数控诊修课件

1、 第3章主轴不能启动故障诊断与维修3.1主轴驱动系统3.2主轴接口连接与控制3.3数控车床主轴的具体电路控制3.4主轴不能启动故障诊断与维修实例分析3.1主轴驱动系统3.1.1主传动系统数控车床的主运动传动链的两端部件是主电动机与主轴，它的功能是把动力源的运动及动力传递给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足主轴变速和换向的要求。主运动传动系统是数控车床最重要的组成部分之一，它的最高与最低转速范围、传递功率和动力特性决定了数控车床的最高切削加工工艺能力。下一页返回3.1主轴驱动系统 数控车床的主传动系统现在一般采用交流主轴电动机，通过带传动或主轴箱内级齿轮变速传动主轴。由于这种电动机调速范

2、围宽而且又可无级调速，因此大大地简化了主轴箱的结构。主轴电动机在额定转速时可输出全部功率和最大转矩，随着转速的变化，功率和转矩将发生变化；也有的主轴由交流调速电动机通过两级塔轮直接带动，并由电气系统无级调速，由于主传动链中没有齿轮，故噪声很小。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统（）在整个速度范围内要求主轴均能提供切削所需的功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率，即主轴恒功率范围要宽。（）要求主轴的正、反向转动时都可进行自动加减速控制。（）为了满足数控车床等具有的螺纹车削功能，要求主轴能与进给系统实现同步控制，即要求主轴具有旋转尽给轴 （轴）的控制功能；为满足加工中心的自动换刀以及某

3、些加工工艺 （如进镗孔时退刀）的需要，还要求主轴具有高精度的准停功能等。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统 为满足上述要求，早期的数控机床常用直流主轴驱动系统。但由于直流电动机受机械换向的影响，其使用和维护都比较麻烦，并且其恒功率调速范围小。进入世纪年代后期，随着微电子技术、交流调速理论和大功率半导体的发展，交流驱动进入实用阶段，一方面鼠笼式交流电动机不像直流电动机那样有机械换向带来的麻烦和在高转速、大容量方面受到限制；另一方面目前的交流主轴驱动的性能已达到直流驱动的水平，甚在噪声方面还有所降低，所以交流驱动有取代直流驱动的趋势。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统数控机床对主轴电动机的要求（）

4、主轴电动机的输出功率要大，因为数控机床上大约以上的切削力都靠主轴电动机提供。（）在整个调速范围内速度稳定，且恒功率范围宽。（）在断续负载下电动机转速波动小，过载能力强。（）加、减速时间短。（）电动机温升低。（）振动小、噪声低。（）电动机可靠性高、寿命长、易维护。（）体积小、重量轻，与机械连接容易。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统主轴电动机交流伺服电动机的结构有笼型感应电动机和永磁同步电动机两种。而交流主轴电动机与进给电动机不同，交流主轴电动机采用感应电动机形式，这是因为受永磁体的限制，当容量做得很大时电动机成本太高，另外数控机床主轴驱动系统不必像进给伺服驱动系统那样，要求如此高的性能，因此，

5、采用感应电动机完全能满足主轴的要求。作为数控机床的主轴电动机，虽然可以采用普通笼型感应电动机，但一般而言，交流主轴电动机是专门设计的，如为了定子铁芯上加工有轴向通风孔以利于散热，为此电动机的外形多呈多边形而不是圆形。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式，所以有增量式和绝对式两种类型。按其结构又可分为光电式、接触式和电磁感应式。增量式光电编码器常用的增量式编码器是增量式光电编码器。增量式光电编码器也称光电盘，其原理如图3-1所示。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统通过计数器计

6、量脉冲的数目，即可测量旋转运动的角位移；通过计量脉冲的频率，即可测量旋转运动的转速。测量结果通过数字显示装置进行显示。光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与光电码盘圆周的条纹数有关，即分辨角为条纹数。如条纹数为，则分辨角.。实际应用的光电编码器的光栏板上有两组条纹 ，和 ，组与 组的条纹彼此错开节距，两组条纹相对应的光电元件所产生的信号彼此相差相位，用于辨向。其结构如图3-2所示，输出波形如图3-3所示。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统 最里一圈是公用的，它和各码道所有导电部分连在一起，经电刷和电阻接电源正极。除公用圈以外，位二进制码盘的圈码道上也都装有电刷，电刷经电阻接地，

