数控机床直流主轴驱动系统故障检修分析

中国船舶重工第七二四研究所（江苏 南京 210003) 陈 颖

配套某系统的数控车床，配套SIEMENS 6RA26＊＊系列直流主轴驱动器，开机后显示主轴报警。下面我们全面分析直流主轴控制系统特点，从使用注意方面入手，分析检修方案。

1.数控机床故障的排除思路

(1)确认故障现象，调查故障现场，充分掌握故障信息。当数控机床发生故障时，维护维修人员进行故障的确认是很有必要的，特别是操作使用人员不熟悉机床的情况下，尤其重要。不该也不能让非专业人士随意开动机床，特别是出现故障后的机床，以免故障的进一步扩大。

(2)根据所掌握故障信息，明确故障的复杂程度并列出故障部位的全部疑点。在充分调查现场掌握第一手材料的基础上，把故障问题正确地列出来。俗话说，能够把问题说清楚，就已经解决了问题的一半。

(3)分析故障原因，制定排除故障的方案。分析故障时，维修人员不应局限于CNC部分，而是要对机床强电、机械、液压、气动等方面都做详细的检查，并进行综合判断，制定出故障排除的方案，达到快速确诊和高效率排除故障的目的。

2.直流主轴控制系统

从原理上说，直流主轴驱动系统与通常的直流调速系统无本质的区别，但数控机床高速、高效、高精度的要求，决定了直流主轴驱动系统具有以下特点:①调速范围宽。采用直流主轴驱动系统的数控机床通常只设置高、低两级速度的机械变速机构，电动机的转速由主轴驱动器控制，实现无级变速，因此，它必须具有较宽的调速范围。②直流主轴电动机通常采用全封闭的结构形式，可以在有尘埃和切削液飞溅的工业环境中使用。③主轴电动机通常采用特殊的热管冷却系统，能将转子产生的热量迅速向外界发散。此外，为了使电动机发热最小，定子往往采用独特附加磁极，以减小损耗，提高效率。④直流主轴驱动器主回路一般采用晶闸管三相全波整流，以实现四象限的运行。⑤主轴控制性能好。为了便于与数控系统的配合，主轴伺服器一般都带有D/A转换器、“使能”信号输入、 “准备好”输出、速度/转矩显示输出等信号接口。⑥纯电气主轴定向准停控制功能。由于换刀、精密镗孔、螺纹加工等需要，数控机床的主轴应具有定向准停控制功能，而且应由电气控制系统自动实现，以进一步缩短定位时间，提高机床效率。

3.直流主轴驱动系统使用注意点

(1)安装注意事项。主轴伺服系统对安装有较高的要求，这些要求是保证驱动器正常工作的前提条件，在维修时必须引起注意。安装驱动器的电柜必须密封。为了防止电柜内温度过高，电柜设计时应将温升控制在15°以下。电柜的外部空气引入口，应设置过滤器，并防止从排气口浸入尘埃或烟雾;电缆出入口、柜门等部分应进行密封，冷却电扇不要直接吹响驱动器，以免粉尘附着。维修过程中，必须保证以上部分的完好，确保机床长期可靠工作。

(2)电动机维修完成后，进行重新安装时，要遵循下列原因:①电动机安装面要平，且有足够的刚性。②电刷应定期维修及更换，安装位置应尽可能使其检修容易。③电动机冷却进风口的进风要充分，安装位置要尽可能使冷却部分检修容易。④电动机应安装在灰尘少、湿度不高的场所，环境温度应在40℃以下。⑤电动机应安装在切削液和油不能直接溅到的位置上。

(3)使用检查。在对主轴驱动系统进行维修前，应进行如下驱动系统工作前的检查:①检查速度指令与电动机转速是否一致，负载指示是否正常。②电动机是否有异常声音和异常振动。③轴承温度是否急剧上升等不正常现象。④电刷上是否有显著的火花发生痕迹。

(4)对于工作正常的主轴驱动系统，应进行如下日常维护:①电柜的空气过滤器每月应清扫一次。②电柜及驱动器的冷却风扇应定期检查。③建议操作人员每天都应注意主轴电动机的旋转速度、异常振动、异常声音、通风状态、轴承温度、外表温度和异常臭味。④建议使用单位维护人员，每月应对电刷、换向器进行检查。

建议使用单位维护人员，每半年应对测速发电机、轴承、热管冷却部分、绝缘电阻进行检测。

4.直流主轴控制系统常见的故障

(1)主轴电动机不转。造成这类故障的原因有:①印制线路板表面太脏或内部电路接触不良。②触发脉冲电路故障，晶闸管无触发脉冲产生。③机床未给出主轴旋转信号、电动机动力线电线或主轴控制单元与电动机连线不良。④机械连接脱落，如高/低档齿轮切换用的力和齿轮啮合不良。⑤机床负载太大。⑥控制信号为满足主轴旋转的条件，如转向信号、速度给定电压为输入。

(2)主轴速度不正常或不稳定。造成这类故障的原因有:①装在主轴尾部的测速发电机故障 (断线或不良)。②速度指令电压不良或错误。③D/A变换器故障。④电动机不良，如励磁丧失等。⑤电动机负载过重。⑥驱动器不良。⑦印刷线路板太脏或其误差放大器故障。⑧速度指令错误。

(3)主轴电动机振动或噪声过大造成这类故障的原因有:①系统电源或相序不对 (缺相、相序不正确或电压不正常)。②电流反馈回路调整不当。③驱动器上的增益调整电路或颤动调整电路的调整不当。④驱动器上的电源开关设定错误 (如50/60Hz切换开关设定错误等)。⑤电动机轴承故障、主轴电动机和主轴之间离合器故障。⑥主轴负荷过大等。

(4)发生过流报警造成这类故障的原因有:①驱动器电流极限设定错误。②触发电路的同步触发脉冲不正确。③主轴电动机的点数线圈内部存在局部短路。④驱动器的控制电源 (±15V或0～15V电压)存在故障。

(5)速度偏差过大引起速度偏差的原因有:①机床切削负荷太重。②速度调节器或测速反馈回路的设定调节不当。③主轴负载过大、机械传动系统不良或制动器为松开。④电流调节器或电流反馈回路的设定调节不当。

(6)熔断器熔丝熔断产生。此故障的原因可能有:①驱动器控制印刷电路板不良。②电动机不良，如:电枢线短路、电枢绕组短路或局部短路，电枢线对地短路等。③测速发电机不良。④输入电源相序不正确。⑤输入电源存在缺相。

(7)其他故障:热继电器保护、电动机过热、过电压吸收器烧坏、运转停止、速度达不到最高转速、主轴在加/减速时工作不正常、电动机电刷磨损严重或电刷面上有划痕等。

5.结语

分析与处理过程:检查SIEMENS6RA26＊＊系列直流主轴驱动器，发现报警的含义与提示是“电源故障”，其可能的原因有:①电源相序接反。②电源缺相，相位不正确。③电源电压低于额定值的80%。

测量驱动器输入电压正常，相序正确，但主驱动仍有报警，因此可能的原因是电源板存在故障。检查确认故障原因为印制电路板存在虚焊，导致了同步电源的电压降低，引起了电源报警。重新焊接后电压恢复正常，报警消失，机床恢复正常。