主轴驱动装置及维修技术
数控机床主轴故障维修
数控机床主轴故障维修数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统，它的性能直接决定了加工工件的表面质量，它结构复杂，机、电、气联动，故障率较高，它的可靠性将直接影响数控机床的安全和生产率。
因此，在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得很重要。
维修人员根据维修单，到现场进行故障询问调查，确定维修方案、拟定维修工作计划、计划工时和费用；通过查阅数控机床PLC的相关显示界面和电路原理图、数控系统和就变频器说明书等维修资料，分析故障原因；使用通用工具及万用表，检测判断故障部位，在机床现场快速排除故障，填写维修记录并交接验收。
主轴相关知识数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(CNC)的S码速度指令及M码辅助功能指令，驱动主轴进行切削加工。
它包括主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴。
通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削刀具旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类。
主轴系统分类及特点全功能数控机床的主传动系统大多采用无级变速。
目前，无级变速系统根据控制方式的不同主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。
另外根据主轴速度控制信号的不同可分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字控制的主轴驱动装置两类。
模拟量控制的的主轴驱动装置采用变频器实现主轴电动机控制，有通用变频器控制通用电机和专用变频器控制专用电机两种形式。
目前大部分的经济型机床均采用数控系统模拟量输出+变频器+感应（异步）电机的形式，性价比很高，这时也可以将模拟主轴称为变频主轴。
串行主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克公司的α系列等。
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。
FANUC数控系统维修及参数2
FAＮUＣ数控系统维修及参数2009-8-１５ 8：４1:０4 FＡＮＵC数控系统维修技巧1由于现代数控系统的可＊性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，而大部分故障主要是由系统参数的设置,伺服电机和驱动单元的本身质量，以及强电元件、机械防护等出现问题而引起的.设备调试和用户维修服务是数控设备故障的两个多发阶段。
设备调试阶段是对数控机床控制系统的设计、PLC编制、系统参数的设置、调整和优化阶段。
用户维修服务阶段,是对强电元件、伺服电机和驱动单元、机械防护的进一步考核,以下是数控机床调试和维修的几个例子：例 1 一台数控车床采用ＦAＧOR ８0 2 5控制系统,Ｘ、Z轴使用半闭环控制,在用户中运行半年后发现Z轴每次回参考点,总有２、３mm的误差，而且误差没有规律,调整控制系统参数后现象仍没消失,更换伺服电机后现象依然存在,后来仔细分析后估计是丝杠末端没有备紧，经过螺母备紧后现象消失。
例２一台数控机床采用ＳIEＭＥＮＳ 81 ０T系统，机床在中作中ＰＬC程序突然消失，经过检查发现保存系统电池已经没电,更换电池,将PLC传到系统后，机床可以正常运行.由于SＩEＭEＮS ８１０Ｔ系统没有电池方面的报警信息,因此，ＳＩEＭENS ８1 ０T系统在用户中广泛存在这种故障。
例 3 一台数控车床配ＦＡNUCO －ＴＤ系统，在调试中时常出现ＣRＴ闪烁、发亮,没有字符出现的现象，我们发现造成的原因主要有 :①ＣRＴ亮度与灰度旋钮在运输过程中出现震动.②系统在出厂时没有经过初始化调整。
③系统的主板和存储板有质量问题。
解决办法可按如下步骤进行:首先,调整ＣRＴ的亮度和灰度旋钮，如果没有反应,请将系统进行初始化一次,同时按R ＳT键和ＤEＬ键,进行系统启动，如果CＲＴ仍没有正常显示，则需要更换系统的主板或存储板。
