数控机床与数控机床维修设计.doc

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1、目录1绪 论12 数控机床故障诊断与维修前技术准备61、通讯诊断62、自修复系统61按故障发生的部位分类72按故障的性质分类83按故障的指示形式分类84按故障产生的原因分类93加工中心主轴振动故障诊断与排除方案的制定251、数控装置262、变频调速主轴单元263、交流伺服驱动单元264、步进驱动单元265、输入与输出装置276、工作台278游隙过大或齿轮要和间隙过大。重新调整机床间隙30总 结39主要参考文献401绪 论1 .1数控机床与数控机床维修的基本知识1.1.1数控机床的故障诊断与维修的背景随着时代的进步科技的发展电子技术和自动化也随之进步，数控技术也应用的更广泛，我国近些年来引进了大

2、量的数控设备，其特点是以大规模集成电路为主的数字控制设备，这些数控设备功能强生产效率高，给机械制造带来更多的条件，给工厂企业创造了更大的经济效益。但与此同时它的结构和控制复杂智能化程度高，在实际生产中难免出现或那样的故障，因为各种原因导致机床出现故障，严重的可导致机床停机，从而在生产中造成停顿。在现在的工厂生产中数控机床起这关键性作用，如果出现故障不能及时的维修维护，直接影响工作效率和产品的质量，降低经济效益。能够熟练的掌握数控机床的故障诊断维修技术，及时的排除故障恢复正常生产保证生产效率，所以这项技术至关重要。1.1.2数控机床故障诊断与维修的目的数控机床是现代制造业的基础设备。目前，我国从

3、国外引进了大量数控系统及数控设备，同时，我国在数控系统的研究和开发上也做了多年的研究，开发出了具有自主只是产权的数控系统并与多家机床生产厂进行了配套，形成了一定的数控机床产销规模。随着工业化进程的加快，数控机床在制造领域 作用越来越重要。数控机床是很复杂的设备，它是将电子技术，自动化控制技术，电机技术，自动检测技术，计算机控制技术，传感器技术，机床液压及气压传动技术和加工工艺等集中于一体的自动化设备，具有高精度，高效率和高适应性的特点。即使只是一般的操作使用人员也必须具备一定的专业知识，而对于那些数控机床维护维修人员，则有相当高的专业技术水平的要求。数控机床故障诊断与维修的基本目的就是提高数控

4、设备的可靠性，数控设备的可靠性是指在规定的时间内、规定的工作条件下维持无故障工作的能力，再有就是提高数控设备的维修效率，尽快恢复使用。1.2数控加工的概念数字控制(Numerical Control，简称NC)技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术。 数控机床：是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的起动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置或计算机，经过译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。 数控加工：根据零件图样及工艺要

5、求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。1.3数控机床的特点(1) 具有高度柔性在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。(2) 加工精度高数控机床的加工精度，一般可达到0.0050.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动

6、链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。 (3) 加工质量稳定、可靠加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。 (4) 生产率高数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。 (5) 改善劳动条件数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者

7、主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。 (6) 利于生产管理现代化数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。1.4数控机床的结构与组成（1）机床主体数控设备机床主体的组成部分与该类普通机床基本相同。但为了实现其特殊的整体功能要求，故在其设计上进行了一系列专门的处理。例

8、如，简化了主轴箱及其变速，变向等传动系统，简化了从主轴至工作台（或刀架滑板）间的机械传动结构使机械传动链较短；广泛采用了提高机床刚性，减小振动及摩擦阻力等措施（如倾斜导轨、构件动平衡、采用滚珠丝杆、滚动导轨等），增加了多刀架、多工作台、自动送料及自动排屑装置等。（2） 输入装备输入装备的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内输入装置最早使用光电阅读机对穿孔带进行阅读，以后大量使用磁记录原理的磁带机和软盘驱动器。还有通过数控装置操作面板上的输入键，按工件的程序清单用手工方式直接输入内储器（MDI）方式直接输入数控系统；对于带PCMCTA卡的CNC系统，可利用该存储卡传递加工

9、程序；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式运送到数控系统中。（3） 数控系统数控系统是机床实现自动化加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。它主要由监视器、主控制单元、可编程控制器、各类输入/输出接口等组成。主控制单元主要由CPU、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量。其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制凉大类。其中主控制器内的插补模块就是根据所读入的零件程序，通过译码、编码等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算。并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻

10、辑控制通常由可编程控制器PLC来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序完成。（4） 伺服系统伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。伺服系统的作用是将从数控装置输出线路接收到微弱脉冲电信号经整形，放大等电路处理为较强的电信号后，将其接收到的有关数字量信息转换成模拟量信息，从而驱动执行电机带动机床主轴或进给机构按规定的速度和信息进行运动。（角位移或直线位移）（5） 位置检测装置检测反馈装置也简称为反馈元件，它是高性能数控设备中得重要组成部分。检测反馈装置主要

11、由安装在机床工作台或丝杠上的直线位移检测元件（如长光栅）或安装在伺服电机上的角位移检测元件（如圆光栅）及其电信号传输处理线路设备等部分组成。检测反馈装置的作用是，将检测元件准确测出的直线位移或角位移迅速反馈给数控装置，以便与加工程序给定的指令值进行比较。如果比较出有误差，数控装置将向伺服系统发出新的修正命令，以控制机床有关机构向消除误差的方向进行补偿位移，并如此反复进行，达到消除其误差的目的。对数控设备，通常按有、无检测反馈装置将其伺服系统分为开环、闭环及半闭环系统。开环系统无检测反馈装置，其控制精度主要取决于系统的机械传动链和步进电机进行的精度，而闭环系统的控制精度则主要取决于检测反馈装置的

12、精度。1.5数控系统维修的基本要求数控系统维修，是针对数控系统全面进行诊断、分析、解决问题的一门技术。当数控系统发生故障时，对故障的调查和分析是一个重要的阶段，主要应作好下列工作： 询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。 现场检查到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全

13、不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。 故障分析根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照设备配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。 确定原因对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该设备熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。排故准备有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购

14、甚至排故计划步骤的制定等等数控系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。故障的诊断方法大概有这么几种：（1）直观发（2）系统自诊断法（3）参数检查法（4）功能测试法(5)部件交换法(6)测量比较法（7）原理分析法1.6关于本次毕业设计论文所要完成的主要任务1.系统查阅学习数控设备维修类书籍、期刊论文和技术资料的基础上，掌握技术论文编写等综合工作能力及实际维修技能，完成数控机床故障诊断与维修的背景和意义、数控机床故障与维修的基础知识以及本毕业设计完成的主要任务等内容的书写。2了解加工中心主轴的组成及工作

15、原理。做好维修前的技术准备，主要包括数控机床故障诊断与维修方法与步骤，加工中心主轴振动常见故障诊断和维修分析方法。3对加工中心主轴振动故障的可能原因分析，加工中心主轴振动故障诊断与维修方案的制订。4掌握数控机床故障的诊断与维修的基本方法和思路，特别是数控加工中心主轴振动故障的诊断与排除，熟练的掌握各种诊断与维修方法，制定合理的维修方案。树立严谨的科学态度，培养自己实事求是的工作作风，吃苦耐劳的精神。5通过这次毕业设计撰写努力提高自己的专业水平，培养自己动手实践的能力，提高自身的技术能力，更好的让自己成为一个对社会有用的人，服务社会。2 数控机床故障诊断与维修前技术准备2.1 数控机床故障诊断与

16、维修的发展1、通讯诊断用户机床的通讯口通过电话线和维修中心的专用通讯诊断计算机相连。计算机发诊断程序、 用户测试数据、计算机诊断结果和处理方法、用户。特点：实用简便；有一定的局限性。2、自修复系统当诊断软件发现数控机床在运行中某一模块有故障时，系统在CRT上显示的同时，自动寻找备用模块并接上。特点：实用但成本比较高，而且只适合总线结构的CNC系统。3、人工智能专家故障诊断系统。4、人工神经元网络(ANN)诊断。ANN具有联想、容错、记忆、自适应、自学习和处理复杂多模式故障等特点。这种方法将被诊断的系统的症状作为网络的输入，将按一定数学模型所求得的故障原因作为网络的输出，并且神经网络将经过学习所

