FANUC主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修

1、7.2 FANUC主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修FANUC公司生產(chǎn)的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要可以分為直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大類。 直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常用于20世紀(jì)80年代以前的數(shù)控機(jī)床上，多與FANUC 5、6、7系統(tǒng)配套使用。此類機(jī)床由于其使用時(shí)間己較長(zhǎng)，一般都到了故障多發(fā)期，但由于當(dāng)時(shí)數(shù)控機(jī)床的價(jià)格通常都比較昂貴，在用戶中屬于大型、精密、關(guān)鍵設(shè)備，保養(yǎng)、維護(hù)通常都較好，因此在企業(yè)中繼續(xù)使用的情況比較普遍，維修過(guò)程中遇到的也較多。 在交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，F(xiàn)ANUC公司作為全世界最早開(kāi)發(fā)交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的廠家之一，自1980年成功開(kāi)發(fā)交流主軸系統(tǒng)以來(lái)，已經(jīng)生產(chǎn)了多個(gè)系列的交流主軸驅(qū)動(dòng)系

2、統(tǒng)產(chǎn)品。作為數(shù)控機(jī)床維修中的常見(jiàn)產(chǎn)品，主要有以下幾種： 1)A06B10*(AC Model 1-40)系列交流主軸電動(dòng)機(jī)與A06B-6044系列交流主軸驅(qū)動(dòng)器配套組成的模擬式交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)系列產(chǎn)品。該系列主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為FANUC公司80年代初期的常用產(chǎn)品，主要配套的系統(tǒng)有FANUCll、FANUC0、FANUC 6等。該系列產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)器主回路采用PWM控制、大功率晶體管驅(qū)動(dòng)的型式，輸出功率范圍為1.537kW。驅(qū)動(dòng)器采用了微處理器數(shù)字控制技術(shù)，帶有速度、方向、起停控制信號(hào)接口與D/A轉(zhuǎn)換器、實(shí)際轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出、電氣主軸定向準(zhǔn)停(附加功能)等功能。驅(qū)動(dòng)器具有良好的響應(yīng)特性，在整個(gè)速度范圍內(nèi)

3、工作平穩(wěn)、振動(dòng)和噪聲較小，其中5.5kW以上的驅(qū)動(dòng)器采用了回饋制動(dòng)技術(shù)，可有效節(jié)能。 主軸電動(dòng)機(jī)全封閉的結(jié)構(gòu)型式，硅鋼片直接空氣冷卻，結(jié)構(gòu)緊湊，可以在浮塵、切削液飛濺的場(chǎng)合安全、可靠地工作。2)A06B-10“(ACModell-40)系列交流主軸電動(dòng)機(jī)與A06-6055系列數(shù)字式交流主軸驅(qū)動(dòng)器配套組成的數(shù)字式交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品所使用的主軸電動(dòng)機(jī)與模擬式交流主軸系統(tǒng)相同，但驅(qū)動(dòng)器為數(shù)字式。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在攻螺紋、定位剛性、快速性與操作性能上有了較大的改進(jìn)，其余性能與模擬式交流主軸系統(tǒng)相似。 3)A06B-07*系列交流主軸電動(dòng)機(jī)與A06-6059系列數(shù)字式交流主軸驅(qū)動(dòng)器配套組成的交

4、流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)系列產(chǎn)品。該系列主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為FANUC公司20世紀(jì)80年代中期開(kāi)發(fā)的交流主軸改進(jìn)型產(chǎn)品，主要配套的系統(tǒng)有FANUCll、FANUC0、FANUCl5等。該系列產(chǎn)品可分為S系列(標(biāo)準(zhǔn)型)、P系列(廣域恒功率調(diào)速)、H系列(高速潤(rùn)滑脂)、VH系列(高速油霧潤(rùn)滑)、HV系列(高電壓輸入)等幾個(gè)系列。產(chǎn)品一般與A06-6059系列數(shù)字式交流主軸驅(qū)動(dòng)器配套使用，其中，S系列為常用產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床上使用最廣。該系列產(chǎn)品主電動(dòng)機(jī)采用了電磁心定子直冷的冷卻型式，與早期的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，提高了輸出功率與轉(zhuǎn)速，減小了系統(tǒng)的體積與重量；驅(qū)動(dòng)器采用了更先進(jìn)的控制技術(shù)和電子元器件，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的性

