项目三主轴驱动系统的故障诊断与维修课件.ppt

1、数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1 1页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接项目项目五五 主轴驱动系统的故障诊断与维修主轴驱动系统的故障诊断与维修任务任务10 主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接主讲教师主讲教师：陈志平：陈志平数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2 2页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 讲授、示范操作讲授、示范操作2 学习模拟主轴驱动系统学习模拟主轴驱动系统1 认识主轴驱动系统认识主轴驱动系统3 学习串行主轴驱动系统学习串行主轴驱动系统数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3 3页页任务任务1010

2、主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接学习目标学习目标1 1.了解了解FANUCFANUC数控车床、数控铣床主轴驱动系统的数控车床、数控铣床主轴驱动系统的配置方式配置方式2 2.理解主轴多种控制方式，主轴放大器、变频器及理解主轴多种控制方式，主轴放大器、变频器及主轴电机日常维护和故障诊断主轴电机日常维护和故障诊断，串行主轴系统参数串行主轴系统参数的设定及初始化的设定及初始化数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4 4页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 1、变频器的调速方式基本结构 2、模拟主轴驱动系统的接线 3、变频器功能参数的设定及操作 4、报警代码及维修技术

3、5、变频器常见报警保护 6、变频器常见故障及处理1 认识主轴驱动系统认识主轴驱动系统 数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第5 5页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接1 1、主轴驱动系统概述、主轴驱动系统概述主轴驱动系统也叫主轴伺服驱动系统，它包括主轴伺服驱动器和主轴伺服电机，在机床系统中为主运动提供动力源装置。主传动系统是将主轴驱动系统中，主轴电机输出的动能传递给主传动机构，安装在主传动机构末端的刀具或工件将主传动转矩和旋转速度带动刀具或工件旋转，配合进给轴的运动，加工出理想的零件。它是零件加工的典型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。数控机床故障诊

4、断与维修数控机床故障诊断与维修第第6 6页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（1）数控机床对主轴驱动系统的要求 1）调速范围宽并实现无极调速 2）恒功率范围要宽 3）具有4象限驱动能力 4）具有位置控制能力 5）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低 6）良好的抗振性和热稳定性。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第7 7页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 2 2、主轴传动配置方式、主轴传动配置方式（1）普通笼型异步电动机配齿轮变速箱（2）普通笼型异步电动机配简易型变频器（3）普通笼型异步电动机配通用变频器（4）专用变频电动机配通用变频器（5

5、）伺服主轴驱动系统（6）电主轴数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第8 8页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接3、常用的主轴驱动系统、常用的主轴驱动系统（1）FANUC（法那科）公司主轴驱动系统采用为处理器控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控制。主回路采用晶体管PWM逆变器，使电动机电流非常接近正弦波性。具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。（2）SIEMENS（西门子）公司主轴驱动系统（3）DANFOSS（丹佛斯）公司系列变频器主轴驱动系统（4）HITACHI（日立）公司系列变频器主轴驱动系统（5）HNC（华中数控）公司系列主轴驱动系统数控机床故障诊断与

6、维修数控机床故障诊断与维修第第9 9页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 4 4、主轴控制方式、主轴控制方式 系统对主轴提供的硬件接口分为串行主轴接口和模拟主轴接口两种方式，模拟主轴接口控制方式如图3-4所示。CNC的模拟主轴接口JA40将速度指令信号（0-10V模拟信号）传送到变频器，控制三相交流异步电机的的转速。图3-4 模拟主轴接口数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1010页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接图3-5 串行主轴接口数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1111页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬

7、件连接 5 5、主轴驱动系统维修、主轴驱动系统维修（1）维修类别（2）维修理念（3）维修方法 1）串行主轴驱动系统。2）模拟主轴驱动系统。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1212页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（1）主轴速度控制指令：主轴速度控制指令有以下三种方法输出：数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1313页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（2）主轴速度的获取及速度监控 数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1414页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（3）认识电主轴1）电主轴的概念2

8、）电主轴的特点及结构3）典型电主轴技术参数4）电主轴结构图数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1515页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接2 学习模拟主轴驱动系统学习模拟主轴驱动系统1 1、调速方式、调速方式交流异步电动机的转速关系式如下：n=(1-s)60f1/p式中，f1为定子供电频率；p为磁极对数；s为转差率；n为电动机转速。交流异步电动机的调速方式有三种。（1）变极调速（2）改变电机转差率调速:其中有通过改变电机转子回路的电阻进行调速，此种调速方式效率不高，且不经济，只适用于绕线式异步电动机。（3）变频调速数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第

