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摘 要： 本文着重从对交流主轴控制系统的构成特点，常见的几类故障进行分析，以实际生产中设备的故障现象，进行系统的故障分析，现场验证，到最后的故障排除。运用主轴的系统结构，报警参数，机械调试，科学系统的排除设备故障，提高设备的有效利用率。
关键词： 主轴；控制系统；故障实例
1.交流主轴控制系统的构成特点
交流主轴控制的交流感应电机调速系统也是一个多环系统。其中变频器内的滤波电容与大功率器件也是常见的故障组件。
交流主轴电动机均采用交流感应电动机，并且通常多采用不带唤向器的三相感应电动机。其定子由对称的三相绕组组成。圆柱体的转子铁芯上是由均匀发分布的斜槽、铸铝结构笼条与端部的金属环构成的笼式转子（故也可称笼式电动机）。定子的铁芯具有轴向孔而无外壳以利通风（所以，交流电机往往是非封闭式的电机）。（为了提高输出功率，防止主轴的热变形，也有在电动机外壳与前端盖中通有循环油路，实现液体冷却绕组与主轴轴承。）交流主轴控制单元，是一种转差频率矢量控制系统，用来控制交流感应电机的。
交流电机的尾部大多同轴安装有编码器或脉冲发生器。此时，速度反馈可以有两种方式，如果主轴放大器是数字式，则可接受反馈。如果主轴放大器是模拟式，则直接反馈给CNC主轴伺服接口。
另外，主轴的端部安装有笨重的卡盘、加紧油缸或自动换刀/自动换工件装置以及准停装置，安装精度与润滑维护直接影响主轴精度、振动与噪声。
2.交流主轴控制系统的常见故障
交流电机主轴系统的故障也可以分成报警与不报警两大类。交流主轴控制也分成由CNC直接处理的与主轴放大器独立处理的两种控制形式。如果是由CNC实现主轴控制，则可以在CRT上的警示信息画面上以及主轴监视画面上显示主轴系统的报警信息。而主轴放大器上也是以七段数码管来显示故障代码的。可充分利用系统自诊断及其维修手册来进行故障定位。
交流主轴系统有下面几种故障现象。这些故障可能不报警，或者即使报警也未出示对策。
2.1.保险丝熔断
交流输入电路的保险丝熔断，其成因大多是：
交流电源侧的阻抗太高。例如当采用了自耦变压器而不是隔离变压器的情况，或保险丝管接触不良。
交流电源输入电路中浪涌吸收器损坏。
电源整流桥损坏。
逆变器内的晶闸管损坏。
控制单元的印刷板故障等。
再生回路（在变频器回路中）的保险丝熔断，大多为主轴电机加速或减速频率太高所致。
2.2.主轴电机速度超过额定值
可能的成因：
新机床试用阶段的设定错误。
所用软件不匹配（只可能发生在更换印刷电路板后）。需要检查主板上的ROM型号。
印刷线路板故障。
2.3.主轴电机不转或转速不正常
可能成因有：
NC速度指令下达后，如出现报警，可按报警内容处理。
速度指令不正常。如果主轴伺服控制器的速度指令输入为数字信号，应该先检查该控制器内的D/A变换器故障；如果速度指令输入为模拟信号，则应先检查NC及其输出装置故障。若速度指令正常，则向下检查：
加/减速过程中出现不正常，再生回路线路或回路内晶闸管故障。
新机床主轴电机不能启动，需要先检查电机电缆的连接与相序是否正确等。
主轴电机不能启动，先检查是否有准停信号输入（可能与按扭及其供电线路有关）、是否设定错误，或印刷线路板相关电位器调整不当。然后检查主轴定向控制用的传感器是否安装不良，或印刷线路板不良。
2.4.交流主轴电机异常噪声与振动
一般情况，应该检查系统电源相序不对、缺相或三相不平衡。
若在加/减速过程中产生，则故障多发生于再生回路。应该检查该回路的保险丝是否熔断，以及晶闸管是否损坏。