5、能。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能強(qiáng)、可靠性好，在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛應(yīng)用，是數(shù)控機(jī)床維修過(guò)程中常見(jiàn)的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之一。 4)FANUC /ai系列主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是FANUC公司的最新產(chǎn)品，其中i系列主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為本世紀(jì)初開(kāi)發(fā)的最新數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)系列產(chǎn)品，是系列的改進(jìn)型。 /i系列產(chǎn)品共有標(biāo)準(zhǔn)型/i系列、廣域恒功率輸出型P/Pi系列、經(jīng)濟(jì)型C/Ci系列、中空型(T/Ti系列、強(qiáng)制冷卻型L/Li系列、高電壓輸入型(HV)/(HV)i系列、高電壓輸入廣域恒功率輸出型P(HV)/P(HV)i系列、高電壓輸入中空型T(HV)/T(HV)i系列、高電壓輸入強(qiáng)制冷卻型L(HV)/L(HV)i系列等產(chǎn)品。其中Li系列

6、最高輸出轉(zhuǎn)速為20000r/min、(HV)i系列最大額定輸出功率可達(dá)l00kW，可滿足絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床的主軸要求。該系列產(chǎn)品的主要特點(diǎn)如下： 通過(guò)繞組轉(zhuǎn)換功能，進(jìn)一步增加了高速輸出范圍，縮短了加/減速時(shí)間，對(duì)于Pi系列，其恒功率輸出范圍比系列擴(kuò)大了1.5倍。 采用了最新的定子直接冷卻方式，進(jìn)一步減小了電動(dòng)機(jī)外型尺寸，提高了輸出功率和轉(zhuǎn)矩。 通過(guò)精密的鋁合金轉(zhuǎn)子和嚴(yán)格的動(dòng)平衡，使電動(dòng)機(jī)在高速時(shí)振動(dòng)級(jí)達(dá)到了V3級(jí)。 可以選擇不同的排風(fēng)方向，盡可能減小機(jī)床熱變形，同時(shí)通過(guò)最優(yōu)的冷卻通道設(shè)計(jì)，進(jìn)一步改善了冷卻性能。 根據(jù)不同的使用要求，主電動(dòng)機(jī)可以選用兩種不同類型的內(nèi)裝式位置/速度測(cè)量裝置。即：具有

7、A/B兩相輸出的Mi型編碼器與具有A/B兩相輸出及零脈沖輸出的Mzi型編碼器，以滿足不同用戶的使用要求。 i系列產(chǎn)品與系列相比，其主要性能在以下兩個(gè)方面作了改進(jìn)： 通過(guò)使用高速繞組，提高了高速區(qū)的輸出功率，解決了系列在高速區(qū)域(8000-12000r/min)輸出功率下降的問(wèn)題。 廣域恒功率輸出型(Pi系列)的電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速由750r/min降至為500r/min，使恒功率調(diào)速范圍擴(kuò)大了1.5倍(從1:10.6提高到1:16)。 FANUC /i系列數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為A06-6078/6072系列)一般與FANUC 0C、FANUC l5、FANUC l6/18/20等系列數(shù)控系

8、統(tǒng)配套使用。 7.2.1 FANUC直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修 1.FANUC直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)功能 為了保證驅(qū)動(dòng)器的安全、可靠運(yùn)行，F(xiàn)ANUC直流主軸伺服系統(tǒng)在出現(xiàn)故障和異常等情況時(shí)，設(shè)置了較多的保護(hù)功能，這些保護(hù)功能與直流主軸驅(qū)動(dòng)器的故障檢測(cè)與維修密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以根據(jù)保護(hù)功能的情況，分析故障原因。 (1)接地保護(hù) 在伺服單元的輸出線路以及主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)部等出現(xiàn)對(duì)地短路時(shí)，可以通過(guò)快速熔斷器瞬間切斷電源，對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行保護(hù)。 (2)過(guò)載保護(hù) 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)負(fù)載超過(guò)額定值時(shí)，安裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的熱開(kāi)關(guān)或主回路的熱繼電器將動(dòng)作，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。 (3)速度偏差過(guò)大報(bào)

