直流主轴驱动系统常见故障维修

发布者：zyp    来源：苏州吉海机电设备有限公司     发布时间：2022-6-8

直流主轴驱动系统维修常见故障

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见表5-1。
表5-1：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


 
2.     电动机速度达到一定值就上不去了。如FANUC直流可控硅主轴伺服驱动单元为1160。它是电动机的调速转换点。速度在0——1160，励磁电流为6.8A恒定，电机主线圈电压由0——220V变化，电机速度大于1160后，则电机主线圈电压为220V恒定，励磁电流从6.8A减小。其可能原因间表5-2。
表5-2：主轴电机速度达到一定值就上不去了的故障综述
可能原因 检查步骤 排除措施
晶闸管整流部分太脏，造成直流母线电压过低或绝缘性能降低   清洁好晶闸管，保持内部电路板的清洁
电动机磁体不正常，输出电压不正常 用万用表测量历次电压 更换磁体或更换电动机
控制板的励磁回路故障 用交换法测试控制板 更换控制板


 
3.     发生过流报警，造成这类故障的原因见表5-3。
表5-3：主轴过流报警综述
可能原因 检查步骤 排除措施
驱动器电流极限设定错误。 检查设定参数 依照参数说明书，设置好参数
主轴负载过大，或机械故障 检查是否机械卡住，在停机状态下用手盘主轴，应该非常灵活 确保主轴无机械异常，如果负载过大，重新考虑机床负载条件
长时间切削条件恶劣   调整切削参数，改善切削条件，
检查直流主轴电机的线圈电阻不正常，换向器太脏 检查直流主轴电机的线圈电阻是否正常，换向器是否太脏 确保电阻正常，用干燥的压缩空气吹干净
动力线连接不牢固 检查动力线是否连接牢固 拧紧动力线
励磁线连接不牢固 检查励磁线连接是否不牢固 拧紧励磁线
驱动器的控制励磁电源存在故障 也就是检查励磁电压是否正常  
电动机故障，如：电枢线圈内部存在局部短路 采用交换法，可判断出它们是否有故障 更换电动机
驱动器故障如：同步触发脉冲不正确 更换驱动器


 
4.     过热或过载报警。这时驱动器的过热报警指示灯会亮，其可能原因见表5-5。
表5-5：主轴过热报警综述
可能原因 检查步骤 排除措施
长期负载过大，电动机太热 用手触摸电动机，感觉是否发热厉害，如果温度很烫手，等冷却后再开机，看是否仍有报警 改善切削条件，调整切削参数，降低负载
电动机或反馈线断线或短路 用万用表测量其输出端子，是否接通状况良好 确保连线正确
电动机故障 采用交换法，确定电动机是否有故障 更换电动机


 
5.     保险丝熔断。其可能原因见表5-6。
表5-6：保险丝熔断的故障综述
可能原因 检查步骤 排除措施
伺服电动机或主回路绝缘不良 检查直流伺服电机和主回路的绝缘 更换相应部件
电枢线短路 电枢线短路、电枢绕组短路或局部短路，电枢线对地短路 排除短路故障
主回路故障 用万用表检查所有主回路的可控硅是否有短路 更换相应坏的可控硅
控制板故障引起主回路电流过大 如果在烧保险的同时有过电流报警 按电流报警处理方法处理
输入电压太高 用万用表测量输入电压 控制电压在-10～15%范围内


 
6.     电动机不转。就是系统发出指令后，主轴伺服单元或直流主轴电动机不执行。其可能原因见表5-7。
表5-7：电动机不转的故障综述
可能原因 检查步骤 排除措施
机械卡死 在不通电的情况下，机械轴应该能自由活动 消除机械故障，减轻负载
负载特别大 在负载特别重的外界情况下， 重新考虑机床负载能力
机械连接脱落，如高/低档齿轮切换用的力和齿啮合不良 检查机械连接情况 重新调整机械连接
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 通过PLC状态监测功能，查看主轴正/反转信号时否送出，主轴速度给定指令是否给出 从数控系统端找出故障，确保各指令正常
电动机动力线不良 用万用表测量各连线端子的接通情况
  确保各连接线正常
电机励磁线短线
R、S、T线不正常
碳刷不好或严重磨损 检查直流主轴电机的碳刷是否正常，是否接触不好 更换好的碳刷
 