7、电刷的布置如图所示。由于码盘与被测轴连在一起，而电刷位置是固定的，当码盘随被测轴一起转动时，电刷和码盘的位置发生相对变化，若电刷接触的是导电区，则经电刷、码盘、电阻和电源形成回路，该回路中的电阻上有电流流过，为 “”；反之，若电刷接触的是绝缘区，则不能形成回路，电阻上无电流流过，为 “”。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统 ）绝对式光电码盘绝对式光电码盘与接触式码盘结构相似，只是其中的黑白区域不表示导电区和绝缘区，而表示透光区和不透光区。编码盘的一侧安装光源，另一侧安装一排径向排列的光电元件，每个光电元件对准一条码道。当光源产生的光线经透镜变成一束平行光线，照射在码盘上时，如果是透光区，通过透

8、光区的光线被光电元件接收，并转换成电信号，输出为 “”；如果是不透光区，光线不能被光电元件接收，输出电信号为 “”。上一页下一页返回3.1主轴驱动系统如此，在任意角度都有 “” “”组成的二进制代码与之对应。输出的二进制代码即代表了转轴的对应位置，即实现了角位移的绝对值测量。绝对式光电编码器的码盘大都采用循环码盘 （也称格雷码盘），格雷码盘如图3-5所示，格雷码的特点是任意相邻的两个代码之间只改变一位二进制数，这样即使码盘制作和光电元器件安装不很准确，也只能读成相邻两个数中的一个，产生的误差最多不超过 “”，可消除非单值性误差。上一页返回3.2主轴接口连接与控制3.2.1主轴编码器和变频器接口

9、主轴编码器接口数控系统通过 接口与主轴编码器连接，接口定义及连接如图3-6和图3-7所示，连接时采用双绞线。变频器接口数控系统通过 接口与主轴变频器连接，接口定义及连接如图3-8和图3-9所示。下一页返回3.2主轴接口连接与控制3.2.2主轴变频器主轴变频器的控制信号图3-10为艾默生 变频器外部连线，变频器的运行方式有种：点动运行、闭环运行、运行、多段速运行和普通运行。在数控车床主轴变频调速控制中，变频器采用外部端子控制，数控系统发出的 信号通过变频器的端子送入变频器，实现数字量设定转速对模拟量变频器输出的控制，电动机转速的高低由数控系统输出的电压信号的大小来控制。上一页下一页返回3.2主轴

10、接口连接与控制3.2.3主要控制参数目前我国生产的数控机床包括从国外引进的数控机床，都有很多的参数要进行设定，其中有很多项的参数又是八位的，每一位都有其独立的含义。这些参数设定的正确与否将直接影响机床的正常工作及其性能的充分发挥。因此，了解和掌握这些参数无论是对机床制造厂还是对用户厂都是非常重要的。特别是用户厂如果能熟练地掌握和应用这些参数，将会使现有的数控机床的使用和性能的发挥上升到一个新水平。上一页下一页返回3.2主轴接口连接与控制系统参数 ：主轴转速模拟电压控制； ：主轴转速开关量控制。：按复位键时，不关闭、输出信号； ：按复位键时，关闭、输出信号。：“润滑点动”键为主轴点动功能； ：“

11、润滑点动”键为润滑功能。上一页下一页返回3.2主轴接口连接与控制主轴制动输出时间。设定范围：（单位：）。主轴点动时间。设定范围：（单位：）。主轴点动时的速度。设定范围：（单位：）。上一页下一页返回3.2主轴接口连接与控制变频器主要参数：频率设置初值为，用操作面板、 键来调节；：频率设置初值为，用端子来调节；：串行口频率设置初值取 设置，通过串行口频率设置命令来改变设定频率；：频率设置由端子模拟电压确定，输入电压范围：；上一页下一页返回3.2主轴接口连接与控制个位（设定频率掉电存储）：变频器掉电或欠压时，.以当前实际频率设定值自动刷新；（设定频率掉电不存储）：变频器掉电或欠压时，保持不变。十位（

