數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)故障維修

數(shù)控機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)也就是主傳動系統(tǒng)，它的性能直接決定了加工工件的表面質(zhì)量，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機、電、氣聯(lián)動，故障率較高，它的可靠性將直接影響數(shù)控機床的安全和生產(chǎn)率。因此，在數(shù)控機床的維修和維護中，主軸驅(qū)動系統(tǒng)顯得很重要。 維修人員根據(jù)維修單，到現(xiàn)場進行故障詢問調(diào)查，確定維修方案、擬定維修工作計劃、計劃工時和費用；通過查閱數(shù)控機床PLC的相關(guān)顯示界面和電路原理圖、數(shù)控系統(tǒng)和就變頻器說明書等維修資料，分析故障原因；使用通用工具及萬用表，檢測判斷故障部位，在機床現(xiàn)場快速排除故障，填寫維修記錄并交接驗收。

主軸相關(guān)知識

數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的大功率執(zhí)行機構(gòu)，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的S碼速度指令及M碼輔助功能指令，驅(qū)動主軸進行切削加工。它包括主軸驅(qū)動裝置、主軸電動機、主軸位置檢測裝置、傳動機構(gòu)及主軸。通常主軸驅(qū)動被加工工件旋轉(zhuǎn)的是車削加工，所對應(yīng)的機床是車床類；主軸驅(qū)動切削刀具旋轉(zhuǎn)的是銑削加工，所對應(yīng)的機床是銑床類。

主軸系統(tǒng)分類及特點

全功能數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)根據(jù)控制方式的不同主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機，通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。另外根據(jù)主軸速度控制信號的不同可分為模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置和串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動裝置兩類。模擬量控制的的主軸驅(qū)動裝置采用變頻器實現(xiàn)主軸電動機控制，有通用變頻器控制通用電機和專用變頻器控制專用電機兩種形式。目前大部分的經(jīng)濟型機床均采用數(shù)控系統(tǒng)模擬量輸出+變頻器+感應(yīng)（異步）電機的形式，性價比很高，這時也可以將模擬主軸稱為變頻主軸。串行主軸驅(qū)動裝置一般由各數(shù)控公司自行研制并生產(chǎn)，如西門子公司的611系列，日本發(fā)那克公司的α系列等。

1、普通籠型異步電動機配齒輪變速箱

這是Z經(jīng)濟的一種方法主軸配置方式，但只能實現(xiàn)有級調(diào)速，由于電動機始終工作在額定轉(zhuǎn)速下，經(jīng)齒輪減速后，在主軸低速下輸出力矩大，重切削能力強，非常適合粗加工和半精加工的要求。如果加工產(chǎn)品比較單一，對主軸轉(zhuǎn)速沒有太高的要求，配置在數(shù)控機床上也能起到很好的效果；它的缺點是噪音比較大，由于電機工作在工頻下，主軸轉(zhuǎn)速范圍不大，不適合有色金屬和需要頻繁變換主軸速度的加工場合。

2、普通籠型異步電動機配簡易型變頻器

可以實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速，主軸電動機只有工作在約500轉(zhuǎn)/分鐘以上才能有比較滿意的力矩輸出，否則，特別是車床很容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的情況，一般會采用兩擋齒輪或皮帶變速，但主軸仍然只能工作在中高速范圍，另外因為受到普通電動機Z高轉(zhuǎn)速的限制，主軸的轉(zhuǎn)速范圍受到較大的限制。

這種方案適用于需要無級調(diào)速但對低速和高速都不要求的場合，例如數(shù)控鉆銑床。國內(nèi)生產(chǎn)的簡易型變頻器較多。

3、通籠型異步電動機配通用變頻器

目前進口的通用變頻器，除了具有U/f曲線調(diào)節(jié)，一般還具有無反饋矢量控制功能，會對電動機的低速特性有所改善，配合兩級齒輪變速，基本上可以滿足車床低速（100—200轉(zhuǎn)/分鐘）小加工余量的加工，但同樣受Z高電動機速度的限制。這是目前經(jīng)濟型數(shù)控機床比較常用的主軸驅(qū)動系統(tǒng)。

4、專用變頻電動機配通用變頻器

一般采用有反饋矢量控制，低速甚至零速時都可以有較大的力矩輸出，有些還具有定向甚至分度進給的功能，是非常有競爭力的產(chǎn)品。以先馬YPNC系列變頻電動機為例，電壓：三相200V、220V、380V、400V可選；輸出功率：1.5-18.5KW；變頻范圍2-200Hz；（Z高轉(zhuǎn)速r/min）；30min150%過載能力；支持V/f控制、V/f+PG（編碼器）控制、無PG矢量控制、有PG矢量控制。提供通用變頻器的廠家以國外公司為主，如：西門子、安川、富士、三菱、日立等。

中檔數(shù)控機床主要采用這種方案，主軸傳動兩擋變速甚至僅一擋即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速在100—200r/min左右時車、銑的重力切削。一些有定向功能的還可以應(yīng)用與要求精鏜加工的數(shù)控鏜銑床，若應(yīng)用在加工中心上，還不很理想，必須采用其他輔助機構(gòu)完成定向換刀的功能，而且也不能達到剛性攻絲的要求。

安裝電主軸的機床主要用于精加工和高速加工，例如高速精密加工中心。另外，在雕刻機和有色金屬以及非金屬材料加工機床上應(yīng)用較多，這些機床由于只對主軸高轉(zhuǎn)速有要求，因此，往往不用主軸驅(qū)動器。

就電氣控制而言，機床主軸的控制是有別于機床伺服軸的。一般情況下，機床主軸的控制系統(tǒng)為速度控制系統(tǒng)，而機床伺服軸的控制系統(tǒng)為位置控制系統(tǒng)。換句話說，主軸編碼器一般情況下不是用于位置反饋的（也不是用于速度反饋的），而僅作為速度測量元件使用，從主軸編碼器上所獲取的數(shù)據(jù)，一般有兩個用途，其一是用于主軸轉(zhuǎn)速顯示；其二是用于主軸與伺服軸配合運行的場合（如螺紋切削加工，恒線速加工，G95轉(zhuǎn)進給等）。

（來源：大牛數(shù)控技術(shù)）