9、1616页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 2、频器的基本结构、频器的基本结构变频器的控制方式从最初的电压空间矢量控制（磁通转迹法）到矢量控制（磁通定向控制），发展至今为直接转矩控制，从而能方便地实现无速度传感器化；脉宽调制（PWM）技术从正弦PWM发展至优化PWM技术和随机PWM技术，以实现电流谐波畸变小，电压利用率最高、效率最优、转矩脉冲最小及噪声强度大幅度削弱的目标；功率器件由GTO、GTR、IGBT发展到智能模块IPM，是开关速度快、驱动电流小、控制驱动简单、故障率降低、干扰得到有效控制及保护功能进一步完善。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1717

10、页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 3、工作原理、工作原理安川G5变频器主电路原理图如图3-6所示。（1）整流、逆变单元数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1818页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（2）驱动控制单元（LSI）驱动控制单元主要包括PWM信号分配电路，输出信号电路等。主要作用是产生符合系统控制要求的驱动信号。（3）中央处理单元（CPU）中央处理单元包括控制程序、控制方式等部分，是变频器的控制中心。外部控制信号、内部检测信号、用户对变频器的参数设定信号等送到CPU，经CPU处理后，对变频器进行相关的控制。（4）保护及报警单元

11、变频器通常都有故障自诊断功能和自保护功能。当变频器出现故障或输入、输出信号异常时，由CPU控制LSI，改变驱动信号，使变频器停止工作，实现自我保护功能。（5）参数设定和监视单元数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第1919页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接图3-7 华中HNC-21数控系统配变频主轴调速系统数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2020页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 4、模拟主轴驱动系统的接线、模拟主轴驱动系统的接线（1）变频器主电路端部接线 根据变频器输入规格选择正确的输入电源。（2）变频器控制回路端部接线数

12、控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2121页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接5、CNC系统与变频器的信号连接系统与变频器的信号连接图3-8 数控车床主轴驱动装置的接线图数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2222页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（1）CNC到变频器的信号主轴正转信号(1-11)、主轴反转信号(2-11)系统故障输入(3-11)系统复位信号(4-11)主轴电动机速度模拟量信号(13-17)主轴点动信号(7-11)（2）变频器到CNC的信号(通过系统的PMC)变频器故障输入信号(19-20)主轴速度到达信号(26

13、-27)主轴零速信号(25-27)主轴负载表的信号主轴速度表的信号（3）变频器到机床侧的信号数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2323页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 6、变频器功能参数的设定及操作、变频器功能参数的设定及操作（l）变频器参数的设定A组参数B组参数C组参数E组参数L组参数数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2424页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（2）变频器编程器的操作 变频器编程器不仅可以进行功能参数的设定及修改，而且可以显示报警信息、故障发生时的状态（如故障时的输出电压、频率、电流等）及报警履历等，这

14、些内容都是通过编程进行显示。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2525页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 7、变频器输入接线实际使用注意事项、变频器输入接线实际使用注意事项（1）根据变频器输入规格选择正确的输入电源。（2）变频器输入侧采用断路器(不宜采用熔断器)实现保护,其断路器的整定值应按变频器的额定电流选择而不应按电动机的额定电流来选择。（3）变频器三相电源实际接线无需考虑电源的相序。（4）1 和 2用来接直流电抗器(为选件),如果不接时,必须把 1 和 2短接(出厂时,1 和 2用短接片短接)。（5）指示灯HL不仅作为直流电压的显示,而且维修作为变频器

15、是否有电标志。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2626页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 8、变频器输出接线实际使用注意事项、变频器输出接线实际使用注意事项（1）输出侧接线须考虑输出电源的相序。（2）实际接线时,决不允许把变频器的电源线接到变频器的输出端。（3）一般情况下,变频器输出端直接与电动机相连,无需加接触器和热继电器。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2727页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 9、小结、小结（1）漏电流及其对策1）对大地的漏电流2）线间漏电流（2）变频器噪声产生的种类和减少方法基本对策：对于从外

16、部侵入使变频器误动作的噪声的对策：对于从变频器辐射出去,使外围设备误动作的噪声的对策：（3）噪声对策数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第2828页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 1、报警代码及维修技术、报警代码及维修技术(1)电压故障报警主回路低电压故障UVl(DC Bus Under Volt)控制回路低电压故障UV2(CTL Ps Under Volt)浪涌电压保护回路动作故障UV3(MC Answerback)过电压故障OV(Over Voltage)瞬时停电检查中UV(Under Voltage)数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第292