17、得到的知识以分布的方式隐存在网络上，每个输出神经元对应着一个故障原因。2.2数控机床故障特点数控机床故障是指数控机床失去了规定的功能。数控机故障发生率随机床使用时间的不同而故障发生率是不相同的，在机床的使用大致可分为三个阶段，即磨合期，稳定工作期和衰退期。（1）磨合期新机床在安装调试后，半年到一年左右的时间内，由于机械零部件的加工表面还存在几何偏差，比较粗糙。电器元件受到交变负荷等冲击，故障的平率比较高，一般没有规律。其中，电气，液压和气动系统故障频率比较大。（2）稳定工作期机床在经历了初期磨合后，进入稳定工作期，这时的故障发生率是比较低的，但与有使用条件和人为因素，偶发故障在所难免，所以在稳

18、定期内故障的诊断非常重要，在此期间机电的故障发生的概率差不多，并且大多数的故障可以排除，这个时期大约是6到10年（3）衰退期机床零部件在正常寿命之后，开始迅速的磨损和老化，故障的发生率逐渐的增多。此时的故障大多数具有规律性，属于渐变性和器质性，并且大多数可以排除。数控机床本身的复杂性使其故障诊断也具有复杂性和特殊性。引起的数控机床故障的因素也是多方面的，有些故障的现象是机械方面的，但是因其故障的原因是电气方面的；有些故障的现象时电气方面的，然而引起故障的原因是机械方面的；有些是有电气方面和机械方面共同引起的。因而，对同一个现象，既可能是机械方面的问题，也可能是电气方面的原因，或许两者都有，非常

19、复杂。这就要求必须根据实际情况进行综合考虑，才能做出正确的判断。数控机床的复杂性使其故障具有复杂性和特殊性，引起数控机床故障的因素又很多，不能只看故障的表像，要透过现象去检查引起故障的综合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法给予排除。2.3数控机床故障分类1按故障发生的部位分类（1）主机故障 数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障有：1)因为机械部件的安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障2)因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障3)因机械零件的损坏、连接不良等原因引起的故障，等。主机故障主要表现为船东噪声

20、大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。（2）电气控制系统故障 从所使用的元器件类型上电气控制系统故障通常分为“弱 电”故障和“强电”故障两大类：弱电部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。数控系统的弱电部分包括CNC、PIC、MDI/CRT以及伺服驱动单元、输入输出单元等。弱电故障又有硬件故障与软件故障之分，硬件故障 是指上述个部分的集成电路芯片、分离电子元件、接插以及外部连接组件的发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出错、数据丢失等故障。强电部分是指控制系统中的

21、主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机电磁铁、行程开关等电器元件及其所组成的的控制电路。2按故障的性质分类（1）确定性故障 确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见，因此也方便维修。确定性故障具有不可恢复性故障一旦发生如果不维修机床是不会自动恢复的，但是只要找出故障的发生原因维修完后机床马上可以恢复正常。（2）随机性故障 随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障，此类故障发生的原因比较隐蔽，随机性故障的原因分析和故障诊断比较困难。随机性故障是有可恢复性的，故障发生后，通

22、过重新开机等可恢复正常，但是在运行中有可能发生同样的故障。3按故障的指示形式分类（1）有带显示的故障 数控机床的故障显示可分为指示灯显示和显示器显示两种:1）指示灯显示报警 指示灯显示报警是指通过控制系统各单元的状态指示灯显示报警，根据指示灯即使在显示器故障是也能大致的判断出故障发生的部位。2）显示器显示报警 显示器显示报警是指可以通过显示器显示出报警信号的报警。由于数控系统一般都有自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示器工作正常，一旦系统出现故障；可以在显示器上显示出故障信息。（2）无报警显示故障 这类故障发生时机床与系统都没有报警显示，分析诊断难度比较大，需要通过仔细、认真的分析判断才能确

23、认。对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生的前后变化，进行分析判断，原理分析法是解决无报警显示故障的主要方法。4按故障产生的原因分类（1）数控机床自身故障 这类故障的发生是由于数控机床的自身的原因引起的，与外部使用环境条件无关，数控机床发生的大多数故障都是这类故障。（2）数控机床外部故障 这类故障是由于外部原因所造成的。环境温度高、供电电压不稳、电源相序不对、有害气体、潮气外来振动和干扰都是引起故障的原因2.4数控机床发生故障时的处理（1）调查故障现场 机床故障发生后，维修人员首先要向操作者了解机床在什么情况下出现故障，故障现象如何，操作者采取了什么措施。再仔细观察数控装置的

