數控機床伺服電機故障處理實例

陳才安

1.故障經過

維護人員進行設備點檢時，發現磨輥間1臺MK84160×70型數控軋輥磨床的頭架主軸電機（1PH7224-2NF00-ODA0型西門子交流主軸伺服電機，71kW，2000r/min）運行中輸出軸側有極其輕微的沙沙響聲，電機表面溫度正常（約為35℃）。借助專用軸承電子聽診器，仔細檢查軸承運行情況，結合設備前期運行工況，未超負荷運行，而且使用僅2年，認為響聲屬于正常，計劃年底大中修期間拉到專業廠家進行檢修。但部分電機專業人員根據電機密封環磨損的鐵末，按照普通軸承使用經驗，認為軸承已碎，需要更換，最后決定送電機維修廠檢修。

2.常規處理方法

電機維修廠專業人員拆解電機后未發現輸出軸側軸承有缺油和磨損現象，但發現風機側軸承有徑向間隙，決定更換。因現場沒有原型號軸承（SKF 6216-Z/C3，C3屬于大游隙），改用其他型號軸承代替（FAG UN2216E-M1，M1屬于小游隙）。拉回電機，安裝、試車，電機振動噪聲比安裝前大，因生產任務緊，試運行。此后巡檢人員報告電機表面溫度超過點檢標準規定值，軟件監測電機定子內溫度已達到109℃，檢查發現機床制造廠家在611U伺服系統控制器對電機溫度檢測控制的軟件參數設置為P1602（電機超溫警告閾值）=120℃，P1607（關斷電機極限溫度）=155℃。由于溫度低于設定閾值，設備正常運行，但電機內嵌的德國海德漢ERN1331系列編碼器系統最高可耐溫度是120℃，因此立即停機。

至此，電機故障已由輕微響聲變為發熱，故障升級，分析主要原因是對交流伺服電機和普通電機差別認識不足。西門子1PH7電機是配有鼠籠式轉子的空冷型4極異步電機，結構堅固、低維護，在數控機床，一般作為SIMODRIVE611系統的主軸電機使用，這次電機出現明顯發熱也是初次遇到。

按照檢修規定，繼續聯系電機維修廠處理。此次電機維修廠現場重新對電機進行找正，更換電機輸出軸側軸承（軸承原型號FAG NU2216E.TVP2，替換型號 FAG NU2216E-M1）。試車，電機噪聲較大，溫度未降低。仔細檢查電機定子和轉子部分，未發現問題，排除拆卸過程中電機二次損壞的可能性。購買電機原型號軸承，全部重裝，發現輸出軸側和風機側軸承均發熱，空轉20min后表面溫度達到55℃左右。聯系軸承廠家，廠家要求改進裝配方法，包括用標準油進行油浴加熱，軸承潤滑脂只裝1/3略多。再次重裝軸承、試車，電機發出較大非常規噪聲，西門子技術支持解釋為：在工頻380V，50Hz對1PH7主軸伺服電機通電試車，可能會燒毀電機，必須在變頻環境下進行。變頻環境下試車，電機溫度稍高，噪聲稍大，但較前一次明顯好轉。雖然故障未徹底解決，因生產需要，組織人員特護運行。

3.控制系統處理法

使用西門子伺服系統調試配置軟件SimoComU監測電機運行參數，發現電機轉速和力矩電流波動范圍分別為597～601r/min和-55～106A，定子溫度約穩定在67℃，根據經驗，電機轉速波動范圍過大。根據伺服系統控制框圖（圖1），編碼器反饋值是關鍵環節，直接影響電機速度環和電流環控制過程，電機異常發熱和速度波動，很可能是編碼器部分出現問題?？紤]到電機檢修過程中，裝在電機尾端的編碼器被反復拆裝，為此利用換輥期間重新檢查電機，發現編碼器安裝確有問題，連接電機轉子軸和編碼器的緊固螺栓加力過大（要求為3kg左右），造成編碼器反饋速度值波動偏大，導致速度和電流控制器不斷補償調整，電機出現異常溫升和噪聲。

圖1

重新安裝調整編碼器，24h內電機內部定子溫度波動范圍為42～47℃，考慮環境溫度變化，屬于正常，但噪聲依然比原始聲音大，因更換軸承，故也算正常。再用SimoComU軟件監測電機運行參數，轉速和力矩電流波動范圍分別為599～600r/min和55～250A，定子溫度穩定在47℃左右。其中力矩電流隨負載變化，此時電機負載比第一次監測時大，而溫度未上升，表明已經恢復正常。

電機動態曲線見圖2，可以看出，在0～512ms采樣時間內，轉速實際值基本接近直線。由于采樣時間短，扭矩和負載實際值呈現較大波動，但沒有特別大的尖峰和低谷，若延長采樣時間，趨勢亦較平穩（包括溫度曲線），因此，電機瞬間運行狀態平穩。

4.伺服電機檢修注意事項

（1）維修人員最好經過培訓或選擇專業廠家，請專業人員現場指導，切不可采用普通電機檢修方法。

（2）檢修前要準備好軸承、潤滑脂、專用工具等備件材料。

（3）檢修中要特別注意細節，嚴格按照技術要求操作，遺漏任何細節均會影響檢修質量。

（4）伺服電機故障處理不僅是電機問題，還涉及數控和傳動知識，只有全面分析、綜合各種可能性，才能準確判斷故障，否則會導致故障擴大。

（5）要充分利用軟件，結合數據和圖表判斷、查找故障，提高故障處理速度。

圖2

1 潘海麗.數控機床故障分析與維修[M].西安:西安電子科技大學出版社，2006

W10.07-16