17、9页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（2）电流故障报警过电流故障OC(Over Current)主回路熔断器故障PUF(DC Bus Flues Open)输出侧短路故障SC(Short Circuit)变频器输出对地短路故障GF(Ground Fault)（3）散热片过热故障OH(Heat sink Over Tmp)（4）电动机过载故障OLl(Motor Over Loaded)（5）功能参数设定错误报警（6）外部端子38异常信号输入故障EF3EF8(External Fault 38)当变频器的多功能输入端参数(H01-H06)设定为20-2F时，该输入端为外部异常

18、报警输入控制。故障原因可能是：外部控制故障；变频器输入端子输入电路故障。（7）变频器本身硬件或软件故障数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3030页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 2、变频器常见报警保护、变频器常见报警保护（1）接地保护（2）过载保护（3）速度偏差过大报警（4）瞬时过电流报警（5）速度检测回路断线或短路报警（6）速度超过报警（7）励磁监控（8）短路保护（9）相序报警 数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3131页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 3、变频器常见故障及处理、变频器常见故障及处理1）电源电压过高。

19、变频器一般允许电源电压向上波动的范围是+10%，超过此范围时，就进行保护。（2）降速过快。如果将减速时间设定的太短，在再生制动过程中，制动电阻来不及将能量放掉，只是直流回路赂电压过高，形成高电压（3）电源电压低于额定值电压10%；（4）过电流可分为：数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3232页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 4、小结、小结变频器是以半导体元件为核心构成的静止机器。在使用过程中变频器受到环境因素及元器件老化两个方面影响，造成变频器使用寿命降低。环境因素对变频器使用寿命的影响包括：温度、潮湿、灰尘、污垢以及振动。所以必须对运行中的变频器进行日常

20、检查。（1）维护和检查时的注意事项（2）变频器检查分为日常检查和定期检查数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3333页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 1、主轴速度控制指令 2、串行主轴控制系统的配置 3、FANUC串行主轴控制方式4、FANUC数控系统主轴放大器轴5、串行主轴系统参数的设定及初始化6、主轴准停及主轴定向功能7、故障报警及故障诊断流程3 学习串行主轴驱动系统学习串行主轴驱动系统数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3434页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 1、主轴速度控制指令、主轴速度控制指令主轴速度控制指令有

21、以下三种方法:数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3535页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 2、串行主轴控制系统的配置、串行主轴控制系统的配置主轴伺服电机必须选用配套的主轴伺服放大器构成主轴伺服驱动系统。主轴伺服电机用于主轴传动，刚性强、调速范围宽、响应快、速度高、过载能力强，主轴正转、反转以及停止和调速通过编制含M03、M04、M05指令和S代码的加工程序实现，价格比同样功率的变频器主轴驱动系统高，为了实现低速大转矩并扩大调速范围，也可以加配变速齿轮，最终实现分段无级调速。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3636页页任务任务1010主轴控制

22、与硬件连接主轴控制与硬件连接 使用主轴伺服电机除具有上述介绍的速度控制优点外，数控系统对主轴伺服驱动系统还可以实现主轴定向（又称主轴准停）、刚性攻螺纹、CS轮廓控制、主轴定位等主轴伺服特殊功能，满足数控机床加工中心特殊工艺需要。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3737页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 3、FANUC串行主轴控制方式串行主轴控制方式在FANUC 0i系列数控系统中，FANUC CNC控制器与FANUC主轴伺服放大器之间数据控制和信息反馈采用串行通信进行。配套的主轴伺服电机也称为串行主轴电机。主轴放大器就是指FANUC串行主轴伺服放大器。主轴

23、电机就是指FANUC主轴伺服电机数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3838页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接在维修工作中，必须了解运行方式的基本原理，特别是速度控制运行方式工作原理，速度控制运行方式是串行主轴其他运行方式的基础。（1）速度控制（2）主轴定向（3）同步控制（4）刚性攻螺纹（5）主轴CS轮廓控制（6）主轴定位控制（T系列）数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第3939页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接4、小结、小结本小结（1）-（6）分别对串行主轴速度控制速度控制相关信号、参数说明进行了详细说明，串行主轴速度控制各

24、部分见下图-。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4040页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（1）CNC控制软件根据由加工程序指令的S代码和参数设定的主轴电机与主传动系统的传动比，计算并得到该S代码对应的主轴电机的转速。（2）主轴定向速度：主轴定向信号SOR为1时，主轴电机按照3732设定的定向速度旋转直到定向完成。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4141页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（3）由PMC控制主轴速度指令：该部分包含主轴速度控制图的、。1）由CNC控制软件计算得到的主轴电机转速指令，以12位二进制值通知PMC