9、警 當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)的速度由于某種原因，偏離了指令速度且達(dá)到一定的誤差后，將產(chǎn)生警報(bào)，并進(jìn)行保護(hù)。 (4)瞬時(shí)過(guò)電流報(bào)警 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器中由于內(nèi)部短路、輸出短路等原因產(chǎn)生異常的大電流時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。 (5)速度檢測(cè)回路斷線或短路報(bào)警 當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)出現(xiàn)信號(hào)斷線或短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將產(chǎn)生報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。 (6)速度超過(guò)報(bào)警 當(dāng)檢測(cè)出的主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定值的115時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。 (7)勵(lì)磁監(jiān)控 如果主軸電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流過(guò)低或無(wú)勵(lì)磁電流，為防止飛車(chē)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警并進(jìn)行保護(hù)。 (8)短路保護(hù) 當(dāng)主回路發(fā)生短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)相應(yīng)的快速熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)。 (9)相序報(bào)警 當(dāng)三

10、相輸入電源相序不正確或缺相狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將發(fā)出報(bào)警。 2.FANUC直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用注意點(diǎn) (1)安裝注意事項(xiàng) FANUC直流主軸伺服系統(tǒng)對(duì)安裝有較高的要求，這些要求是保證驅(qū)動(dòng)器正常工作的前提條件，在維修時(shí)必須引起注意。 1)安裝驅(qū)動(dòng)器的電柜必須密封。為了防止電柜內(nèi)溫度過(guò)高，電柜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將溫升控制在15C以下。電柜的外部空氣引入口，應(yīng)設(shè)置過(guò)濾器，并防止從排氣口侵入塵埃或煙霧：電纜出入口、柜門(mén)等部分應(yīng)進(jìn)行密封，冷卻電扇不要直接吹向驅(qū)動(dòng)器，以免粉塵附著。維修過(guò)程中，必須保證以上部分的完好，確保機(jī)床長(zhǎng)期可靠工作。 2)電動(dòng)機(jī)維修完成后，進(jìn)行重新安裝時(shí)，要遵循下列原則： 電動(dòng)機(jī)安裝面要平，且有足夠

11、的剛性。 電刷應(yīng)定期維修及更換，安裝位置應(yīng)盡可能使其檢修容易。 電動(dòng)機(jī)冷卻進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)要充分，安裝位置要盡可能使冷卻部分的檢修容易。 電動(dòng)機(jī)應(yīng)安裝在灰塵少、濕度不高的場(chǎng)所，環(huán)境溫度應(yīng)在40C以下。 電動(dòng)機(jī)應(yīng)安裝在切削液和油不能直接濺到的位置上。 (2)使用檢查 在對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行維修前，應(yīng)進(jìn)行如下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作前的檢查： 檢查伺服單元和電動(dòng)機(jī)的信號(hào)線、動(dòng)力線等的連接是否正確、牢固，絕緣是否良好。 驅(qū)動(dòng)器、電柜和電動(dòng)機(jī)是否可靠接地。 電動(dòng)機(jī)電刷的安裝是否牢靠，電動(dòng)機(jī)安裝螺栓是否完全擰緊。在維修完成、動(dòng)作正常后，還應(yīng)對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)的檢查： 檢查速度指令與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否一致，負(fù)載指示是否正