例 4 一台加工中心TＨ6 2 ４０,采用FＡGOＴ8０ 5５控制系统，在调试中C轴精度有很大偏差,机械精度经过检查没有发现问题，经过ＦAＧOR技术人员的调试发现直线轴与旋转轴的伺服参数的计算有很大区别，经过重新计算伺服参数后，C轴回参考点,运行精度一切正常.对于数控机床的调试和维修，重要的是吃透控制系统的PＬＣ梯形图和系统参数的设置,出现问题后，应首先判断是强电问题还是系统问题，是系统参数问题还是PLC梯形图问题,要善于利用系统自身的报警信息和诊断画面，一般只要遵从以上原则,小心谨慎，一般的数控故障都可以及时排除。
《数控机床故障诊断与维护》课程标准
《数控机床故障诊断与维护》课程标准课程代码：学时：64 学分：4一、课程的地位与任务《数控机床故障诊断与维护》是一门专业课程，先修课程有机械制造、气动液压、电控及PLC 技术应用等。
本课程是机电技术的综合应用，对学习机、电技术综合能力的培养有明显的促进作用。
同时也是数控的一门专业主干核心课程，具有实践性强、应用面广的特点。
通过《数控机床故障诊断与维护》的教学，使学生能够获得数控机床的基本理论和基本知识，初步掌握数控机床故障诊断与维护的基本思路、基本方法和基本原则，具有分析并排除数控机床常见故障的能力。
为今后学习后续课程和从事相关工作打下扎实的基础。
二、课程的主要内容和学时分配1.课程的主要内容第一章数控机床维修与维护基础第一节数控机床概述(1)数控机床的产生背景(2)数控机床的基本概念(3)数控机床的组成(4)数控机床的工作过程(5)数控机床的种类(6)数控机床的常用数控系统简介第二节数控机床的故障维修基础(1)数控机床的故障定义(2)数控机床常见故障的特点与规律(3)数控机床常见故障的种类(4)数控机床发生故障时的诊断方法第三节数控机床的日常维修维护与保养(1)数控机床日常维修维护工作的内容(2)数控机床机体的维护与保养(3)数控机床电气控制系统的日常维护(4)数控机床维修人员应具备的基本要求(5)数控机床的维修维护的技术资料(6)数控机床故障诊断与维护常用仪器仪表及工具第四节FANUCOi系统数控机床基本操作(1)数控机床面板介绍(2)数控机床的基本操作(3)手动进给操作第二章数控系统硬件故障诊断与维护第一节数控系统硬件概述第二节数控系统硬件的更换方法第三节数控系统硬件故障的诊断方法第四节数控机床的抗干扰措施第三章数控系统软件故障诊断与维护第一节数控系统软件的组成第二节数控系统的参数设置第三节数控系统的参数备份与恢复第四节数控系统软件故障的诊断与处理方法第四章数控机床PLC故障诊断与维护第一节数控机床PLC基础(1)数控机床中PMC的用途(2)数控机床用PLC种类(3)数控机床PLC梯形图程序(4)数控机床PLC梯形图符号第二节数控机床用PLC的操作(1)FANUCOi数控系统的PMC调试功能(2)PMC的基本操作(3)PMC编程实例第三节数控系统PMC故障诊断(1)数控系统PMC的故障类型及原因(2)通过PMC进行故障诊断的方法(3)数控机床PMC控制功能程序分析(4)典型PLC故障的分析与诊断流程第五章数控机床进给伺服系统故障诊断与维护第一节进给伺服系统的概述(1)进给伺服系统的组成(2)数控机床对进给伺服驱动系统的要求(3)进给伺服驱动系统的分类第二节步进电动机伺服系统及工作原理(1)步进进给伺服驱动系统(2)步进电动机进给伺服驱动系统的工作原理(3)步进电动机驱动系统的常见故障与维修第三节交流伺服进给驱动装置的组成及工作原理(1)交流进给伺服系统的特点(2)模拟式交流伺服控制原理(3)数字交流伺服系统控制原理(4)交流伺服系统的维护与调整第四节位置检测装置的组成及工作原理(1)位置检测装置的要求(2)位置检测方式分类(3)位置检测元件及其维护(4)位置检测故障的诊断第六章主轴驱动系统故障诊断与维护第一节数控机床主轴驱动系统基本知识(1)数控机床对主轴传动的要求(2)主轴系统分类及特点(3)主轴伺服系统故障的形式及诊断第二节交流主轴伺服系统概述(1)交流主轴伺服系统的特点(2)交流主轴调速原理(3)交流数字式主轴伺服系统（4）交流模拟式主轴伺服系统第三节交流主轴驱动系统故障诊断与维修（1）交流数字式主轴伺服系统故障的诊断与排除（2）交流模拟式主轴伺服系统故障的诊断与排除（3）主轴伺服系统故障实例及分析第七章数控机床机械结构故障诊断与维护第一节数控机床精度的检验第二节主传动机械结构的维护与维修第三节进给系统机械传动结构的维修第四节换刀装置的维护与故障诊断第五节其它辅助故障诊断与维护2.学时分配本课程在教学过程中，强调基础理论和基本概念的掌握，同时注重学生的实际动手操作，要求能把基础理论应用于实践中，让学生具备处理和排除数控机床基本故障的能力。
