主轴伺服系统的故障形式及诊断方法

4.1.2　主轴伺服系统的故障形式及诊断方法

当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是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；三是主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴伺服系统常见故障如下：

（1）外界干扰

由于受到电磁干扰，屏蔽和接地措施不良的影响，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，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除故障。

（2）过载

切削用量过大，或频繁地正、反转变速等均可引起过载报警。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

主轴的定向控制（也称主轴定位控制）是将主轴准确停在某一固定位置上，以便在该位置进行刀具交换、精镗退刀及齿轮换挡等。有三种方式可实现主轴准停定向。

①机械准停控制。由带V形槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。

②磁性传感器的电气准停控制。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的准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为（1.5±0.5）mm。

③编码器型的电气准停控制。通过在主轴电动机内安装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，实际上是在主轴速度控制基础上增加一个位置控制环。为检测主轴的位置，需要采用磁性传感器或位置编码器等检测元件。他们的连接方式如图4-l所示。

采用位置编码器作为位置检测元件时，由于安装不方便，一般要通过一对1∶l的齿轮连接。当采用磁性传感器作为位置检测元件时，其磁性元件可直接装在主轴上，而磁性传感头固定在主轴箱体上。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，且二者的连接越短越好。这两种控制方案各有优缺点，需根据机床的实际情况来选用。

产生主轴定位抖动故障的原因如下：

①机械准停经过减速，定位液压缸活塞移动的限位开关失灵，引起定位抖动；

②采用位置编码器作为位置检测元件的准停方式时，减速或增益等参数设置不当，均可引起定位抖动；

③采用磁性传感头作为位置检测元件时，发磁体和磁传感器之间的间隙发生变化或磁传感器失灵，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，可能出现停止进给、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号。出现主轴转速与进给不匹配故障，一般是由于主轴编码器有问题，可用以下方法来确定：

①CRT界面有报警显示；

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：

图4-1　主轴定向控制连接图

①电动机过载；

②CNC系统输出的主轴转速模拟量（通常为0～±10V）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，要区别异常噪声及振动是发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。

①在减速过程中发生异常噪声，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在恒转速时产生异常噪声，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，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+24VDC继电器线圈电压。

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PMC梯形图（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。