數控機床直流主軸驅動系統故障檢修分析

中國船舶重工第七二四研究所（江蘇 南京 210003) 陳 穎

配套某系統的數控車床，配套SIEMENS 6RA26＊＊系列直流主軸驅動器，開機后顯示主軸報警。下面我們全面分析直流主軸控制系統特點，從使用注意方面入手，分析檢修方案。

1.數控機床故障的排除思路

(1)確認故障現象，調查故障現場，充分掌握故障信息。當數控機床發生故障時，維護維修人員進行故障的確認是很有必要的，特別是操作使用人員不熟悉機床的情況下，尤其重要。不該也不能讓非專業人士隨意開動機床，特別是出現故障后的機床，以免故障的進一步擴大。

(2)根據所掌握故障信息，明確故障的復雜程度并列出故障部位的全部疑點。在充分調查現場掌握第一手材料的基礎上，把故障問題正確地列出來。俗話說，能夠把問題說清楚，就已經解決了問題的一半。

(3)分析故障原因，制定排除故障的方案。分析故障時，維修人員不應局限于CNC部分，而是要對機床強電、機械、液壓、氣動等方面都做詳細的檢查，并進行綜合判斷，制定出故障排除的方案，達到快速確診和高效率排除故障的目的。

2.直流主軸控制系統

從原理上說，直流主軸驅動系統與通常的直流調速系統無本質的區別，但數控機床高速、高效、高精度的要求，決定了直流主軸驅動系統具有以下特點:①調速范圍寬。采用直流主軸驅動系統的數控機床通常只設置高、低兩級速度的機械變速機構，電動機的轉速由主軸驅動器控制，實現無級變速，因此，它必須具有較寬的調速范圍。②直流主軸電動機通常采用全封閉的結構形式，可以在有塵埃和切削液飛濺的工業環境中使用。③主軸電動機通常采用特殊的熱管冷卻系統，能將轉子產生的熱量迅速向外界發散。此外，為了使電動機發熱最小，定子往往采用獨特附加磁極，以減小損耗，提高效率。④直流主軸驅動器主回路一般采用晶閘管三相全波整流，以實現四象限的運行。⑤主軸控制性能好。為了便于與數控系統的配合，主軸伺服器一般都帶有D/A轉換器、“使能”信號輸入、 “準備好”輸出、速度/轉矩顯示輸出等信號接口。⑥純電氣主軸定向準停控制功能。由于換刀、精密鏜孔、螺紋加工等需要，數控機床的主軸應具有定向準停控制功能，而且應由電氣控制系統自動實現，以進一步縮短定位時間，提高機床效率。

3.直流主軸驅動系統使用注意點

(1)安裝注意事項。主軸伺服系統對安裝有較高的要求，這些要求是保證驅動器正常工作的前提條件，在維修時必須引起注意。安裝驅動器的電柜必須密封。為了防止電柜內溫度過高，電柜設計時應將溫升控制在15°以下。電柜的外部空氣引入口，應設置過濾器，并防止從排氣口浸入塵埃或煙霧;電纜出入口、柜門等部分應進行密封，冷卻電扇不要直接吹響驅動器，以免粉塵附著。維修過程中，必須保證以上部分的完好，確保機床長期可靠工作。

(2)電動機維修完成后，進行重新安裝時，要遵循下列原因:①電動機安裝面要平，且有足夠的剛性。②電刷應定期維修及更換，安裝位置應盡可能使其檢修容易。③電動機冷卻進風口的進風要充分，安裝位置要盡可能使冷卻部分檢修容易。④電動機應安裝在灰塵少、濕度不高的場所，環境溫度應在40℃以下。⑤電動機應安裝在切削液和油不能直接濺到的位置上。

(3)使用檢查。在對主軸驅動系統進行維修前，應進行如下驅動系統工作前的檢查:①檢查速度指令與電動機轉速是否一致，負載指示是否正常。②電動機是否有異常聲音和異常振動。③軸承溫度是否急劇上升等不正常現象。④電刷上是否有顯著的火花發生痕跡。

(4)對于工作正常的主軸驅動系統，應進行如下日常維護:①電柜的空氣過濾器每月應清掃一次。②電柜及驅動器的冷卻風扇應定期檢查。③建議操作人員每天都應注意主軸電動機的旋轉速度、異常振動、異常聲音、通風狀態、軸承溫度、外表溫度和異常臭味。④建議使用單位維護人員，每月應對電刷、換向器進行檢查。

建議使用單位維護人員，每半年應對測速發電機、軸承、熱管冷卻部分、絕緣電阻進行檢測。

4.直流主軸控制系統常見的故障

(1)主軸電動機不轉。造成這類故障的原因有:①印制線路板表面太臟或內部電路接觸不良。②觸發脈沖電路故障，晶閘管無觸發脈沖產生。③機床未給出主軸旋轉信號、電動機動力線電線或主軸控制單元與電動機連線不良。④機械連接脫落，如高/低檔齒輪切換用的力和齒輪嚙合不良。⑤機床負載太大。⑥控制信號為滿足主軸旋轉的條件，如轉向信號、速度給定電壓為輸入。

(2)主軸速度不正常或不穩定。造成這類故障的原因有:①裝在主軸尾部的測速發電機故障 (斷線或不良)。②速度指令電壓不良或錯誤。③D/A變換器故障。④電動機不良，如勵磁喪失等。⑤電動機負載過重。⑥驅動器不良。⑦印刷線路板太臟或其誤差放大器故障。⑧速度指令錯誤。

(3)主軸電動機振動或噪聲過大造成這類故障的原因有:①系統電源或相序不對 (缺相、相序不正確或電壓不正常)。②電流反饋回路調整不當。③驅動器上的增益調整電路或顫動調整電路的調整不當。④驅動器上的電源開關設定錯誤 (如50/60Hz切換開關設定錯誤等)。⑤電動機軸承故障、主軸電動機和主軸之間離合器故障。⑥主軸負荷過大等。

(4)發生過流報警造成這類故障的原因有:①驅動器電流極限設定錯誤。②觸發電路的同步觸發脈沖不正確。③主軸電動機的點數線圈內部存在局部短路。④驅動器的控制電源 (±15V或0～15V電壓)存在故障。

(5)速度偏差過大引起速度偏差的原因有:①機床切削負荷太重。②速度調節器或測速反饋回路的設定調節不當。③主軸負載過大、機械傳動系統不良或制動器為松開。④電流調節器或電流反饋回路的設定調節不當。

(6)熔斷器熔絲熔斷產生。此故障的原因可能有:①驅動器控制印刷電路板不良。②電動機不良，如:電樞線短路、電樞繞組短路或局部短路，電樞線對地短路等。③測速發電機不良。④輸入電源相序不正確。⑤輸入電源存在缺相。

(7)其他故障:熱繼電器保護、電動機過熱、過電壓吸收器燒壞、運轉停止、速度達不到最高轉速、主軸在加/減速時工作不正常、電動機電刷磨損嚴重或電刷面上有劃痕等。

5.結語

分析與處理過程:檢查SIEMENS6RA26＊＊系列直流主軸驅動器，發現報警的含義與提示是“電源故障”，其可能的原因有:①電源相序接反。②電源缺相，相位不正確。③電源電壓低于額定值的80%。

測量驅動器輸入電壓正常，相序正確，但主驅動仍有報警，因此可能的原因是電源板存在故障。檢查確認故障原因為印制電路板存在虛焊，導致了同步電源的電壓降低，引起了電源報警。重新焊接后電壓恢復正常，報警消失，機床恢復正常。