数控机床主轴故障维修

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1、数控机床主轴故障维修 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，它 结构复杂，机、电、气联动，故障率较高，它的可靠性将直接影响数控机床的安全和生产率。 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。维修人员根据维修单，到现场进行故障询问调查，确定维修方案、拟定维修工作计划、计划 工时和费用；通过查阅数控机床PLC的相关显示界面和电路原理图、数控系统和就变频器 说明书等维修资料，分析故障原因；使用通用工具及万用表，检测判断故障部位，在机床现 场快速排除故障，填写维修记录并交接验收。主轴相关知识数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接

2、受数控系统（CNC）的S码 速度指令及 M 码辅助功能指令，驱动主轴进行切削加工。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。主轴系统分类及特点全功能数控机床的主传动系统大多采用无级变速。目前，无级变速系统根据控制方式的不同 主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动 主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮（以获得更大的转矩）带动主轴旋转。另外根 据主轴速度控制信号的不同可分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字

3、控制的主轴驱动 装置两类。模拟量控制的的主轴驱动装置采用变频器实现主轴电动机控制，有通用变频器控 制通用电机和专用变频器控制专用电机两种形式。目前大部分的经济型机床均采用数控系统 模拟量输出+变频器+感应（异步）电机的形式，性价比很高，这时也可以将模拟主轴称为 变频主轴。串行主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的 611 系列， 日本发那克公司的a系列等。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

4、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繁变换主轴速度的加工场合。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。这种方案适用于需要无级调速但对低速和高速都不要求的场合，例如数控钻铣床。国内生产 的简易型变频器较多。3、通笼型异步

5、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。这是目前经济型数控机床比较常 用的主轴驱动系统。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。以先马YPNC系列变频电动机为例，电压：三 相200V、220V、380V、400V可选；输出功率：1.5-18.5KW；变频范围2-200Hz；（最高转 速r

6、/min）； 30min150%过载能力；支持V/f控制、V/f+PG （编码器）控制、无PG矢量控制、 有 PG 矢量控制。提供通用变频器的厂家以国外公司为主，如：西门子、安川、富士、三菱、 日立等。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。安装电主轴的机床主要用于精加工和高速加工，例如高速精密加工中心。另外，在雕刻机和 有色金属以及非金属材料加工机床上应

7、用较多，这些机床由于只对主轴高转速有要求，因此， 往往不用主轴驱动器。就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下，机床主轴的控制系 统为速度控制系统，而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。换句话说，主轴编码器一般 情况下不是用于位置反馈的（也不是用于速度反馈的），而仅作为速度测量元件使用，从主 轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一是用于主轴转速显示；其二是用于主轴与 伺服轴配合运行的场合（如螺纹切削加工，恒线速加工，G95转进给等）。CJK6032 数控车床主轴不转故障维修、维修前调查序号调查项目内容1机床系统802C base line 数控系统变频器MM420

8、变频器电机普通三相交流异步电机有无异常声、音、味无3故障发生时报警号和报警提示无4变频器上有 报警指示无5在何种工作方式下发生开机，自动或手动方式下运行主轴、 故障原因分析 表4 -8 主轴不转故障可能原因分析故障现象可能原因处理方法主轴不转电气CNC 无速度信号输出检测速度给定信号，检查系统相关参数主轴变频器故障1）是否有报警错误代码显示，如有报警，对照相关说明书解决（主要有过流、过、过压、欠 压以及功率块故障等）。2）频率指定源和运行指定源的参数是否设置正确。3）智能输入端子的输入信号是否正确。变频器输出端子U、V、W不能提供电源电源是否已提供给端子运行命令是否有效？RS （复位）功能或自

9、由运行停车功能是否处于开启状态负载过重电动机负载是否太重主轴电动机故障电机损坏机械主轴与电机连接传动带过松调整传带松架紧伟动带表面有油造成打滑用汽油清洗三、故障测试与排除首先观测主轴电机旋转情况，电机不转。观察变频器上电正常，查看系统 PLC 输出状态正 常，查看变频器正反转控制信号，发现正转信号线断落。接回后，主轴正常旋转。主轴转速慢故障维修表 4.10。可能原因检查步骤排除措施动力线接线错误检查主轴伺服与电动机之间的UVW连线确保连线对应CNC模拟量输出（D/A）转换电路故障用交换法判断是否有故障更换相应电路板CNC 速度输出模拟量与驱动器连接不良或断线测量相应信号，是否有输出且是否正常更

10、换指令发送口或更换数控装置主轴驱动器参数设定不当查看驱动器参数，是否正常依照说明书，正确设置参数反馈线连接不正常查看反馈连线确保反馈连线正常反馈信号不正常检查反馈信号的波形调整波形至正确或更换编码器其它故障实例分析例 1 ：故障现象：一台西门子 802C 系统数控车床，台达 VFD-B 变频器，主轴运行突然停止， 变频器面板上出现OC-C报警。分析与处理过程：台达变频器 OC-C 报警的含义是过电流，造成过电流的原因可能是变频 器内部、外部有短路或过载。经查交流主轴驱动器主回路，发现再生制动回路、主回路的熔 断器均熔断，经更换后机床恢复正常。但机床正常运行数天后，再次出现同样故障。由于故障重复