12、常。 電動(dòng)機(jī)是否有異常聲音和異常振動(dòng)。 軸承溫度是否急劇上升等不正?，F(xiàn)象。 電刷上是否有顯著的火花發(fā)生痕跡。對(duì)于工作正常的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行如下日常維護(hù)： 電柜的空氣過(guò)濾器每月應(yīng)清掃一次。 電柜及驅(qū)動(dòng)器的冷卻風(fēng)扇應(yīng)定期檢查。 建議操作人員每天都應(yīng)注意主軸電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、異常振動(dòng)、異常聲音、通風(fēng)狀態(tài)、軸承溫度、外表溫度和異常臭味。 建議使用單位維護(hù)人員，每月應(yīng)對(duì)電刷、換向器進(jìn)行檢查。 建議使用單位維護(hù)人員，每半年應(yīng)對(duì)測(cè)速發(fā)電機(jī)、軸承、熱管冷卻部分、絕緣電阻進(jìn)行檢測(cè)。 3FANUC直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷 (1)主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn) 引起主軸不轉(zhuǎn)的原因主要有： 印制電路板不良或表面太臟。 觸發(fā)脈沖

13、電路故障，晶閘管無(wú)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生。 主軸電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線斷線或電動(dòng)機(jī)與主軸驅(qū)動(dòng)器連接不良。 機(jī)械聯(lián)接脫落，如高/氐檔齒輪切換用的離合器嚙合不良。 機(jī)床負(fù)載太大。 控制信號(hào)未滿足主軸旋轉(zhuǎn)的條件，如轉(zhuǎn)向信號(hào)、速度給定電壓未輸入。 (2)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定 引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異?；蜣D(zhuǎn)速不穩(wěn)定的原因有： D/A轉(zhuǎn)換器故障。 測(cè)速發(fā)電動(dòng)斷線或測(cè)速機(jī)不良。 速度指令電壓不良。 電動(dòng)機(jī)不良，如：勵(lì)磁喪失等。 電動(dòng)機(jī)負(fù)荷過(guò)重。 驅(qū)動(dòng)器不良。 (3)主軸電動(dòng)機(jī)振動(dòng)或噪聲太大引起主軸電動(dòng)機(jī)振動(dòng)或噪聲太大故障的原因有： 電源缺相或電源電壓不正常。 驅(qū)動(dòng)器上的電源開(kāi)關(guān)設(shè)定錯(cuò)誤(如：50/60Hz切換開(kāi)關(guān)設(shè)定錯(cuò)誤等 驅(qū)動(dòng)

14、器上的增益調(diào)整電路或顫動(dòng)調(diào)整電路的調(diào)整不當(dāng)。 電流反饋回路調(diào)整不當(dāng)。 三相電源相序不正確。 電動(dòng)機(jī)軸承存在故障。 主軸齒輪嚙合不良或主軸負(fù)載太大。 (4)發(fā)生過(guò)流報(bào)警 引起過(guò)流報(bào)警可能的原因有： 驅(qū)動(dòng)器電流極限設(shè)定錯(cuò)誤。 觸發(fā)電路的同步觸發(fā)脈沖不正確。 主軸電動(dòng)機(jī)的電樞線圈內(nèi)部存在局部短路。 驅(qū)動(dòng)器的+15V控制電源存在故障。 (5)速度偏差過(guò)大 引起速度偏差的原因有： 機(jī)床切削負(fù)荷太重。 速度調(diào)節(jié)器或測(cè)速反饋回路的設(shè)定調(diào)節(jié)不當(dāng)。 主軸負(fù)載過(guò)大、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良或制動(dòng)器未松開(kāi)。 電流調(diào)節(jié)器或電流反饋回路的設(shè)定調(diào)節(jié)不當(dāng)。 (6)熔斷器熔絲熔斷 引起熔斷器熔絲熔斷的原因主要有： 驅(qū)動(dòng)器控制印制電路