24、工作寄存冲工作寄存器中尚存的工作内容，了解已执行的程序内容及自诊断显示的报警内容，然后按数控系统的复位键，观察系统经清除复位后故障报警是否消失，如果消失，多属于软件故障，否则是硬件故障。对于非破坏性故障，有条件时可再现故障，观察现象，以验证分析是否正确。分析可能造成故障的因素， 数控机床出现的同一故障现象，其原因是多种多样的，有可能是由于机械、电气及控制系统等造成的。要准确地判断故障出现的环节和造成故障的原因，必须罗列所有相关的因素。 例如，行程开关工作不正常时，其影响因素可能有以下几个方面：1)机械运动不到位，开关未压下；2)机械结构不合理，开关松动或挡块太短；3)开关 自身质量有问题；4)

25、开关选型不当；5)防护措施不好，开关内进了杂物，使动作失常（2）确定产生故障的原因 由于造成故障的因素很多，因此维修人员必须利用该机床的技术档案，凭借现场操作经验、判断能力和掌握的机、电、液等综合专业技术知识，通过必 要的测试手段，最后判别可能产生故障的原因，最后通过必要的试验，逐一寻找、确定故障源2.5数控机床故障诊断原则和方法 （1）数控机床故障诊断原则 1）先外部后内部。数控机车是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也我由这三者综合反映出来。维修人员应该由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸，否者会扩大故障，使机床丧失精度，降低性能。 2）先机械后电气。一般说来，机械故

26、障容易发觉，而数控系统的故障的诊断难度较大。在故障的检修之前，首先排除机械的故障。 3）先静后动。先在机车断电的静止状态下，通过了解，观察测试，分析确认为非破坏性故障，必须先排除危险后，方可以通电。 4）先简单后复杂。当出现多种故障相互交织掩盖，一时无从下手时，先先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单的解决了，难度大 问题也简单化了。 （2）数控机床故障诊断方法1）直观发 这是一种最基本、最简单的方法。维修人员通过对故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象的观察、检查，可将故障缩小到某一个模块，甚至一块印制电路板。它要求维修人员具有丰富的实践经验，以及综合判断能力。2）系统自诊断法

27、充分利用数控系统的自诊断功能，根据CRT上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故障的大致起因。进一步利用系统的自诊断功能，还能显示系统与各部分之间的接口信号状态，找出故障的大致部位，它是故障诊断过程中最常用、有效的方法之一。3）参数检查法 数控系统的机床参数是保证机床正常运行的前提条件，它们直接影响着数控机床的性能。参数通常存放在系统存储器中，一旦电池不足或受到外界的干扰，可能导致部分参数的丢失或变化，使机床无法正常工作。通过核对、调整参数，有时可以迅速排除故障：特别是对于机床长期不用的情况，参数丢失的现象经常发生，因此，检查和恢复机床参数，是维修中行之有效的方法之一。另

28、外，数控机床经过长期运行之后，由于机械运动部件磨损，电气元器件性能变化等原因，也需对有关参数进行重新调整。4）功能测试法 所谓功能测试法是通过功能测试程序，检查机床的实际动作，判别故障的一种方法。功能测试可以将系统的功能(如：直线定位，圆弧插补、宏程序等)，用手工编程方法，编制一个功能测试程序，并通过运行测试程序，来检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的原因。5)部件交换法 所谓部件交换法，就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下，利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分的方法。部件交换法是一种简单、易行、可靠的方法，也是维修过程中最

29、常用的故障判别方法之一。6)测量比较法 数控系统的印制电路板制造时，为了调整、维修的便利，通常都设置有检测用的测量端子。维修人员利用这些检测端子，可以测量、比较正常的印制电路板和有故障的印制电路板之间的电压或波形的差异，进而分析、判断故障原因及故障所在位置。7）原理分析法 这是根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪等仪器对其进行测量、分析和比较，进而对故障进行系统检查的一种方法。8)敲击法 数控系统是由各种电路板组成，电路板上、接插件等处有虚焊或接口槽接触不良都会引起故障。可用绝缘物轻轻敲打疑点处，若出现，则敲击处很可能就是故障部位。9)升

