变频主轴部分市公开课一等奖省赛课获奖课件

主轴变频系统常见故障及处理：变频主轴部分第1页主要有以下原因：1）检验CNC系统是否有速度控制信号输出。2）主轴驱动装置故障。3）主轴电动机故障。4）变频器输出端子U、V、W不能提供电源。造成此种情况可能有以下原因：

a)报警b)频率指定源和运行指定源参数是否设置正确。c)智能输入端子输入信号是否正确。

1.主轴电机不转

变频主轴部分第2页

造成电机反转原因主要有：1）检验输出端子U/T1，V/T2和W/T3连接是否正确？（使得电机相序与端子连接相对应，通常来说：正转（FWD）＝U－V－W，和反转（REV）＝U－W－V）3）检验控制端子（FW）和（RV）连线是否正确？（端子(FW）用于正转，（RV）用于反转）

2.电机反转

变频主轴部分第3页主要原因可能有：

1）假如使用模拟输入，是否用电流或电压“O”或“OI”i.检验连线ii.检验电位器或信号发生器

2）负载太重

i.降低负载

ii.重负载激活了过载限定3.电机转速不能抵达变频主轴部分第4页

造成电机过载原因有：1）机械负载是否有突变2）电机配用太小3）电机发烧绝缘变差4）电压是否波动较大5）是否存在缺相6）机械负载增大7）供电电压过低4.电机过载变频主轴部分第5页

造成变频器过载原因有：1）检验变频器容量是否配小，不然加大容量。2）检验机械负载是否有卡死现象。3）V/F曲线设定不良，重新设定。5.变频器过载变频主轴部分第6页主要原因有：1）负载波动是否太大。2）电源是否不稳。3）该现象是否出现在某一特定频率下。此现象可以稍微改变输出频率，使用跳频设定将此有问题频率跳过。4）外界干扰。

6.主轴转速不稳定变频主轴部分第7页主要原因有：

1）最大频率设定是否正确。2)验证V/F设定值与主轴电机规格是否相匹配。3）确保全部百分比项参数设定正确。

7.主轴转速与变频器输出频率不匹配变频主轴部分第8页

主要原因有：

当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时，会出现停顿进给、主轴仍继续运转故障。要执行每转进给指令，主轴必须有每转一个脉冲反馈信号，普通情况下为主轴编码器有问题。能够用以下方法来确定：1）CRT画面有报警显示。2）经过PLC状态显示观察编码器信号状态。3）用每分钟进给指令代替每转进给指令来执行程序，观察故障是否消失。8.主轴与进给不匹配（螺纹加工时）变频主轴部分第9页1）保持变频器清洁，不要让灰尘等其它杂质进入。2）尤其注意防止断线或连接错误。3）牢靠连接接线端和连接器。4）确保使用含有适当容量熔断器，漏电断路器，交流接触器，电机连线。5）切断电源后应等候最少5分钟，才能进行维护或检验。6）设备应远离潮湿和油雾，灰尘，金属丝等杂质。注意事项变频主轴部分第10页例1：驱动器出现过电流报警故障维修

故障现象：某数控车床，在加工时主轴运行突然停顿，出现打刀，驱动器显示过电流报警。分析与处理过程：经查交流主轴驱动器主回路，发觉再生制动回路、主回路熔断器均熔断，经更换后机床恢复正常。但机床正常运行数天后，再次出现一样故障。因为故障重复出现，证实该机床主轴系统存在问题，依据报警现象，分析可能存在主要原因有：

1）主轴驱动器控制板不良。

2）电动机连续过载。

3）电动机绕组存在局部短路。

维修实例变频主轴部分第11页在以上几点中，依据现场实际加工情况，电动机过载原因能够排除。考虑到换上元器件后，驱动器能够正常工作数天，故主轴驱动器控制板不良可能性已较小。所以，故障原因可能性最大是电动机绕组存在局部短路。维修时仔细测量电动机绕组各项电阻，发觉U相对地绝缘电阻较小，证实该相存在局部对地短路。拆开电动机检验发觉，电动机内部绕组与引出线连接处绝缘套已经老化；经重新连接后，对地电阻恢复正常。再次更换元器件后，机床恢复正常，故障不再出现。

