SINUMERIK 840D加工中心主軸故障的分析與處理

摘要：由SINUMERIK 840D數控系統下的加工中心主軸在使用過程中出現以下異常：主軸空轉時正常，但在換擋或帶負載運轉時，系統報警25201、21612、300504、300508錯誤。本文針對該問題進行了各方面的分析與排查，最終異常報警得以消除。

關鍵字：840D、主軸、報警

1.問題描述

SINUMERIK 840D數控系統下的TH65100 125B/D型五軸加工中心在主軸空轉時并無異常，但在換擋或帶負載運轉時，系統出現25201、21612、300504、300508報警錯誤。該加工中心采用全閉環控制， NCU版本為571.3，各軸均由SIMODRIVE 611D交流伺服驅動控制，且各軸控制單元采用雙軸控制。

2.硬件部分的分析判斷

報警號25201、21612內容的基本含義是“t通道%1軸%2軸進給時VDI信號驅動使能被復位”，與驅動部分的硬件有關。而報警號300504、300508則表示“主軸電機測量系統零標記監控”，一般涉及到反饋信號弱、反饋回路受到電磁干擾、反饋回路硬件損壞等原因。

2.1 611D交流伺服驅動的判斷

首先，該機床各伺服軸均采用6SN1118-0DM23-0AA0型雙軸模塊控制，與主軸的控制模塊一致，故對換控制模塊再反復測試主軸運轉，故障現象沒有變化。

其次，用全新的同型號模塊替換原有6SN1123-1AA00-0LA3主軸功率模塊，重新測試，故障現象依然存在。

由此可以判定引發25201、21612兩個報警的原因與系統控制及驅動模塊無關。

2.2 主軸電機編碼器及反饋電纜的判斷

反復核查編碼器安裝、反饋線纜及插頭接口等硬件聯接情況，故障現象不變。

因主軸電機為1PH7型電機，內部轉子為籠式結構，沒有磁極的區別，因而不

需要相應的檢測轉子位置的信號。ERN1381型主軸編碼器也就沒有C相和D相信號，更換時就不需重新調整。用同型號的ERN1381主軸編碼器進行替換后，發現故障現象沒有變化。

從主軸驅動模塊上重新放一條編碼器電纜到主軸端，檢測故障仍然沒有變化。

從上三項措施的檢測結果看，排除了故障起源于編碼器及反饋電纜的可能性。

2.3、參數設置及PLC診斷的應用

2.3.1 全閉環改半閉環的檢測

2.3.2 主軸運轉過程中的主軸使能監測

主軸出現故障后，MCP面板上的“主軸使能”信號燈隨之熄滅，其對應的接口參數為DB36.DBX2.1，故可在機床PLC診斷界面下查看該參數的狀態變化，也可通過監控主軸使能相關的PLC程序，分析控制主軸使能輸出的條件。通過程序分析，影響DB36.DBX2.1參數信號的主要有各軸伺服使能及相關的中間變量，未發現有直接導致使能復位的必要條件。

2.3.3 主軸換擋過程的故障分析

在主軸空轉狀態下，分別用M41，M42，M40指令代碼進行低檔、高檔、空檔三個檔位的切換，均會產生同類報警，且發生在電機的減速擺動階段。

主軸三個檔位的接口參數分別對應DB33.DBB82的低三位，通過PLC診斷功能監測各檔位信號狀態，檔位信號輸出準確。當手動改變控制主軸檔位電磁閥的閥芯，主軸能夠完成檔位的切換，但在AUTO模式下采用M指令進行檔位切換，則會出現主軸伺服報警，換擋無法完成。這說明控制主軸換擋的電磁閥、機械撥叉等均正常，但因主軸機械振動導致位置信號丟失的可能性較大。

2.4、主軸電機的監測診斷

以上措施均未能排除故障，最大嫌疑便指向主軸電機。根據主軸電機在空轉及帶負載運轉時表現出的振動大和異音現象，初步斷定主軸電機軸承已嚴重磨損，導致轉子徑向竄動過大，系統無法正常讀取編碼器反饋信號，從而出現上述報警。

經由西門子維修中心專業拆解檢測后，主軸電機診斷報告也證實了故障主因確是軸承磨損嚴重，同時，編碼器插頭處輕微的電化學腐蝕也是引發編碼器零標記丟失的次要因素。

在更換兩端軸承后，主軸電機重新裝配并在各工況下運轉測試，故障現象得以消除。

3、結束語

此次加工中心主軸故障的處理，經過了一系列的推理和判斷，逐一排除各種可能，最終縮小并鎖定故障源。全過程涵蓋了系統硬件判斷、參數設置、PLC診斷以及機械傳動檢測等常用維修方法，為類似故障的處理提供了參考，具有一定的代表性。

【參考文獻】

1.《SINUMERIK 810D/840D 維修與調整》手冊

2.《數控機床系統設計》 /文懷興，夏田，化學工業出版社，2005.5

3.《西門子數控系統調試與維修》/劉朝華，國防工業出版社，2010.10