30、温法 设备运行较长时间或环境温度较高时，机床就会出现故障，可用电吹风、红外灯照射可疑的元件或组件。确定故障点10)隔离法 隔离法是将某些控制回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。例：某加工中心，在JOG方式下，进给平稳，但自动则不正常。首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧。说明NC系统没有问题。进一步检查是Y轴夹紧装置出故障。除了以上介绍的故障检测方法外，还有插拔法、电压拉偏法。2.6主轴部件常见的故障与排除方法序号 故 障 现 象故 障 原 因排 除 方 法 1主轴旋转时发热主轴轴承预紧力过大重新调整预紧力大小轴承磨损或损坏更换新轴承润

31、滑脂过少或润滑脂变脏更换润滑脂 2主轴工作时噪声大轴承损坏或齿轮磨损更换新轴承或齿轮主轴组件动平衡不良重作主轴组件动平衡传动带松弛或磨损调整或更换传动带 3主轴强力切削时停转传动皮带过松张紧传动皮带传动皮带使用过久失效更换传动皮带 4刀具不能夹紧碟形弹簧位移量太小调整碟形弹簧行程长度弹簧夹头损坏更换新弹簧夹头碟形弹簧失效更换碟形弹簧 5刀具夹紧后不能松开打刀缸压力或行程不够调整打刀缸压力或行程开关位置碟型弹簧压合过紧调整碟形弹簧压紧螺母，减小压合量 6主轴定向不准主轴定向磁铁位置松动重新紧定或调整主轴定向磁铁位置2.7主轴驱动系统的分类及特点主轴驱动系统包括主轴驱动器和主轴电动机。数控机床主轴

32、的无级调速则是由主轴驱动器完成。主轴驱动系统分为直流驱动系统和交流驱动系统，目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴驱动系统即交流主轴电动机配备变频器或主轴伺服驱动器控制的方式2.7.1不同类型的主轴系统的特点 （1） 普通笼型异步电动机配齿轮变速箱 这是最经济的一种方法主轴配置方式，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） 普通笼型异步电动机配简易型变频器 可以实现主轴的无级调速，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，特别是车床很容易出现堵转的情况，一般会采用两

33、挡齿轮或皮带变速，但主轴仍然只能工作在中高速范围，另外因为受到普通电动机最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限制。 （3） 普通笼型异步电动机配通用变频器 目前进口的通用变频器，除了具有U/f曲线调节，一般还具有无反馈矢量控制功能，会对电动机的低速特性有所改善，配合两级齿轮变速，基本上可以满足车床低速（100200转/分钟）小加工余量的加工，但同样受最高电动机速度的限制。这是目前经济型数控机床比较常用的主轴驱动系统。 （4） 专用变频电动机配通用变频器 一般采用有反馈矢量控制，低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出，有些还具有定向甚至分度进给的功能 （5） 伺服主轴驱动系统 伺服主轴驱动系统

34、具有响应快、速度高、过载能力强的特点，还可以实现定向和进给功能，当然价格也是最高的，通常是同功率变频器主轴驱动系统的2-3倍以上。伺服主轴驱动系统主要应用于加工中心上，用以满足系统自动换刀、刚性攻丝、主轴C轴进给功能等对主轴位置控制性能要求很高的加工。 （6） 电主轴 电主轴是主轴电动机的一种结构形式，驱动器可以是变频器或主轴伺服，也可以不要驱动器。电主轴由于电机和主轴合二为一，没有传动机构，因此，大大简化了主轴的结构，并且提高了主轴的精度，但是抗冲击能力较弱，而且功率还不能做得太大，一般在10KW以下。由于结构上的优势，电主轴主要向高速方向发展，一般在10000r/min以上。 安装电主轴的

35、机床主要用于精加工和高速加工。2.8主轴伺服系统的故障形式及诊断方法交流伺服主轴驱动系统通常采用感应电动机作为驱动电机，由伺服驱动器实施控制，有速度开环或闭环控制方式。也有采用永磁同步电动机作为驱动电机，由伺服驱动器实现速度环的矢量控制，具有快速的动态响应特性，但其恒功率调速范围较小。 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型式，交流主轴驱动系统与直流主轴驱动系统相比，具有如下特点：由于驱动系统必须采用微处理器和现代控制理论进行控制，因此其运行平稳、振动和噪声小。 驱动系统一般都具有再生制动功能，在制动时，即可将能量反馈回电网，起到节能的效果，又可以加快起制动速度。 特别是