变频主轴部分第12页

例2：主轴高速出现异常振动故障维修

故障现象：配套某系统数控车床，当主轴在高速（3000r/min以上）旋转时，机床出现异常振动。

分析与处理过程：数控机床振动与机械系统设计、安装、调整以及机械系统固有频率、主轴驱动系统固有频率等原因相关，其原因通常比较复杂。但在本机床上，因为故障前交流主轴驱动系统工作正常，能够在高速下旋转；且主轴在超出3000r/min时，在任意转速下振动均存在，能够排除机械共振原因。

经仔细检验机床主轴驱动系统连接，最终发觉该机床主轴驱动器接地线连接不良，将接地线重新连接后，机床恢复正常。

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例3：不执行螺纹加工故障维修

故障现象：配套某系统数控车床，在自动加工时，发觉机床不执行螺纹加工程序。分析与处理过程：数控车床加工螺纹，其实质是主轴转角与Z轴进给之间进行插补。主轴角度位移是经过主轴编码器进行测量。在本机床上，因为主轴能正常旋转与变速，分析故障原因主要有以下几个：

1）主轴编码器与主轴驱动器之间连接不良。2）主轴编码器故障。3）主轴驱动器与数控装置之间位置反馈信号电缆连接不良。

4）主轴编码器方向设置错误。变频主轴部分第14页经查主轴编码器与主轴驱动器连接正常，故能够排除第1项；且经过CRT显示，能够正常显示主轴转速，所以说明主轴编码器A、-A、B、-B信号正常；在利用示波器检验Z、-Z信号，能够确认编码器零脉冲输出信号正确。依据检验，能够确定主轴位置监测系统工作正常。依据数控系统说明书，深入分析螺纹加工功效与信号要求，能够知道螺纹加工时，系统进行是主轴每转进给动作，所以它与主轴速度抵达信号相关。在FANUC0-TD系统上，主轴每转进给动作与参数PRM24.2设定相关，当该位设定为“0”时，Z轴进给时不监测“主轴速度抵达”信号；设定为“1”时，Z轴进给时需要检测“主轴速度抵达”信号。

变频主轴部分第15页在本机床上，检验发觉该位设定为“1”，所以只有“主轴速度抵达”信号为“1”时，才能实现进给。经过系统诊疗功效，检验发觉当实际主轴转速显示置与系统指令指一致时，才能实现进给。经过系统诊疗功效，检验发觉当实际主轴转速显示值与系统指令值一致时，“主轴速度抵达”信号依然为“0”。深入检验发觉，该信号连接线断开；重新连接后，螺纹加工动作恢复正常。变频主轴部分第16页例4：变频器出现过压报警维修故障现象：配套某系统数控车床，主轴电动机驱动采取三菱企业E540变频器，在加工过程中，变频器出现过压报警。分析与处理过程：仔细观察机床故障产生过程，发现故障总是在主轴开启、制动时发生，所以，可以初步确定故障产生与变频器加/减速时间设定有关。当加/减速时间设定不当初，如主电动机起/制动频繁或时间设定太短，变频器加/减速无法在规定时间内完成，则通常轻易产生过电压报警。修改变频器参数，适当增加加/减速时间后，故障消除。变频主轴部分第17页

例5：安川变频主轴在换刀时出现旋转故障维修故障现象：配套某系统数控车床，开机时发觉，当机床进行换刀动作时，主轴也随之转动。分析与处理过程：因为该机床采取是安川变频器控制主轴，主轴转速是经过系统输出模拟电压控制。依据以往经验，安川变频器对输入信号干扰比较敏感，所以初步确认故障原因与线路相关。为了确认，再次检验了机床主轴驱动器与刀架控制原理图于实际接线，能够判定在线路连接、控制上二者相互独立，不存在相互影响。深入检验变频器输入模拟量屏蔽电缆布线与屏蔽线连接，发觉该电缆布线位置与屏蔽线均不合理，将电缆重新布线并对屏蔽县进行重新连接后，故障消失。

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例6：主轴定位出现超调故障维修故障现象：某加工中心，配套611A主轴驱动器，在执行主轴定位指令时，发觉主轴存在显著位置超调，定位位置正确，系统无故障。分析与故障处理：因为系统无报警，主轴定位动作正确，能够确认故障是因为主轴驱动器或系统调整不良引发。处理超调方法有很各种，如：减小加减速时间、提升速度环百分比增益、降低速度环积分时间等等。检验本机床主轴驱动器参数，发觉驱动器加减速时间设定为2s，此值显著过大；更改参数，设定加减速时间为0.5s后，位置超调消除。