若在恒速下产生，则应该先检查反馈电压是否正常。然后，突然切断指令，观察电机在停机过程中是否有异常噪声。若有噪声，则故障在机械部分。否则，多是印刷线路板上故障。若反馈电压不正常，则需要检查振动周期是否与转速有关。若有关，则可能是主轴传动装置故障、主轴电机轴承或其尾部的脉冲发生器故障（参照直流主轴电机相应故障成因），或者与机械装配不良（间隙、窜动与松动等）有关。若无关，则可能与速度调节器内印刷线路板上的相关电位器调节不良有关。
3.实例分析
参照西门子交流主轴系统的报警处理方法，分析一个例子。
例 313厂的SINUMERIK 810D数控系统的TH6363B加工中心，出現主轴编码器硬件故障报警。
故障现象 机床启动后，主轴箱发出刺耳轰鸣声，声响很大，主轴转速愈高噪声愈大，主轴转速低于500rpm， 甚至50rpm时也有噪声。
修前技术准备 对有关报警查维修手册，报警内容为主轴编码器硬件故障。编码器故障。
修前调查 前几次也出现过同类报警，对编码器进行清洗。安装后报警消除。但前几次没有很大的噪声。再次检查编码器，编码器没有故障。
故障分析 主轴在低速下，有时有噪声，有时正常，高速时噪声很大。推断是主轴箱内的齿轮或轴承损坏。主轴变速齿轮目测完好。停车后，手扳动主轴很费力，在一周内有明显的卡位。在关机状态，手动退开高低速变速齿轮，主轴手扳正常。
查看“主轴箱机械图”，箱内有好几幅轴承，齿轮有高低速变速齿轮，传动齿轮，油泵齿轮。齿轮出现故障的情况很小。可能是其中的轴承损坏。
故障定位 退开变速齿轮后，手盘主轴，旋转正常，说明变速齿轮以下部件轴承没有损坏。综合分析判断可能是主轴电机中的轴承损坏，也有可能是主轴箱上部轴承损坏。
最后决定拆主轴电机，打开电机的后端盖，在安装编码器端的轴承严重损坏，轴承支架断裂，滚珠挤向一边，主轴端发蓝，由于高温摩擦以致主轴端轴退火。
故障排除 更换电机后端轴承，清晰编码器及主轴冷却风扇，安装。调整机床定位参数，即Y轴定位点，主轴旋转定位块的定位。
先调整Y轴，修改34090（1）参数，直到Y轴回到换刀点；再调整AP轴（AP轴参数修改一次后，必须要“CNK复位”后数据才生效），直到定位块到达换刀位置。
调试好后，试换刀几次，换刀正常。开启机床主轴后噪声消除，变换主轴转速主轴旋转正常。机床工作正常。故障排除。
关键词： 主轴；控制系统；故障实例
1.交流主轴控制系统的构成特点
交流主轴控制的交流感应电机调速系统也是一个多环系统。其中变频器内的滤波电容与大功率器件也是常见的故障组件。
交流主轴电动机均采用交流感应电动机，并且通常多采用不带唤向器的三相感应电动机。其定子由对称的三相绕组组成。圆柱体的转子铁芯上是由均匀发分布的斜槽、铸铝结构笼条与端部的金属环构成的笼式转子（故也可称笼式电动机）。定子的铁芯具有轴向孔而无外壳以利通风（所以，交流电机往往是非封闭式的电机）。（为了提高输出功率，防止主轴的热变形，也有在电动机外壳与前端盖中通有循环油路，实现液体冷却绕组与主轴轴承。）交流主轴控制单元，是一种转差频率矢量控制系统，用来控制交流感应电机的。
交流电机的尾部大多同轴安装有编码器或脉冲发生器。此时，速度反馈可以有两种方式，如果主轴放大器是数字式，则可接受反馈。如果主轴放大器是模拟式，则直接反馈给CNC主轴伺服接口。
另外，主轴的端部安装有笨重的卡盘、加紧油缸或自动换刀/自动换工件装置以及准停装置，安装精度与润滑维护直接影响主轴精度、振动与噪声。
2.交流主轴控制系统的常见故障
交流电机主轴系统的故障也可以分成报警与不报警两大类。交流主轴控制也分成由CNC直接处理的与主轴放大器独立处理的两种控制形式。如果是由CNC实现主轴控制，则可以在CRT上的警示信息画面上以及主轴监视画面上显示主轴系统的报警信息。而主轴放大器上也是以七段数码管来显示故障代码的。可充分利用系统自诊断及其维修手册来进行故障定位。
交流主轴系统有下面几种故障现象。这些故障可能不报警，或者即使报警也未出示对策。
2.1.保险丝熔断
交流输入电路的保险丝熔断，其成因大多是：
