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主轴高速出现异常振动的故障维修

故障现象：配套某系统的数控车床，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：数控机床的振动与机械系统的设计、安装、调整以及机械系统的固有频率、主轴驱动系统的固有频率等因素有关，其原因通常比较复杂。

但在本机床上，由于故障前交流主轴驱动系统工作正常，可以在高速下旋转；且主轴在超过3000r/min时，在任意转速下振动均存在，可以排除机械共振的原因。

检查机床机械传动系统的安装与连接，未发现异常，且在脱开主轴与机床主轴的连接后，从控制面板上观察主轴转速、转矩或负载电流值显示，发现其中有较大的变化，因此初步可以判定故障在主轴驱动系统的电气部分。

经仔细检查机床的主轴驱动系统连接，zui终发现该机床的主轴驱动器的接地线连接不良，将接地线重新连接后，机床恢复正常。

直流主轴驱动系统常见故障

尽管直流主轴驱动系统在目前已应用不多，逐步为交流主轴驱动系统取代，但现有系统的维修还有不少，在此也总结它的故障特点。

1. 主轴速度不正常或不稳定，造成这类故障的原因有很多。

主轴速度不正常或不稳定的故障综述：

可能原因 检查步骤 排除措施

电动机负载过重   重新考虑负载条件，减轻负载

速度指令电压不良或错误 测量从数控装置主轴接口输出过来的信号 确保主轴控制信号正常

D/A变换器故障

反馈线断线或不良 测量反馈信号 确保接线正确

反馈装置损坏 更换反馈装置

电动机故障，如：励磁丧失等 采用交换法，可以判断是否出了故障 更换电动机

驱动器故障 更换驱动器

误差放大器故障

印刷线路板太脏 打开驱动器，定期给电路板作出清洁 保持电路板的清洁或更换放大器

现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求：

（1） 调速范围宽并实现无极调速

为保证加工时选用合适的切削用量，以获得zui佳的生产率、加工精度和表面质量。特别对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。

目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1∶100，恒功率调速范围也可达1∶30，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min。

主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速*用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。在无级变速中，变频调速主轴一般用于普及型数控机床，交流伺服主轴则用于中、数控机床。

（2） 恒功率范围要宽

主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的zui大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。

当数控车床主轴驱动出现故障的时候，系统会出现"变频器报警"的提示，但这个报警涉及的因素比较复杂，要进一步的寻找原因，还要打开电箱，看伺服驱动器上显示的具体报警内容。

上电无显示

当数控车床驱动器不亮的时候，首先要检查输入电源是否正常，如下图所示：

找到空气开关，它负责保护主轴伺服驱动器。

把万用表调到电压模式，先分别测量下方输出的三项电线中任意两项的电压是否是380V，再用同样方法测量上方输入的三项电线的电压是否正常。

如果电压不正常，可以尝试插拔排线，仍然无效果请联系厂家。

报警 E.FAL

出现这种报警，我们要先观察报警的时机，如果一运行就报警，检查电机接线，是否有接地现象。可以拆掉电机线单独运行驱动器排查。

如果运行中，加减速过程中报警，我们就要检查刹车电阻是否正常，先断电，后拆下B1、B2接线,把万用表调到电阻模式,测量B1和B2间的电阻值,正常范围在75Ω-120Ω之间。（注意重新接线时不要接错）

如果测量结果不正常，请报修时告知报警内容和检测结果，方便维修人员能够正确辨别故障和申领配件，避免重复上门。

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FANUC（法那科）公司主轴驱动系统

从80年代开始，该公司已使用了交流主轴驱动系统，直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。目前三个系列交流主轴电动机为：S系列电动机，额定输出功率范围1.5～37KW；H系列电动机，额定输出功率范围1.5～22KW；P系列电动机，额定输出功率范围3.7～37KW。该公司交流主轴驱动系统的特点为：①采用为处理器控制技术，进行矢量计算，从而实现zui佳控制。②主回路采用晶体管PWM逆变器，使电动机电流非常接近正弦波性。③具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。

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斩波驱动电路的出现是为了弥补双电压电路的高低压电路波形连接处的凹形，改善输出转矩下降，使励磁绕组中的电流维持在额定值附近。这种驱动方式的电路结构虽然复杂一些，但由于没有外接电阻，使整个系统的功耗下降很多，相应提高了效率。同时由于驱动电压较高，电机绕组回路又不串电阻。所以电流上升很快，当到达需要的数值时，由于取样电阻的反馈控制作用，绕组电流可以恒定在确定的数值上，从而保证在很大的频率范围内，步进电动机都能输出恒定的转矩，**改善了高频响应特性，这种驱动方式的另一优点是减少了电机共振现象的发生。郑州富士fuji伺服驱动器图片