12、停机设定频率保持）：变频器在停机时，频率设定值为最终修改值；（停机设定频率恢复.）：变频器在停机时，自动将频率设定值恢复到.。上一页下一页返回3.2主轴接口连接与控制当频率给定通道定义为数字给定 （.、）时，该功能参数为变频器的初始设定频率。有三种运行命令通道。.：操作面板运行命令通道，用操作面板上的 、键进行启停；：端子运行命令通道，用外部控制端子 、等进行启停；：串行口运行命令通道，通过串行口进行启停。上一页下一页返回3.2主轴接口连接与控制该功能适合于操作面板运行命令通道和串行口运行命令通道，对端子运行通道无效。.：正转； ：反转。最大输出频率是变频器允许输出的最高频率。基本运行频率是变

13、频器输出最高电压时对应的最小频率，一般是电动机的额定频率。最大输出电压是变频器输出基本运行频率时，对应的输出电压，一般是电动机的额定电压。上一页下一页返回3.3数控车床主轴的具体电路控制数控机床主轴控制电路数控机床主轴控制电路如图3-12所示。主轴控制电路分析）主轴控制回路主电路连接三相电源、通过空气开关 、交流接触器 、变频器、连接到交流异步电动机。下一页返回3.3数控车床主轴的具体电路控制）主轴控制回路控制电路的连接电动机转动方向控制：变频器正转控制端通过继电器 的常开触点连接到公共端，反转控制端通过继电器 的常开触点连接到 公共端。继电器、的线圈连接到数控系统的接口的第、第脚，通过继电器

14、、控制主轴的正转与反转。电动机速度控制：变频器速度控制脚连接到数控系统 接口的第脚，变频器 脚连接到数控系统 接口的第 脚。通过 接口、两脚产生的直流电压控制主轴电动机的转速。上一页返回3.4主轴不能启动故障诊断与维修实例分析3.4.1典型故障分析例-故障现象：主轴不能转动故障分析与处理：操作数控系统，发现主轴电动机无论正转反转都不能转动，打开控制柜观察发现变频器已上电处于待机状态，继电器、均能按照数控系统的功能实现闭合，用万用表测量变频器的 、两脚发现没有电压，断电测试、与接口的连接线，发现已开路，恢复连接线上电测试功能正常，故障排除。下一页返回3.4主轴不能启动故障诊断与维修实例分析例-故

15、障现象：主轴电动机只能正转不能反转故障分析与处理：操作数控系统，发现主轴电动机只能正转不能反转，打开控制柜观察发现变频器已上电处于待机状态，继电器、均能按照数控系统的功能实现闭合，用万用表测量对之间的电压，发现无论闭合以否对之间的电压都没有变化，拆开继电器 观察发现 的触点已经损坏，更换上电测试，功能正常，故障排除。上一页下一页返回3.4主轴不能启动故障诊断与维修实例分析例-故障现象：主轴不能转动故障分析与处理：操作数控系统，发现主轴电动机无论正转反转都不能转动，打开控制柜观察发现变频器有号报警，查阅变频器说明书得知号报警是电源缺相报警，用万用表测试变频器电源输入端发现缺少一相电源，测试空气开

16、关输入端电压正常，测试输出端发现电源缺相，拆下空气开关 检查发现已损坏，更换上电测试功能正常，故障排除。上一页下一页返回3.4主轴不能启动故障诊断与维修实例分析例-故障现象：主轴不能转动故障分析与处理：操作数控系统，发现主轴电动机无论正转反转都不能转动，打开控制柜观察发现变频器已上电处于待机状态，继电器、均能按照数控系统的功能实现闭合，用万用表测量变频器的 、两脚已经有电压，用万用表测量 、对 之间已有电压变化，打开变频器参数查看，发现变频器.号参数 （频率给定通道选择）已由原来的 模拟给定改为数字给定面板操作，把参数恢复上电测试，功能正常故障排除。上一页下一页返回3.4主轴不能启动故障诊断与维修实例分析3.4.2其他故障分析带变频器的主轴不转带变频器的主轴不转故障分析与处理如表3-2所示。主轴转速不受控制主轴转速不受控制的故障分析与处理如表3-3所示。主轴启动后立即停止主轴启动后立即停止的故障分析与处理如表3-4所示。上一页返回图3-1增量式光电编码器险测装置返回图3-2增量式光电编码器结构ins意图1-转釉;2-光源;3-光栏板;4-零标志槽;5-光电儿件;6-光电码盘;7-印制电路板; 8-电源及信号线连接座返回图3-3增量式光电