36、对于全数字式主轴驱动系统，驱动器可直接使用CNC的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高。 与数字式交流伺服驱动一样，在数字式主轴驱动系统中，还可采用参数设定方法对系统进行静态调整与动态优化，系统灵活、调整准确。 由与主轴无换向器，主轴通常不需要进行维修。 主轴转速的提高不受换向器的限制，最高转速通常比直流主轴更高，可达到数万转。交流伺服主轴驱动系统常见故障交流主轴驱动系统按信号形式又可分为交流模拟型主轴驱动单元和交流数字型主轴驱动单元。交流主轴驱动除了有直流主轴驱动同样的过热、过载、转速不正常报警或故障外，还有另外的条目，总结如下。1.主轴不能转动，且无任何报警显

37、示， 产生此故障的可能原因及排除方法见表2-1。表2-1 故障可能原因及排除方法可能原因检查步骤排除措施机械负载过大尽量减轻机械负载主轴与电动机连接皮带过松在停机的状态下，查看皮带的松紧程度调整皮带主轴中的拉杆未拉紧夹持刀具的拉钉(在车床上就是卡盘未夹紧工件)有的机床会设置敏感元件的反馈信号，检查次反馈信号是否到位重新装夹好刀具或工件系统处在急停状态检查主轴单元的主交流接触器是否吸合更具实际情况下，松开急停；机械准备好信号断路排查机械准好信号电路主轴动力线断线用万用表测量动力线电压确保电源输入正常电源缺相正反转信号同时输入利用PLC监查功能查看相应信号无正反转信号通过PLC监视画面，观察正反转

38、指示信号是否发出一般为数控装置的输出有问题，排查系统的主轴信号输出端子使能信号没有接通通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC梯形图（或流程图），以确定主轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足；检查外部启动的条件是否符合主轴驱动装置故障有条件的话，利用交换法，确定是否有故障更换主轴驱动装置主轴电动机故障更换电动机2.主轴速度指令无效，转速仅有12r/min。可能的原因见表2-2。表2-2 主轴速度无效故障诊断及可能原因可能原因检查步骤排除措施动力线接线错误检查主轴伺服与电动机之间的UVW连线确保连线对应CNC模拟量输出（D/A）转换电路故障用交换法判断是否有故障更换相应电路板CNC速度输出模拟量

39、与驱动器连接不良或断线测量相应信号，是否有输出且是否正常更换指令发送口或更换数控装置主轴驱动器参数设定不当查看驱动器参数，是否正常依照说明书，正确设置参数反馈线连接不正常查看反馈连线确保反馈连线正常反馈信号不正常检查反馈信号的波形调整波形至正确或更换编码器3.速度偏差过大，指的是主轴电机的实际速度与指令速度的误差值超过允许值，一般是启动时电机没有转动或速度上不去。引起此故障的原因见表2-3。表2-3 速度偏差过大报警综述可能原因检查步骤排除措施反馈连线不良不启动主轴，用手盘动主轴使主轴电动机以较快速度转起来，估计电机的实际速度，监视反馈的实际转速确保反馈连线正确反馈装置故障更换反馈装置动力线连

40、接不正常用万用表或兆欧表检查电动机或动力线是否正常（包括相序不正常）确保动力线连接正常动力电压不正常确保动力线电压正常机床切削负荷太重，切削条件恶劣重新考虑负载条件，减轻负载，调整切削参数机械传动系统不良改善机械传动系统条件制动器未松开查明制动器为松开的原因确保制动电路正常驱动器故障利用交换法，判断是否有故障更换出错单元电流调节器控制板故障电动机故障4.过载报警。 削用量过大，频繁正、反转等均可引起过载报警。具体表现为主轴过热、主轴驱动装置显示过电流报警等造成此故障的可能原因见表2-4。表2-4 过载报警故障诊断及排除方法可能原因检查步骤排除措施长时间开机后再出现此故障负载太大检查机械负载调整