11、出现，证明该机床主轴系统存在问题，根据报警现象，分析可能存在的主要 原因有：1）电机与变频器间的连线是否有搭壳短路现象2）主轴驱动器控制板不良。3）电动机连续过载。4) 电动机绕组存在局部短路。在以上几点中，根据现场实际加工情况，电动机过载的原因可以排除。考虑到换上元器件后， 驱动器可以正常工作数天，故主轴驱动器控制板不良的可能性已较小。因此，故障原因可能 性最大的是电动机绕组存在局部短路。维修时仔细测量电动机绕组的各项电阻，发现其中一相相对地绝缘电阻较小，证明该相存在 局部对地短路。拆开电动机检查发现，电动机内部绕组与引出线的连接处绝缘套已经老化；经重新连接后 对地电阻恢复正常。再次更换元器

12、件后，机床恢复正常，故障不再出现。例 2 ：主轴高速出现异常振动的故障维修故障现象：配套某系统的数控车床，当主轴在高速(3000r/min以上)旋转时，机床出现异 常振动。分析与处理过程：数控机床的振动与机械系统的设计、安装、调整以及机械系统的固有频率、 主轴驱动系统的固有频率等因素有关，其原因通常比较复杂。但在本机床上，由于故障前交流主轴驱动系统工作正常，可以在高速下旋转；且主轴在超过 3000r/min时，在任意转速下振动均存在，可以排除机械共振的原因。经仔细检查机床的主轴驱动系统连接，最终发现该机床的主轴驱动器的接地线连接不良，将 接地线重新连接后，机床恢复正常。例 3：不执行螺纹加工的

13、故障维修故障现象：配套某系统的数控车床，在自动加工时，发现机床不执行螺纹加工程序。分析与处理过程：数控车床加工螺纹，其实质是主轴的转角与Z轴进给之间进行的插补。 主轴的角度位移是通过主轴编码器进行测量。在本机床上，由于主轴能正常旋转与变速，分析故障原因主要有以下几种：1) 主轴编码器与主轴驱动器之间的连接不良。2) 主轴编码器故障。3) 主轴驱动器与数控装置之间的位置反馈信号电缆连接不良。4) 主轴编码器方向设置错误。 经查主轴编码器与主轴驱动器的连接正常，故可以排除第1项；且通过CRT的显示，可以 正常显示主轴转速，因此说明主轴编码器的A、-A、B、-B信号正常；在利用示波器检查Z、 -Z信

14、号，可以确认编码器零脉冲输出信号正确。根据检查，可以确定主轴位置监测系统工作正常。根据数控系统的说明书，进一步分析螺纹 加工功能与信号的要求，可以知道螺纹加工时，系统进行的是主轴每转进给动作，因此它与 主轴的速度到达信号有关。在FANUC O-TD系统上，主轴的每转进给动作与参数PRM24. 2的设定有关，当该位设定 为“0”时，Z轴进给时不监测“主轴速度到达”信号；设定为T”时，Z轴进给时需要检测“主轴 速度到达”信号。在本机床上，检查发现该位设定为“1”，因此只有“主轴速度到达”信号为“1”时，才能实现进通过系统的诊断功能，检查发现当实际主轴转速显示置与系统的指令指一致时，才能实现进 给。

15、通过系统的诊断功能，检查发现当实际主轴转速显示值与系统的指令值一致时， “主轴速度 到达”信号仍然为“0”。进一步检查发现，该信号连接线断开；重新连接后，螺纹加工动作恢复正常。例4：变频器出现过压报警的维修 故障现象：配套某系统的数控车床，主轴电动机驱动采用三菱公司的E540变频器，在加工 过程中，变频器出现过压报警。分析与处理过程：仔细观察机床故障产生的过程，发现故障总是在主轴启动、制动时发生， 因此，可以初步确定故障的产生与变频器的加/减速时间设定有关。当加/减速时间设定不当 时，如主电动机起/制动频繁或时间设定太短，变频器的加/减速无法在规定的时间内完成，则通常容易产生过电压报警。修改变频器参数，适当增加加/减速时间后，故障消除。例5：安川变频主轴在换刀时出现旋转的故障维修故障现象：配套某系统的数控车床，开机时发现，当机床进行换刀动作时，主轴也随之转动。 分析与处理过程：由于该机床采用的是安川变频器控制主轴，主轴转速是通过系统输出的模拟电压控制的。根据以往的经验，安川变频器对输入信号的干扰比较敏感，因此初步确认故 障原因与线路有关。为了确认，再次检查了机床的主轴驱动器与刀架控制的原理图于实际接线，可以判定在线路 连接、控制上两者相互独立，