变频主轴部分第19页交流伺服主轴驱动系统

数控机床对主轴要求在很宽范围内转速可调，恒功率范围宽。要求机床有螺纹加工功效、准停功效和恒功率加工等功效时，就要对主轴提出对应速度控制和位置控制要求。主轴驱动系统也可称为主轴伺服系统，对应主轴电动机装配有编码器作为主轴位置检测；另一个方法就是在主轴上直接安装外置式编码器，这在机床改造和经济型数控车床中用得较多。与交流伺服驱动一样，交流主轴驱动系统也有模拟式和数字式两种形式，交流主轴驱动系统与直流主轴驱动系统相比，含有以下特点：变频主轴部分第20页

1)

因为驱动系统必须采取微处理器和当代控制理论进行控制，所以其运行平稳、振动和噪声小。2）驱动系统普通都含有再生制动功效，在制动时，既可将电动机能量反馈回电网，起到节能效果，又可加紧制动速度。

3）

尤其是对于全数字式主轴驱动系统，驱动器可直接使用CNC数字量输出信号进行控制，不要经过D/A转换，转速控制精度得到了提升。变频主轴部分第21页4）与数字交流伺服驱动一样，在数字式主轴驱动系统中，还可采取参数设定方法对系统进行静态调整与动态优化，系统设定灵活、调整准确。5）因为交流主轴电动机无换向器，主轴电动机通常不需要进行维修。6）主轴电动机转速提升不受换向器限制，最高转速通常比直流主轴电动机更高，可到达数万转。变频主轴部分第22页4.5.1主轴伺服与数控装置接线图变频主轴部分第23页变频主轴部分第24页相关参数设置位置百分比增益

①设定位置环调整器百分比增益。②设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引发振荡或超调。③参数数值由详细伺服系统型号和负载情况确定。

变频主轴部分第25页2.速度百分比增益

①设定速度调整器百分比增益。②设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值依据详细伺服驱动系统型号和负载值情况确定。普通情况下，负载惯量越大，设定值越大。③在系统不产生振荡条件下，尽可能设定较大值。

变频主轴部分第26页3.速度积分时间常数①设定速度调整器积分时间常数。②设置值越小，积分速度越快。参数数值依据详细伺服驱动系统型号和负载情况确定。普通情况下，负载惯量越大，设定值越大。③在系统不产生振荡条件下，尽可能设定较小值。

变频主轴部分第27页主轴伺服系统故障诊疗一）当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：1.CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息2.是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置故障；3.主轴工作不正常，但无任何报警信息。二）主轴伺服系统常见故障有：

1.过载原因：切削用量过大，频繁正、反转等均可引发过载报警详细表现为：主轴电动机过热主轴驱动装置显示过电流报警等。变频主轴部分第28页

电气系统原因：1）检验CNC系统是否有速度控制信号输出2）检验使能信号是否接通:经过CNC显示器观察I/O状态;分析机床PLC梯形图（或流程图），以确定主轴开启条件，如润滑、冷却等是否满足。3）主轴电动机动力线断裂或主轴控制单元连接不良。4）机床负载过大。5）主轴驱动装置故障。6）主轴电机故障。