41、切削参数，干山切削条件，减轻负载频繁正、反转减少频繁正、翻转次数开机后即出现此报警5.主轴振动或噪声过大，首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分检查方法：若在减速过程中发生，一般是由驱动装置造成的，如交流驱动中的再生回路故障； 若在恒转速时产生，可通过观察主轴由停车过程中是否有噪声和振动来区别，如存在，则主轴机械部分有问题； 检查振动周期是否与转速有关，如无关，一般是主轴驱动装置未调整好；如有关系，应检查主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。表2-5 主轴振动或噪声过大的故障综述故障部位可能原因检查步骤排除措施电气部分故障系统电源缺相、相序不正确或电压不正常测量输入的系

42、统电源确保电源正确反馈不正确测量反馈信号确保接线正确，且反馈装置正常驱动器异常，如：增益调整电路或颤动调整电路的调整不当根据参数说明书，设置好相关参数三相输入的相序不对用万用表测量输入电源确保电源正确机械部分故障主轴负荷过大重新考虑负载条件，减轻负载润滑不良是否缺润滑油，加注润滑油是否润滑电路或电机故障，检修润滑电路是否润滑漏油更换润滑导油管主轴与主轴电动机的连接皮带过紧在停机的情况下，检查皮带松紧程度调整皮带的连接轴承故障、主轴和主轴电动机之间离合器故障目测，可判断这个机械连接是否正常调整轴承，轴承拉毛或损坏可拆开相关机械结构后目测更换轴承齿轮有严重损伤更换齿轮主轴部件上动平衡不好（丛最高速

43、度向下时发生次此故障）当主轴电机最高速度时，关掉电源，惯性运转时是否仍有声音校核主轴部件上的动平衡条件，调整机械部分轴承预紧力不够或预紧螺钉松动调紧预紧螺钉游隙过大或齿轮啮合间隙过大主轴伺服系统的故障及诊断方法当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警信息或报警内容；二是在主轴驱动装置上用警报灯数码管显示主轴驱动装置的故障；三是主轴工作不正常，但无任何报警信息，主轴伺服系统常见的故障有：（1）外界干扰 由于受电磁干扰，屏蔽和接地措施不良，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的波动。判别有无干扰的方法是：当主轴转速指令为零时，主轴仍

44、往复转动，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除故障。（2）过载 切削用量过大，频繁正、反转等均可引起过载报警。具体表现为主轴电动机过热、主轴驱动张制显示过电流报警等。（3）主轴定位抖动 主轴准停用于刀具交换，精镗退刀以及齿轮换档等场合，有三种实现方式：1）机械准停控制2）磁性传感器的电气准停控制3）编码器型的准停控制。（4）主轴转速与进给不匹配 当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时，会出现停止进给，主轴仍继续运转的故障。要执行每转进给的指令，主轴必须有每转一个脉冲的反馈信号，一般情况下为主轴编码器有问题。可以用下列方法来确定：1.CRT画面有报警显示。2.通过CRT调用机床数据或I/O状态，观察编

45、码器的信号状态，3.用每分钟进给指令代替每转进给来执行程序，观察故障是否消失。（5）转速偏离指令值 当主轴转速超过技术要求所规定的范围时，要考虑：1.电动机过载。2.CNC系统输出的主轴转速模拟量（通常为0+-10V）没有达到与转速指令对应的值。3.测速装置有故障或速度反馈信号断线。4.主轴驱动装置故障。（6）主轴异常噪声及振动 首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。1.在减速过程中发生一般是又驱动装置造成的，如交流驱动中的再生回路故障。2.在恒转速时产生，可通过观察主轴电动机自由停车过程中是否有噪音和振动的来区别，如存在，则主轴机械部分有问题3.检查振动周期是否与转速

46、有关。如无关，一般是主轴驱动装置未调整好；如有关，应检查主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。（7）主轴电动机不转 CNC系统至主轴驱动装置除了转速模拟量控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC+24V继电器线圈电压。1.检查CNC系统是否有速度控制信号输出。2.检查能使信号是否接通。通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC图形（或流程图），以确定主轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足。3.主轴驱动装置故障。4.主轴电动机故障。2.9变频器工作原理变频器工作原理: 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。整流器: 最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路: 在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动