数控车床主轴转速检测故障一例

1、数控车床主轴转速检测故障一例周小伟（湖南天雁机械有限责任公司， 421005）中图分类号：TG659 文献标识码：B 文章编号：1004-0420(200806-0024-021、主轴转速检测简述某采用FANUC0i-TA系统、液压卡盘的数控车具备恒线速切削功能。因此它装备了主轴速度检测。检测元件使用FANUC增量式光电脉冲编码器。编码器安装方式为编码器与一传动箱直连（参见图2），传动箱传动轴上的同步皮带轮通过同步带与装在主轴上的同步皮带轮相连。2、第一阶段故障现象及处理最先的故障现象为加工途中偶尔出现无任何报警的停车。仔细观察发现只有采用恒线速切削时才会出现前述现象。继续发展为只要采用恒线速

2、切削就必然中途停车，而不采用恒线速切削就不会停。此时我们开始怀疑主轴转速或检测有问题，仔细观察发现，采用恒定主轴转速运转，当设定转速在400rpm以上时系统CRT显示的主轴转速不稳，转速越高，差异越大，而查看SP的MON画面发现电机转速稳定，用其它仪表检测主轴实际转速也是稳定的。FANUC维修部门建议更换编码器。更换后正常。但在更换中由于编码器轴与皮带轮轴之间锈死，拆下编码器时损坏了编码器的脉冲码盘（码盘装在编码器的轴上，参见下面的图1、图2）。3、第二阶段故障检查、分析及处理新的编码器装上只用了不到10天就发现故障依旧。这次不再怀疑编码器的故障而检查了其它部分。首先把似乎有点松的皮带紧了紧，

3、似乎也正常了，但只正常使用了几个小时就又故障依旧。其次检查了与编码器的插座相连接的插头，把似乎焊接不良的脚重新焊接后正常工作了几天又依旧。再其次更换控制单元及连接电缆也不能解决问题。此时，笔者怀疑与编码器相连的传动箱有问题。拆下皮带检查发现皮带轮轴竟然有明显的晃动现象。估计传动箱与皮带轮轴上的轴承外圈或皮带轮轴与轴承内圈间存在间隙或轴承损坏（参见图2）。吸取前次的教训，不试图把编码器与皮带轮轴分开而从皮带轮端把传动箱壳拆下检查，结果发现传动箱与皮带轮轴上的轴承外圈配合尺寸明显偏大，轴承损坏。这样，传动箱与皮带轮轴上轴承外圈间产生了较大的间隙，皮带轮轴和编码器轴在运转中会晃动。那么，为何这样的晃

4、动会造成检测失准呢？首先，让我们来看看FANUC增量式光电脉冲编码器的工作原理。如下图1所示，编码器的光学部分由光源、光栏板、脉冲码盘和光电（接收）元件组成。图1 编码器原理（光学部分）光源、光栏板和光电元件固定在外壳上。码盘右边与编码器轴相连。光栏板外圈位置上有彼此错开1/4节距的两组透光和不透光相间的条纹A和B，用于产生方向和速度信号；里圈还有一组用于找零标志的条纹。码盘是一块玻璃圆盘，上面镀了一层不透光的金属膜，在与光栏板外圈径向相对应的位置刻有一圈透光和不透光相间的条纹，与光栏板里圈径向相对应的位置刻有一条零标志透光条纹。从光源中发出的光通过光栏板、旋转的码盘后会产生明暗相间的变化。光

5、电（接收）元件接收到它们并经相关电路处理后就可产生能分辨起点、方向和旋转速度的电信号。从图1和前述介绍可见，由于光的直线传播，如果码盘与其它元件间的相对位置发生较大的变化就会导致光电元件无法正确接收到光而使编码器不能正常工作。通过下图2可见，不管是编码器轴与其轴承或其轴承与其外壳的配合有问题，皮带轮轴与其轴承或其轴承与传动箱外壳的配合有问题，还是编码器与传动箱的配合有问题，造成编码器轴晃动，就都会造成光电元件无法正确接收到光而使编码器不能正常工作的后果。图2 编码器与传动箱的连接把传动箱与轴承外圈配合部分镀铬后磨削并更换轴承后问题解决。至今已正常运行3个月。从这次处理的结果看，前次原因也极可能与此次一样，只不过修理工没有注意罢了。编码器还可用，前次拆损坏的编码器如不拆坏也极可能可用，拆损太可惜了。4、改进建议在检修过程中发现，编码器很难与传动箱分离。强行分离导致编码器损坏。咨询机床厂家售后服务人员，回答也是这种组件很难拆，编码器十拆九坏。主要原因就是由于配合过紧或锈蚀，很难把编码器轴与皮带轮轴相分离。据此，我们建议：第一点，由于编码器是个非常轻的负荷，键与皮带轮轴上键槽的配合不必过盈，宜为间隙配合