25、，CNC输出给PMC程序的主轴电机速度指令信号如下：数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4242页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 2)主轴电机速度指令选择信号（SIND）3）主轴电机速度指令极性指令信号G33.5（SNG）4）主轴电机速度指令信号：由PMC程序输出的下列12位信号直接控制主轴电机转速。（4）主轴增益、偏移数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4343页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接1、FANUC主轴电机主轴电机（1）FANUC主轴电机分类1）i系列主轴电机2）i系列主轴电机（2）FANUC数控系统主轴电机维护

26、1）FANUC主轴电机订货号数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4444页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接2）主轴电机日常维护3）主轴电机散热风扇维护图3-12 散热风扇导线端子箱位置图3-12 散热风扇导线端子箱位置数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4545页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 2、FANUC数控系统主轴放大器数控系统主轴放大器主轴放大器也是精密电子器件，同样要注意使用环境的温度、湿度，要做到日检、周检、月检等，注意电气柜的密封，不能有过多（1）FANUC数控系统主轴放大器分类1）i主轴放大器模块及部件订货号

27、的粉尘和油污等。具体可参考伺服放大器的维护。2）i伺服放大器及部件订货号数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4646页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（2）FANUC数控系统主轴放大器维护1）FANUC数控系统主轴放大器维护2）主轴放大器散热风扇维护3）主轴放大器熔断器的更换（3）主轴放大器的保养1）日常检查：通电和运行时不取去外盖，从外部目检变频器的运行，确认没有异常情况。2）定期检查：定期检查时，应注意事项。3）特别注意：数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4747页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接3、串行主轴系统参数的设

28、定及初始化、串行主轴系统参数的设定及初始化（1）FANUC串行主轴参数初始化的原因（2）FANUC串行主轴参数设置意义（3）主轴参数初始化的设定过程（4）串行主轴系统参数的初始化步骤1）主轴伺服画面显示参数 2）主轴画面显示操作 数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4848页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接3）主轴设定4）串行数字主轴伺服画面调用 图3-15 串行数字主轴设定画面oubu数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第4949页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接图3-16 串行数字主轴调整画面图3-17 串行数字主轴监控画面

29、数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第5050页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接4、主轴准停及主轴定向功能、主轴准停及主轴定向功能什么是主轴的位置控制?在主轴的速度控制的基础上，由系统发出位置指令，通过位置检出器反馈的脉冲,控制主轴定位或与伺服进行插补控制。主轴定向控制框图如图3-19所示。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第5151页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接(1)位置控制的分类(2)FANUC主轴电机内置传感器检测(3)编码器种类5、模拟主轴控制与串行主轴控制的主要区别（1）硬件连接不同（2）输出速度值不同（3）输出运

30、转信号不同(4)输入运转信号不同(5)部分参数不同数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第5252页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 6、故障报警及故障诊断流程、故障报警及故障诊断流程（1）基于反馈检测的报警（2）基于通信检测的报警（3）基于功率放大回路的检测报警（4）指令发出主轴不旋转（5）主轴速度不正确(6)主轴震动及噪音数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第5353页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接 7、小结、小结为了使主轴电机能够长期保持高性能和高稳定性运行，必须对主轴电机进行维护检查，以下内容初步描述了FANUC i系列主

31、轴电机维护检查的方法。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第5454页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（1）目测检查：）目测检查：1）异常响声、异常振动：出现以前所没有的异常响声以及振动。在最高转速下，电机的振动加速度超过0.5G。检查处置方法：检查主轴电机安装基座、连接精度、电机轴承异常响声、减速机或皮带的振动以及响声、放大器的异常响声、风扇电机的异常。2）冷却风通道：冷却风通道沾有粉尘或者油污。检查处置方法：定期清扫定子孔以及风扇电机。3）电机表面：电机表面沾有切削液。检查处置方法：进行清扫、电机表面溅到大量切削液时，请使用盖罩覆盖起来。4）风扇电机：不能正

32、常旋转。检查处置方法：用手可以转动风扇电机时，更换风扇电机。数控机床故障诊断与维修数控机床故障诊断与维修第第5555页页任务任务1010主轴控制与硬件连接主轴控制与硬件连接（2）主轴电机绕组与外壳的绝缘确认，检查处置方法：使用测量DC500V下的绝缘电阻的兆欧表，检测结果判断绝缘效果的好坏。1）大于等于100M：良好 2）10100：开始老化。性能上可能出现问题，但需要定期检查，3）110：老化现象进一步加剧，特必需要引起注意。务须进行定 期检查。4）不足1：不良。更换电机。5）测量绝缘电阻时，必须断开主轴电机与放大器之间的配线并在最短的时间内完成绝缘电阻的测量。如果在连接状态下测量绝缘电阻，可能导致放大器损坏。6）测量主轴伺服电机绝缘电阻时，如果电机处于通电状态，反而会导致电机绝缘层老化。