电动机励磁回路或主回路组织不正常 检查励磁回路是否有阻值，或者阻值很大？ 如果没阻值或阻值很大，更换电动机
驱动器印制线路板表面太脏以致内部电路接触不良 在不通电的情况下，打开驱动器保护盖子，清洁印制线路板 保持驱动器的清洁，有良好的工作环境
触发脉冲电路故障，晶闸管无触发脉冲产生 属驱动器故障，采用交换法判断是否有故障 更换驱动器
控制板故障 用交换法判断是否控制板故障 更换控制板


 
7.     主轴定向不停止。有的系统会提示超时报警，其可能原因见表5-8。
表5-8：主轴定向不停止的故障综述
可能原因 检查步骤 排除措施
主轴没接收到编码器信号 编码器故障，没有输出零位信号 更换编码器
反馈回路故障，没有传入到系统 消除反馈信号传输中的断路
磁性传感器故障 如果采用此行传感器定位，检查相关的指示灯是否点亮 如果没亮，有故障，更换磁性传感器
定向板上的继电器损坏 如果主轴停在准停位，仍有报警，则说明定向板上的继电器损坏 更换相应继电器


 
8.     电刷磨损严重或电刷面上有划痕  可能原因见表5-9。
表5-9：电刷磨损严重或电刷面上有划痕的可能原因
可能原因 检查步骤 排除措施
主轴连续长时间过载工作   有计划的安排使用机床
主轴电动机换向器表面太脏或有伤痕 目测 清洁换向器
电刷上有切削液进入   做好密封措施
驱动器控制回路的设定、调整不当 检查参数是否正确 依照参数说明书，重新设置好参数


 
9.     过电压吸收器烧坏  通常情况下，它是由于外加电压过高或瞬间电网电压干扰引起的。
 
5.2.2      维修实例
例1：配套SIEMENS 6RA26**系列直流主轴驱动器，开机后显示主轴报警。
分析与处理过程：检查SIEMENS 6RA26**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。
根据SIEMENS 6RA26**系列直流主轴驱动器原理图，逐级测量各板的电源回路，发现触发板的同步电源中有一相低于正常电压。
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。
 
例2：某配置FANUC 15型直流主轴驱动的数控仿型铣床，主轴在启动后，运转过程中声音沉闷；当主轴制动时，CRT显示“FEED HOLD”（进给保持），主轴驱动装置的“过电流”报警指示灯亮。
分析与处理过程：为了判别主轴过电流报警产生的原因，维修时首先脱开了主轴与主轴间的连接，检查机械传动系统，未发现异常，因此排除了机械上的原因。
接着又测量、检查了的绕组、对地电阻及的连接情况，在对换向器及电刷进行检查时，发现部分电刷已达使用极限，换向器表面有严重的烧熔痕迹。
针对以上问题，维修时首先更换了同型号的电刷；并拆开，对换向器的表面进行了修磨处理，完成了对的维修。
重新安装后再进行试车，当时故障消失；但在第二天开机时，又再次出现上述故障，并且在机床通电约30min之后，故障就自动消失。
根据以上现象，由于排除了机械传动系统、主轴、连接方面的原因，故而可以判定故障原因在主轴驱动器上。
对照主轴伺服驱动系统的原理图，重点针对电流反馈环节的有关线路，进行了分析检查；对电路板中有可能虚焊的部位进行了重新焊接，对全部接插件进行了表面处理，但故障现象仍然不变。
由于维修现场无驱动器备件，不可能进行驱动器的电路板互换处理，为了确定故障的大致部位，针对机床通电约30min后，故障可以自动消失这一特点，维修时采用局部升温的方法。通过吹风机在距电路板8~10cm处，对电路板的每一部分进行了局部升温，结果发现当对触发线路升温后，主轴运转可以马上恢复正常。由此分析，初步判定故障部位在驱动器的触发线路上。
通过示波器观察触发部分线路的输出波形，发现其中的一片集成电路在常温下无触发脉冲发生，引起整流回路U相的4只晶闸管（正组和反组各2只）的触发脉冲消失；更换此芯片后故障排除。
维修完成后，进一步分析故障原因，在主轴驱动器工作时，三相全控桥整流主回路，有一相无触发脉冲，导致直流母线整流电压波形脉动变大，谐波分量提高，产生换向困难，运行声音沉闷。
当主轴制动时，由于驱动器采用的是回馈制动，控制线路首先要关断正组的触发脉冲，并触发反组的晶闸管，使其逆变。逆变时同样由于缺一相触发脉冲，使能量不能及时回馈电网，因此产生过流，驱动器产生过流报警，保护电路动作。


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