后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息。出现主轴转速与进给不匹配的故障时，通常是主轴编码器有问题。可用以下方法来确认故障原因：

（1）CRT屏面有报警显示

（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）用得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）电动机是否过载

（2）CNC系统输出的主轴转速模拟量（通常为（0～±10）v）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

首先要判断异常噪声及振动是发生在主轴的机械部分还是电气驱动部分。

（1）在减速过程中发生的噪声，一般是由驱动装置造成的，如交流驱动中的再生回路故障。

（2）在恒转速时发生异常噪声，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的，如有，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。如无关，一般是主轴驱动装置未调整好；如有关，应检查主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。

7.主轴电动机不转

CNC系统至主轴驱动装置的控制信号，除了转速模拟量控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC+24V继电器的线圈电压。

（1）检查CNC系统是否有转速模拟量控制信号输出。

（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体形图（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。