数控机床主轴伺服系统常见故障诊断与维护
SCIENCE &TECHNOLOGY VISION科技视界2011年8月第23期科技视界Science &Technology Vision1伺服系统简介1.1伺服系统的概念数控机床伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统,又称随动系统。
在数控机床中,伺服系统是连接数控系统和数控机床本体的中间环节,是数控机床的“四肢”。
因为伺服系统的性能决定了数控机床的性能,所以要求伺服系统具有高精度、快速度和良好的稳定性。
1.2伺服系统的工作原理伺服系统是一种反馈控制系统,它以指令脉冲为输入给定值与输出被调量进行比较,利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节,以消除偏差,使被调量跟踪给定值。
所以伺服系统的运动来源于偏差信号,必须具有负反馈回路,并且始终处于过渡过程状态。
在运动过程中实现了力的放大。
伺服系统必须有一个不断输入能量的能源,外加负载可视为系统的扰动输入。
2直流主轴伺服系统从原理上说,直流主轴驱动系统与通常的直流调速系统无本质的区别,但因为数控机床高速、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:2.1调速范围宽。
2.2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。
2.3主轴电控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。
2.4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。
2.5主轴控制性能好。
2.6纯电气主轴定向准停控制功能。
3交流主轴伺服系统主轴驱动交流伺服化是数控机床主轴驱动控制的发展趋势,交流主轴伺服系统的特点如下:3.1振动和噪声小3.2采用了再生制动控制功能3.3交流数字式伺服系统控制精度高3.4交流数字式伺服系统用参数设定(不是改变电位器阻值)调整电路状态4主轴伺服系统的常见故障形式4.1当主轴伺服系统发生故障时,通常有三种表现形式4.1.1是在操作面板上用指示灯或CRT 显示报警信息;4.1.2是在主轴驱动装置上用指示灯或数码管显示故障状态;4.1.3是主轴工作不正常,但无任何报警信息。
机械制造装备设计课后习题答案
1-1 为什么说机械制造装备在国民经济开展中起着重要的作用？制造业是国民经济开展的支柱产业，也是科技技术开展的载体及使其转化为规模生产力的工具与桥梁。
装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平与综合国力的重要标准。
1-2 机械制造装备与其他工业化装备相比，特别强调应满足哪些要求？为什么？柔性化精细化自动化机电一体化节材节能符合工业工程要求符合绿色工程要求1-3 柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心与柔性制造系统的柔性化程度。
其柔性表现在哪里？柔性化有俩重含义：产品机构柔性化与功能柔性化。
数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。
在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。
组合机床其柔性表现在机床可进展调整以满足不同工件的加工。
1-6．机械制造装备的机电一体化表达在哪些方面？可获得什么好处？答：机械制造装备的机电一体化表达在：其系统与产品的通常构造是机械的，用传感器检测来自外界与机器内部运行状态的信息，由计算机进展处理，经控制系统，由机械、液压、气动、电气、电子及他们的混合形式的执行系统进展操作，使系统能自动适应外界环境的变化，机器始终处于正常的工作状态。
采用机电一体化技术可以获得如下几方面功能：1，对机器或机组系统的运行参数进展巡查与控制；2，对机器或机组系统工作程序的控制；3，用微电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械构造。
