数控机床模拟主轴启动后不运转的故障诊断.docx

任务目标】1、了解数控机床主轴控制方式；2、掌握数控机床模拟主轴的控制原理；3、掌握数控机床模拟主轴的常见故障及诊断方法；4、能够排除模拟主轴启动后不运转的故障任务描述】有一台YL559数控车床，配备FANUCOiTD数控系统，主轴采用变频器控制，出现了主 轴启动后不运转的故障，本次任务的工作是找出故障原因并能排除故障资讯计划】一、 资料准备要完成本任务，需要配备以下资料：1、 FANUC 0i D数控系统硬件连接说明书；2、 FANUC 0i D数控系统维修说明书；3、 YL559数控机床电气原理图；4、 故障记录单二、 工具、材料准备要完成本任务中的故障诊断及排除工作，需要配备以下工具和材料，具体见表5-1-1表5-1-1 工具和材料清单三、知识准备1、主轴驱动系统概述数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统（CNC）的 S代码（速度）指令及M代码（辅助）功能指令，驱动主轴进行切削加工它由主轴驱动装 置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴等组成1）主轴传动方式常见的数控机床主轴传动方式有以下几种：① 普通三相异步电动机配置变速齿轮实现主轴传动 三相异步电动机转速公式为：式 5-1-1)n = 6°f - S)p其中： f 是交流电源频率， s 是电机转差率， p 是电机极对数。

在工频情况下，电机转速恒定，主轴的调速只能通过齿轮变速换挡实现，主轴正转、反 转和停止分别通过M03、M04和M05指令由PLC（PMC）编程控制实现当主轴需要调速时， 可执行 M00 指令使加工程序暂停，然后手动进行换挡到加工工艺需要速度，再循环启动继续 加工这是最经济的一种主轴传动方式，但只能实现有级调速，由于电动机始终工作在额定转 速下，经齿轮减速后，在主轴低速下输出力矩大，重切削能力强，非常适合粗加工和半精加 工的要求② 三相异步电动机配置变频器实现主轴传动由式 5-1-1 可知，改变电机工作频率可以实现电机调速变频器的作用就是改变电机工 作频率电机和主轴常使用同步带连接，主轴正转、反转和停止及调速是通过编制加工程序 由PLC（PMC）编程控制实现的，S代码由CNC处理，将信号传输给变频器，再由变频器控制 三相异步电动机调速，实现主轴无级调速这种情况下，主轴电动机只有工作在约500 转/ 分钟以上才能有比较满意的力矩输出，否则很容易出现堵转的情况这种方案适用于需要无 级调速但对低速和高速都不要求的场合③ 三相异步电动机配置变频器以及变速齿轮箱实现主轴传动这种主轴传动方式兼有上述两种传动方式的优点，主要是变速齿轮箱能在主轴低速时传递较大的转矩，避免了电机直接带动主轴时低速区输出转矩小的弊端。

由于是变频器驱动三 相异步电动机，能实现电机的无级调速，从而能实现主轴无级调速，两者组合扩大了主轴调 速范围，可满足不同加工工艺的需要，主轴的正转、反转以及停止通过M03、M04和M05指 令实现控制齿轮换挡通过M41、M42和M43指令实现，S代码调速由变频器实现④ 主轴伺服电机配置主轴伺服放大器实现主轴传动 主轴伺服电机必须选用配套的主轴伺服放大器构成主轴伺服驱动系统主轴伺服电机用于主轴传动，具有刚性强、调速范围宽、响应快、速度高、过载能力强的特点主轴正转、 反转以及停止和调速，通过指令M03、M04、M05和S编制相应的程序实现，价格比同功率变 频器主轴驱动系统高使用主轴伺服电机还具有别的驱动系统所没有的优势，伺服主轴还可 以实现主轴定向（主轴准停）、刚性攻丝、CS轮廓控制、主轴定位等主轴伺服特有功能，满 足数控机床加工中特殊工艺需要⑤ 电主轴电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电 机技术、高速刀具技术一起，把高速加工推向一个新时代电主轴是一套组件，它包括电主 轴本身及其附件，具体有：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、 换刀装置等。

电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是机座，并且配合其他 零部件，实现电动机与机床的“零传动”图 5-1-1 电主轴2、FANUC 数控系统主轴控制方式FANUC数控系统主轴控制主要有两大类：模拟主轴控制和串行主轴控制模拟主轴控制 即为传统的模拟量控制，从CNC单元输出0〜±10V的模拟电压控制主轴电动机的转速及转 向而串行主轴控制是指从CNC单元输出的控制指令（数据）控制主轴电动机的转速及转向1）模拟主轴控制模拟主轴控制是FANUC数控系统输出模拟电压控制主轴，主轴调速由变频器调速控制， 主轴电机一般选用普通三相异步电动机或变频电机，实现主轴的正转、反转、停止及调速等图5-1-2 模拟主轴控制原理数控装置的接口JA40输出0〜±10 V的模拟电压，输送到模拟主轴放大器（通常是变频器）, 模拟主轴放大器控制电机以一定的转速和转向转动主轴的转速和转向是否达到控制要求， 是由位置编码器来检测的位置编码器把反馈信号输送到JA41接口根据反馈结果，数控系 统判断有没有达到控制要求，如果没有达到控制要求，系统JA40会发出信号进一步控制，直 至满足控制要求图5-1-3 变频主轴控制接线图（2）串行主轴控制位蚤编码器1 SPDL-1 JA41 !厂」厂」厂□ onJA7BJA7A串行主轴放大器CZ^-1□由S—庄；CNC （主板）:L ]图5-1-4串行主轴控制原理从CNC单元输出的控制指令（数据）控制主轴电动机的转速及转向，转向控制也由相应 的参数决定。