交流电源侧的阻抗太高。例如当采用了自耦变压器而不是隔离变压器的情况，或保险丝管接触不良。
交流电源输入电路中浪涌吸收器损坏。
电源整流桥损坏。
逆变器内的晶闸管损坏。
控制单元的印刷板故障等。
再生回路（在变频器回路中）的保险丝熔断，大多为主轴电机加速或减速频率太高所致。
2.2.主轴电机速度超过额定值
可能的成因：
新机床试用阶段的设定错误。
所用软件不匹配（只可能发生在更换印刷电路板后）。需要检查主板上的ROM型号。
印刷线路板故障。
2.3.主轴电机不转或转速不正常
可能成因有：
NC速度指令下达后，如出现报警，可按报警内容处理。
速度指令不正常。如果主轴伺服控制器的速度指令输入为数字信号，应该先检查该控制器内的D/A变换器故障；如果速度指令输入为模拟信号，则应先检查NC及其输出装置故障。若速度指令正常，则向下检查：
加/减速过程中出现不正常，再生回路线路或回路内晶闸管故障。
新机床主轴电机不能启动，需要先检查电机电缆的连接与相序是否正确等。
主轴电机不能启动，先检查是否有准停信号输入（可能与按扭及其供电线路有关）、是否设定错误，或印刷线路板相关电位器调整不当。然后检查主轴定向控制用的传感器是否安装不良，或印刷线路板不良。
2.4.交流主轴电机异常噪声与振动
一般情况，应该检查系统电源相序不对、缺相或三相不平衡。
若在加/减速过程中产生，则故障多发生于再生回路。应该检查该回路的保险丝是否熔断，以及晶闸管是否损坏。
若在恒速下产生，则应该先检查反馈电压是否正常。然后，突然切断指令，观察电机在停机过程中是否有异常噪声。若有噪声，则故障在机械部分。否则，多是印刷线路板上故障。若反馈电压不正常，则需要检查振动周期是否与转速有关。若有关，则可能是主轴传动装置故障、主轴电机轴承或其尾部的脉冲发生器故障（参照直流主轴电机相应故障成因），或者与机械装配不良（间隙、窜动与松动等）有关。若无关，则可能与速度调节器内印刷线路板上的相关电位器调节不良有关。
3.实例分析
参照西门子交流主轴系统的报警处理方法，分析一个例子。
例 313厂的SINUMERIK 810D数控系统的TH6363B加工中心，出現主轴编码器硬件故障报警。
故障现象 机床启动后，主轴箱发出刺耳轰鸣声，声响很大，主轴转速愈高噪声愈大，主轴转速低于500rpm， 甚至50rpm时也有噪声。
修前技术准备 对有关报警查维修手册，报警内容为主轴编码器硬件故障。编码器故障。
修前调查 前几次也出现过同类报警，对编码器进行清洗。安装后报警消除。但前几次没有很大的噪声。再次检查编码器，编码器没有故障。
故障分析 主轴在低速下，有时有噪声，有时正常，高速时噪声很大。推断是主轴箱内的齿轮或轴承损坏。主轴变速齿轮目测完好。停车后，手扳动主轴很费力，在一周内有明显的卡位。在关机状态，手动退开高低速变速齿轮，主轴手扳正常。
查看“主轴箱机械图”，箱内有好几幅轴承，齿轮有高低速变速齿轮，传动齿轮，油泵齿轮。齿轮出现故障的情况很小。可能是其中的轴承损坏。
故障定位 退开变速齿轮后，手盘主轴，旋转正常，说明变速齿轮以下部件轴承没有损坏。综合分析判断可能是主轴电机中的轴承损坏，也有可能是主轴箱上部轴承损坏。
最后决定拆主轴电机，打开电机的后端盖，在安装编码器端的轴承严重损坏，轴承支架断裂，滚珠挤向一边，主轴端发蓝，由于高温摩擦以致主轴端轴退火。
故障排除 更换电机后端轴承，清晰编码器及主轴冷却风扇，安装。调整机床定位参数，即Y轴定位点，主轴旋转定位块的定位。
先调整Y轴，修改34090（1）参数，直到Y轴回到换刀点；再调整AP轴（AP轴参数修改一次后，必须要“CNK复位”后数据才生效），直到定位块到达换刀位置。
调试好后，试换刀几次，换刀正常。开启机床主轴后噪声消除，变换主轴转速主轴旋转正常。机床工作正常。故障排除。