15、板不良(此時(shí)，通常驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警指示燈LEDl亮)。 電動(dòng)機(jī)不良，如：電樞線短路、電樞繞組短路或局部短路，電樞線對(duì)地短路等等。 測(cè)速發(fā)電機(jī)不良(此時(shí)，通常驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警指示燈LEDl亮)。 輸入電源相序不正確(此時(shí)，通常驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警指示燈LED3亮)。 輸入電源存在缺相。 (7)熱繼電器保護(hù) 這時(shí)驅(qū)動(dòng)器的LED4燈亮，表示電動(dòng)機(jī)存在過(guò)載。 (8)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱 這時(shí)驅(qū)動(dòng)器的LED4燈亮，表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)過(guò)載，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)溫升超過(guò)。 (9)過(guò)電壓吸收器燒壞 通常情況下，它是由于外加電壓過(guò)高或瞬間電網(wǎng)電壓干擾弓起的。 (10)運(yùn)轉(zhuǎn)停止 這時(shí)驅(qū)動(dòng)器的LED5燈亮，可能的原因有電源電壓太低、控制電源存在故障等。

16、(11)LED2燈亮 驅(qū)動(dòng)器的LED2燈亮，表示主電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁喪失，可能的原因是勵(lì)磁斷線、勵(lì)磁回路不良等。 (12)速度達(dá)不到最高轉(zhuǎn)速 引起電動(dòng)機(jī)速度達(dá)不到最高轉(zhuǎn)速的原因主要有： 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)整過(guò)大。 勵(lì)磁控制回路存在不良。 晶閘管整流部分太臟，造成直流母線電壓過(guò)低或絕緣性能降低。 (13)主軸在加/減速時(shí)工作不正常 造成此故障的原因主要有以下幾種： 電動(dòng)機(jī)加/減速電流極限設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)。 電流反饋回路設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)。 加/減速回路時(shí)間常數(shù)設(shè)定不當(dāng)或電動(dòng)機(jī)/負(fù)載間的慣量不匹配。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良。 (14)電動(dòng)機(jī)電刷磨損嚴(yán)重或電刷面上有劃痕造成電動(dòng)機(jī)電刷磨損嚴(yán)重或電刷面上有劃痕的原因有： 主

17、軸電動(dòng)機(jī)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載工作。 主軸電動(dòng)機(jī)換向器表面太臟或有傷痕。 電刷上有切削液進(jìn)入。 驅(qū)動(dòng)器控制回路的設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)。 4FANUC直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)整與測(cè)試 在FANUC直流主軸驅(qū)動(dòng)裝置上，設(shè)有調(diào)整電位器與測(cè)試端，供驅(qū)動(dòng)器性能調(diào)整與維修檢測(cè)時(shí)使用。對(duì)于FANUC常用的直流主軸驅(qū)動(dòng)(A208各調(diào)整電位器以及測(cè)試端的含義見(jiàn)表7-1及表7-2。表7-1 FANUC直流主軸驅(qū)動(dòng)器調(diào)整電位器一覽表 代 號(hào) 作 用 調(diào)整值 備 注RVl速度指令電壓增益4.55.5刻度最高轉(zhuǎn)速時(shí)為10VRV2速度給定偏移調(diào)節(jié)5刻度0轉(zhuǎn)速時(shí)為05mVRV3實(shí)際速度調(diào)整使實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定一致R

18、V4齒輪換檔速度1刻度對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速時(shí)為0.3VRV6負(fù)載表調(diào)節(jié)額定負(fù)載時(shí)，輸出5VRV7速度環(huán)偏移調(diào)節(jié)56.5刻度0轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)RV8速度環(huán)增益調(diào)節(jié)57刻度全部范圍，電動(dòng)機(jī)不振蕩RV9轉(zhuǎn)矩限制決定于機(jī)床要求RVl0電流檢測(cè)偏移58刻度RVll電流極限設(shè)定決定于電動(dòng)機(jī)RVl2電流相位補(bǔ)償36刻度決定于電動(dòng)機(jī)RVl3電流增益5刻度RVl4a、b、c電流相位補(bǔ)償50Hz/lms，60Hz/1.2msRVl5a、b、c同步脈沖平衡4.56.5刻度在0.1ms內(nèi)振蕩RVl6電樞電壓79.5刻度 最高轉(zhuǎn)速時(shí)輸出DC220VRVl7勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)7.59.5刻度1000r/min時(shí)為6.8ARVl8輸出限制10刻度6.2V(標(biāo)準(zhǔn))RVl9電樞電壓限制AC2