3、变频器基本知识变频器即电压频率变换器，是一种将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交 流电，以供给电动机运转的电源装置目前，通用变频器几乎都是交—直—交型变频器交—直—交变频器首先将频率固定的交流电整流成直流电，经过滤波，再将平滑的直流电逆变 成频率连续可调的交流电由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此在频率的调节 范围内，以及改善频率后电动机的特性等方面都有明显的优势，目前，此种变频器已得到普 及下面以欧姆龙变频器3G3JZ-A4007为例，介绍变频器的使用方法1）变频器铭牌3JZABQ02T6I00CXJ1娈频器的型号一—■■■ >输入规格 輸岀规格gooOWAON GorpoatKinIhfPLT; iPH2Dtk240V50«e4z4j9A0 JTPUT: 3PH 0-24CV 1.6A C-6K\fA 0 2kNP.25HP刖ADE I M CHkNIA」®R3G3JZ-AB002图 5-1-5 变频器铭牌2）变频器型号3G3JZ3G3JZ^t 列A4007盘i峠瓷滾即门忙咱Z诃说樹朗 |图 5-1-6 变频器型号001O.lkW002(XJ40.41W<")7O.^kW0t5l.5klV0222.2kW01717kWHL压塑则234H3lW^\q2M}V^)B中 H1200VAC^WVtJi)43>114ftQY\C<4^V^>煨护构造3）变频器的接线原理图单相200VAC 日相2t»V^C〜 訓目40CVAC4DQVACUT 用 300VAClft转模亜圧產多功號摆拥輸出根担晓艾矚诫4（异常怕出》 童少碰谕&•：帀戦心止些 呼他氐2返转踊些 事功龍耦人凯井部异常）旁功維轴池轨多段連塘3 游五盍抽入旨傳段團旨V/T?(wrrs(加蠶卄*7 UCIVDC 2amA>Al (0-+1OV) BSS图 5-1-7 变频器接线原理图需要注意的是：①控制回路端子显示为初始设定的NPN配线，可通过时序输入方法切换 SW的设定变更为PNP输入。

②频率指令输入Al初始为电压输入，可通过模拟输入选择方法切 换SW和参数设定变更为电流输入4）数字操作器omROn SYSDRIVE 3G3J2 inverterRUN-FWhREVC城率指令施钮图 5-1-8 变频器操作器表 5-1-2 变频器操作键介绍1BBHH数据显示部显示频率指令值、输出频率数值及参数常数设定值等相关数据•* i&j频率指令旋钮通过旋钮设定频率时使用旋钮的设定范围可在0Hz〜最高频率之间变动RUN・运转显示运转状态下LED亮灯运转指令OFF时在减速中闪烁FWD*正转显示正转指令时LED亮灯从正转移至反转时，LED闪烁REV；反转显示反转指令时LED亮灯从反转移至正转时，LED闪烁STOP*停止显示停止状态下LED亮灯运转中低于最低输出频率时LED闪烁■（进位显示）在参数等显示中显示5位数值的前4位时亮灯巨状态键按顺序切换变频器的监控显示在参数常数设定过程中按此键则为跳过功能0输入键在监控显示的状态下按下此键的话进入参数编辑模式 在决定参数N0.显示参数设定值时使用另外，在确认变更后的参数设定值时按下减少键减少频率指令、参数常数N0 •的数值、参数常数的设定值0增加键增加频率指令、参数常数N0 •的数值、参数常数的设定值。

l~RUNRUN键启动变频器（但仅限于用数字操作器选择操作/运转时）Lcxoii 1 STOp 1 ni-f 1—r ■ RESETSTOP / RESET键使变频器停止运转（只在参数n2.01设定为“ STOP键有效”时停止） 另外，变频器发生异常时可作为复位键使用要进行各种操作模式的切换，可按下模式键（=）切换数据显示接通电源后，连续[ 接通电源I按下模式键后，“数据显示部”会按照按图5-1-9所示顺序切换频率指令 …可监控当前捋专的頻串指令值.徃选抒掘字慄作器的独卑揩令时也可以进行设定. 厳曲控通常在接適电源时显示. 输出频率”一• [H~001可以监控变频器的嗡出频辜°输出电流聚当设定蔘数n0.03= “汁时，便可在一搖通电源时显示旧£101可£噓控变畅誥的输出电流便.戀肖设迨蓼数讹』3= “碧趴便可在一接逋电源飼嶷示.输岀电压指令磯T^ZOl可以监控变规器輸出电压的指令值孤当疑定参数呦,册=蔦"时，便可程一接適电源时显示..正转/反转选择"刃 谧过操柞辟的RUN®运转时可以选择马达的运转方向.※当设定参数n

参数n2.01为“运行指令选择”设定为0,代表操作器的RUN/ST0P键有效；设定为1， 代表控制回路端子有效，操作器的RUN/STOP键也有效；设定为2,代表控制回路端子有效， 操作器的RUN/STOP键无效4、 模拟主轴参数设定(1) 主轴速度参数：在3741中设定10V对应的主轴速度例如：3741设定为2000，当程序执行Sl000时，JA40上输出电压为5V2) 主轴控制电压极性参数系统提供的主轴模拟控制电压必须与连接的变频器的控制极性相匹配当使用单极性变 频器时可通过参数3706#7(。