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1、 江苏畜牧兽医职业技术学院论文(设计) 毕业论文（设计）数控车床主轴驱动系统故障分析与维修NC Lathe spindle driving system fault analysis and maintenance指导老师： 班 级： 高专数控设备应用与维护08 系 （部）： 机电工程系 专 业： 数控设备应用与维护 答辩时间： 数控车床主轴驱动系统故障分析与维修NC Lathe spindle driving system fault analysis and maintenance摘 要数控机床是一种价格昂贵的精密设备，在日常工作出经常出现故障，这会影响我们加工出来的工件的精度和工件是否合
2、格！所以，对于机床的诊断与维修是很重要的.数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统,它的性能直接决定了加工工件的表面质量,因此,在数控机床的维修和维护中,主轴驱动系统显得很重要.关键词主轴驱动系统 ; 故障;分析; 维修 Summary CNC machine tools is an expensive sophisticated equipment, often in their daily work out of trouble, which would affect our out of the workpiece machining accuracy and workpiece is q
3、ualified! Therefore, diagnosis and maintenance of the machine is very important. CNC machine tool spindle drive system is the main drive system, its performance directly determines the surface quality of workpiece, therefore, the maintenance of CNC machine tools and maintenance, the spindle drive sy
4、stem is very important.Keywords Spindle drive system Failure Analysis Maintenance 目 录摘 要II关键词IISummaryIIKeywordsII绪论11.数控机床主轴驱动系统组成及特点分类11.1数控机床对主轴驱动系统的要求11.1.1调速范围宽并实现无极调速11.1.2恒功率范围要宽11.1.3具有4象限驱动能力11.1.4具有位置控制能力11.1.5具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低11.2主轴系统分类及特点11.2.1普通笼型异步电动机配齿轮变速箱11.2.2普通笼型异步电动机配简易型变频器21.2.
5、3通笼型异步电动机配通用变频器21.2.4专用变频电动机配通用变频器21.2.5伺服主轴驱动系统21.2.6电主轴22.直流主轴驱动系统的故障与维修22.1直流主轴驱动系统的故障22.2直流主轴驱动系统系统的故障维修实例42.3直流主轴驱动系统日常维护43.交流伺服主轴驱动系统故障诊断与维修43.1交流伺服主轴驱动系统常见故障诊断与维修43.2.交流伺服主轴驱动系统常见故障的维修案列83.3交流伺服主轴驱动系统日常维护93.3.1日常检查93.3.2定期检查94.主轴通用变频器常见故障与维修94.1变频器的介绍94.2变频器的常见故障诊断与维修104.3变频器的常见故障的维修案例114.4变频
6、器的日常维护11总结11致谢11参考文献12 13 绪论数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构。它包括主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴。通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削刀具旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。1.数控机床主轴驱动系统组成及特点分类1.1数控机床对主轴驱动系统的要求 1.1.1调速范围宽并实现无极调速 目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1100，恒功率调速范围也可达130，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min。1.1.2恒功率范围要宽 主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围
7、内提供主轴电动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法，以扩大输出转矩。1.1.3具有4象限驱动能力 要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在1秒内从静止加速到6000r/min。1.1.4具有位置控制能力 即进给功能（C轴功能）和定向功能（准停功能），以满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中心的某些加工工艺的需要。1.1.5具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低 为了提高传动件的制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热