2.主轴不能转动变频主轴部分第29页机械故障原因：机械方面，主轴不转常发生在强力切削下，可能原因有:1）主轴与电机连接皮带过松或皮带表面有油，造成打滑。

2）主轴中拉杆未拉紧夹持刀具拉钉。（在车床上就是卡盘未夹紧工件）变频主轴部分第30页当主轴转速超出技术要求所要求范围，原因：1）CNC系统输出主轴转速模拟量(通常为0～±10v)没有到达与转速指令对应值，或速度指令错误。2）CNC系统中D/A变换器故障。3）主轴转速模拟量中有干扰噪声。4）测速装置有故障或速度反馈信号断线。5）电动机过载。6）电动机不良（包含励磁丧失）。7）主轴驱动装置故障。3.主轴转速异常或转速不稳定变频主轴部分第31页首先要区分噪声及振动发生在主轴机械部分还是电气部分。检验方法有：1）在减速过程中发生，普通是由驱动装置造成，如交流驱动中再生回路故障。2）在恒转速时，可经过观察主轴电动机自由停车过程中是否有噪声和振动来区分，如存在，则主轴机械部分有问题。3）检验振动周期是否与转速相关，如无关，普通是主轴驱动装置未调整好；如相关，应检验主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。4.主轴振动或噪声太大变频主轴部分第32页电气方面原因：1）电源缺相或电源电压不正常。2）控制单元上电源开关设定（50/60Hz切换）错误。3）伺服单元上增益电路和颤动电路调整不好（或设置不妥）4）电流反馈回路未调整好。5）三相输入相序不对。

变频主轴部分第33页机械方面原因：1）主轴箱与床身连接螺钉松动。2）轴承预紧力不够或预紧螺钉松动，游隙过大，使之产生轴向窜动，应重新调查。3）轴承损坏，应更换轴承。4）主轴部件上动平衡不好，应重新调整动平衡。5）齿轮有严重损伤，或此轮啮合间隙过大，应更换此轮或调整啮合间隙。6）润滑不良，因油不足，应改进润滑条件，使润滑油充分。

变频主轴部分第34页7）主轴与主轴电机连接皮带过紧，应移动电机座调整皮带使松紧度适当。8）连接主轴与电机连轴器故障。9）主轴负荷太大。

例：配套某系统数控车床，在加工过程中，发觉在端面加工时，表面出现周期性波纹。分析与处理过程：数控车床端面加工时，表面出现皱纹原因很多，在机械方面如：刀具、丝杠、主轴等部件安装不良、机床精度不足等等都可能产生以上问题。变频主轴部分第35页

但该机床为周期性出现，且有一定规律，依据通常情况，应于主轴位置监测系统相关，但仔细检验机床主轴各部分，却未发觉任何不良。检验该机床机械传动装置，其结构是伺服电动机与滚珠丝杠间经过齿形带进行联接，位置反馈编码器采取是分离型布置。检验发觉X轴分离是编码器安装位置与丝杠不一样心，存在偏心，即：编码器轴心线与丝杠中心不在同一直线上，从而造成了X轴移动过程中编码器旋转不均匀，反应到加工中，则出现周期性波纹。重新安装、调整编码器后，机床恢复正常。

变频主轴部分第36页1）减速极限电路调整不良。2）电流反馈回路不良。3）加/减速回路时间常数设定和负载贯量不匹配。4）驱动器再生制动电路故障。5）传动带连接不良。

5.主轴加/减速时工作不正常变频主轴部分第37页屏蔽或接地办法不良，主轴转速指令信号或反馈信号受到干扰，使主轴驱动出现随机和无规律性波动。别有没有干扰方法是：当主轴转速指令为零时，主轴仍往复摆动，调整零速平衡和漂移赔偿也不能消除故障。

6.外界干扰变频主轴部分第38页1）CNC模拟量输出（D/A）转换电路故障。2）CNC速度输出模拟量与驱动器连接不良或断线。3）主轴转向控制信号极性与主轴转向输入信号不一致。4）主轴驱动器参数设定不妥。7.主轴速度指令无效变频主轴部分第39页1）CNC参数设置不妥或编程错误造成主轴转速控制信号输出为某一固定值。2）D/A转换电路故障。3）主轴驱动器速度模拟量输入电路故障。例：一台配套某系统立式加工中心，主轴在低速时（低于120r/min）时，S指令无效，主轴固定以120r/min转速运转。分析与处理过程：因为主轴在低速时固定以120r/min转速运转，可能原因是主轴驱动器有120r/min转速模拟量输入，或是主轴驱动器控制电路存在不良。8.主轴不能进行变速变频主轴部分第40页为了判定故障原因，检验CNC内部S代码信号状态，发觉它与S指令值一一对应；但测量主轴驱动器数模转换输出（测两端CH2），发觉即使是在S为0时，D/A转换器即使无数字输入信号，但其输出依然为0.5V左右电压。因为本机床最高转速为2250r/min，对照下表看出，当D/A转换器输出0.5V左右时，电动机转速应为120r/min左右，所以能够判定故障原因是D/A转换器（型号：DAC80）损坏引发。更换同型号集成电路后，机床恢复正常。