8、淬火工艺以增加耐磨性。最后一级一般用斜齿轮传动，使传动平稳。采用带传动时应采用齿型带。应采用精度高的轴承及合理的支撑跨距，以提高主轴的组件的刚性。在结构允许的条件下，应适当增加齿轮宽度，提高齿轮的重叠系数。变速滑移齿轮一般都用花键传动，采用内径定心。侧面定心的花键对降低噪声更为有利，因为这种定心方式传动间隙小，接触面大，但加工需要专门的刀具和花键磨床。1.1.6良好的抗振性和热稳定性数控机床加工时，可能由于持续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自振等原因引起冲击力和交变力，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至可能损坏刀具和主轴系统中的零件，使其无法工作。主轴系
9、统的发热使其中的零部件产生热变形，降低传动效率，影响零部件之间的相对位置精度和运动精度，从而造成加工误差。因此，主轴组件要有较高的固有频率，较好的动平衡，且要保持合适的配合间隙，并要进行循环润滑。1.2主轴系统分类及特点1.2.1普通笼型异步电动机配齿轮变速箱 这是最经济的一种方法主轴配置方式，但只能实现有级调速，由于电动机始终工作在额定转速下，经齿轮减速后，在主轴低速下输出力矩大，重切削能力强，非常适合粗加工和半精加工的要求。如果加工产品比较单一，对主轴转速没有太高的要求，配置在数控机床上也能起到很好的效果；它的缺点是噪音比较大，由于电机工作在工频下，主轴转速范围不大，不适合有色金属和需要频
10、繁变换主轴速度的加工场合。1.2.2普通笼型异步电动机配简易型变频器 可以实现主轴的无级调速，主轴电动机只有工作在约500转/分钟以上才能有比较满意的力矩输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况，一般会采用两挡齿轮或皮带变速，但主轴仍然只能工作在中高速范围，另外因为受到普通电动机最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限制。1.2.3通笼型异步电动机配通用变频器 目前进口的通用变频器，除了具有U/f曲线调节，一般还具有无反馈矢量控制功能，会对电动机的低速特性有所改善，配合两级齿轮变速，基本上可以满足车床低速（100200转/分钟）小加工余量的加工，但同样受最高电动机速度的限制。这是目前经济型
11、数控机床比较常用的主轴驱动系统。1.2.4专用变频电动机配通用变频器 一般采用有反馈矢量控制，低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出，有些还具有定向甚至分度进给的功能，是非常有竞争力的产品。中档数控机床主要采用这种方案，主轴传动两挡变速甚至仅一挡即可实现转速在100200r/min左右时车、铣的重力切削。一些有定向功能的还可以应用与要求精镗加工的数控镗铣床，若应用在加工中心上，还不很理想，必须采用其他辅助机构完成定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。1.2.5伺服主轴驱动系统 伺服主轴驱动系统具有响应快、速度高、过载能力强的特点，还可以实现定向和进给功能，当然价格也是最高的.1.2.6电
12、主轴 电主轴是主轴电动机的一种结构形式，驱动器可以是变频器或主轴伺服，也可以不要驱动器。电主轴由于电机和主轴合二为一，没有传动机构，因此，大大简化了主轴的结构，并且提高了主轴的精度，但是抗冲击能力较弱，而且功率还不能做得太大，一般在10KW以下。由于结构上的优势，电主轴主要向高速方向发展，一般在10000r/min以上。2.直流主轴驱动系统的故障与维修2.1直流主轴驱动系统的故障尽管直流主轴驱动系统在目前已应用不多，逐步为交流主轴驱动系统取代，但现有系统的维修还有不少，在此也总结它的故障特点。1主轴电动机转 引起主轴不不转的原因主要有： 印制电路板不良或表面太脏。触发脉冲电路故障，晶闸管无触发
13、脉冲产生。主轴电动机动力线断线或电动机与主轴驱动器连接不良。机械联接脱落，如高/低档齿轮切换用的离合器啮合不良。机床负载太大。控制信号未满足主轴旋转的条件，如转向信号、速度给定电压未输入。2、电动机转速异常或转速不稳定 引起电动机转速异常或转速不稳定的原因有：DA转换器故障。测速发电动断线或测速机不良。速度指令电压不良。电动机不良，如：励磁丧失等。电动机负荷过重。驱动器不良。3、主轴电动机振动或噪声太大 引起主轴电动机振动或噪声太大故障的原因有：电源缺相或电源电压不正常。驱动器上的电源开关设定错误(如：5060Hz切换开关设定错误等驱动器上的增益调整电路或颤动调整电路的调整不当。电流反馈回路调
14、整不当。三相电源相序不正确。电动机轴承存在故障。主轴齿轮啮合不良或主轴负载太大。4、发生过流报警 引起过流报警可能的原因有：驱动器电流极限设定错误。触发电路的同步触发脉冲不正确。主轴电动机的电枢线圈内部存在局部短路。驱动器的+15V控制电源存在故障。5、速度偏差过大 引起速度偏差的原因有：机床切削负荷太重。速度调节器或测速反馈回路的设定调节不当。主轴负载过大、机械传动系统不良或制动器未松开。电流调节器或电流反馈回路的设定调节不当。6、熔断器熔丝熔断 引起熔断器熔丝熔断的原因主要有：驱动器控制印制电路板不良（此时，通常驱动器的报警指示灯LED l亮）。电动机不良，如：电枢线短路、电枢绕组短路或局部短路，电枢线对地短路等等。测速发电机不良（此时，通常驱动器的报警指示灯LED l亮）。输入电源相序不正确（此时，通常驱动器的报警指示灯LED3亮）。输入电源存在缺相。7、