变频主轴部分第41页

9.主轴只能单向运行或主轴转向不正确1）主轴转速控制信号输犯错误

2）主轴驱动器速度模拟量输入电路故障变频主轴部分第42页数控车床加工螺纹，其实质是主轴角位移与Z轴进给之间进行插补，主轴角位移是经过主轴编码器进行测量，普通螺纹加工时，系统进行是主轴每转进给动作，要执行每转进给指令，主轴必须有每转一个脉冲反馈信号，“乱牙”往往是因为主轴与Z轴进给不能实现同时引发，另外，还有以下原因：1）主轴编码器或Z轴“零位脉冲”不良或受到干扰。2）主轴编码器或连轴器松动（断裂）。3）主轴编码器信号线接地或屏蔽不良，被干扰。4）主轴转速不稳，有抖动。10.螺纹加工出现“乱牙”故障变频主轴部分第43页

5）主轴转速还未稳定，就执行了螺纹加工指令（G32），造成了主轴与Z轴进给不能实现同时，造成“乱牙”。

例：配套某系统数控车床，在G32车螺纹时，出现起始段螺纹“乱牙”故障。分析与处理过程：数控车床加工螺纹，其实质是主轴角位移与Z轴进给之间进行插补，“乱牙”是因为主轴与Z轴进给不能实现同时引发。

变频主轴部分第44页因为该机床使用是变频器作为主轴调速装置，主轴速度为开环控制，在不一样负载下，主轴起动时间不一样，且起动时主轴速度不稳，转速亦有对应改变，造成了主轴与Z轴进给不能实现同时。处理以上故障方法有以下两种：1）经过在主轴旋转指令（M03）后、螺纹加工指令（G32）前增加G04延时指令，确保在主轴速度稳定后，再开始螺纹加工。2）更改螺纹加工程序起始点，使其离开工件一段距离，确保在主轴速度稳定后，再真正接触工件，开始螺纹加工。经过采取以上方法任何一个都能够处理该例故障，实现正常螺纹加工。变频主轴部分第45页主轴准停用于刀具交换、精镗进、退刀及齿轮换档等场所，有三种实现方式：1）机械准停控制由带V型槽定位盘和定位用液压缸配合动作。2）磁性传感器电器准停控制发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装在主轴箱上，其安装位置决定了主轴准停点，发磁体和磁传感器之间间隙为（1.5±0.5）mm。3）编码器性准停控制经过主轴电动机内置安装或在机床主轴上直接安装一个光电编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。11.主轴定位点不稳定或主轴不能定位变频主轴部分第46页上述准停均要经过减速过程，如减速或增益等参数设置不妥，均可引发定位抖动。另外，准定方式（1）中定位液压缸活塞移动限位开关失灵，准停方式（2）中发磁体和磁传感器之间间隙发生改变或磁传感器失灵均可引发定位抖动。

例1：某加工中心，配套6SC6502主轴驱动器，在调试时，出现主轴定位点不稳定故障。

分析与处理过程：维修时经过屡次定位进行重复试验，确认本故障实际故障现象为：1)该机床能够在任意时刻进行主轴定位，定位动作正确。2)只要机床不关机，不论进行多少次定位，其定位点总是保持不变。

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3)机床关机后，再次开机执行主轴定位，定位位置与关机前不一样，在完成定位后，只要不开机以后每次定位总是保持在该位置不变。4）每次关机后，重新定位，其定位点都不一样，主轴能够在任意位置定位。因为主轴定位过程，实际上是将主轴停顿在编码器“零位脉冲”不固定引发。分析可能引发以上故障原因有：（1）编码器固定不良，在旋转过程中编码器于主轴相对位置在不停改变。（2）编码器不良，无“零位脉冲”输出或“零位脉冲”受到干扰。

变频主轴部分第48页（3）编码器连接错误。依据以上可能原因，逐一检验，排除了编码器固定不良、编码器不良原因。深入检验编码器连接，发觉该编码器内部“零位脉冲”Ua0与-Ua0引出线接反，重新连接后，故障排除。

例2DM4600加工中心，在更换了主轴编码器后，出现主轴定位时