1-7 对机械制造装备如何进展分类？加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。
工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。
仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。
辅助装备：清洗机与排屑装置等设备。
1-8工业工程指的是什么？如何在设计机械制造装备时表达工业工程的需求？答：工业工程是对人、物料、设备、能源与信息能组成的集成系统进展设计，改善与实施的一门科学。
数控机床主轴驱动与控制
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。
6.2.3主轴分段无级调速
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
图6.3所示为西 门子802C数控系 统的变频调速控 制连接图。主轴 电机的正反转通 过继电器KA2和 KA3控制，转速 大小通过X7口模 拟电压值大小控 制。
6.2主轴驱动与控制(Spindle Drive and Control)
6.1 概述
1.主轴驱动系统的功能
主轴驱动系统通过控制主轴电机的旋转方向和转速， 从而调节主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度， 配合进给运动，加工出理想的零件。因此，主轴驱动的主 要功能是为各类工件的加工提供所需的切削功率。
此外，当数控机床具有螺纹加工、恒线速加工以及准 停要求（比如加工中心换刀）时，对主轴也提出了相应的 位置控制要求，所以此类数控机床还具有主轴与进给联动 功能和准停控制功能。
6.1 概述
（3）DANFOSS（丹佛斯）公司系列变频器 该公司目前应用于数控机床上的变频器系列常用的有：
VLT2800，可并列式安装方式，具有宽范围配接电机功率： 0.37KW-7.5KW 200V/400；VLT5000，可在整个转速范围内进行 精确的滑差补偿，并在3ms内完成。在使用串行通讯时，VLT 5000对每条指令的响应时间为0.1ms，可使用任何标准电机与VLT 5000匹配。
对于中档数控机床而言主要采用这种方案。其主轴传动仅采用两 挡变速甚至仅一挡即可实现100—200 r/min左右时车、铣的重力切 削。一些有定向功能的还可以应用于要求精镗加工的数控镗铣床。 但若应用在加工中心上，还不很理想，必须采用其他辅助机构完成 定向换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。
电主轴的基本构成
电主轴的基本构成电主轴是电机中的一个重要组成部分，它承担着传递电机功率和旋转运动的功能。
电主轴的基本构成包括电机、轴承、驱动装置和传动装置。
电机是电主轴的核心部件。
电机可以分为直流电机和交流电机两种类型。
直流电机通过直流电源供电，产生恒定的转速和转矩；交流电机则通过交流电源供电，具有转速可调和转矩可变的特点。
电机的选型应根据实际应用需求来确定，包括所需功率、转速范围、工作环境等因素。
轴承是电主轴中起支撑和定位作用的部件。
轴承的选择应考虑电主轴的工作负荷、转速和精度要求等因素。
常见的轴承类型有滚动轴承和滑动轴承。
滚动轴承由滚珠或滚子构成，具有较高的刚度和精度，适用于高速和高精度的场合；滑动轴承利用润滑油膜来减少摩擦，适用于低速和大负荷的场合。
驱动装置是电主轴实现转动的关键组成部分。
常见的驱动装置有电机、减速器和传感器。
电机通过电源供电，产生转矩驱动轴承和传动装置旋转；减速器通过降低电机转速来提高电主轴的扭矩输出；传感器用于检测电主轴的转速、位置和负荷等参数，实现对电主轴的控制和监测。
传动装置是电主轴将电机功率传递到工作部件的重要连接部件。
常见的传动装置有皮带传动、齿轮传动和蜗杆传动等。
皮带传动通过带动轮来实现功率传递，具有噪声低和传动比可调的优点；齿轮传动通过齿轮啮合来实现功率传递，具有传动效率高和传动精度高的特点；蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，适用于大扭矩和低速传动。
除了以上基本构成部分，电主轴还需要考虑附件和冷却系统等辅助装置。
附件包括装夹装置、刀具和夹具等，用于固定工件和刀具，实现加工操作；冷却系统用于降低电主轴的工作温度，提高工作效率和寿命。
电主轴的基本构成包括电机、轴承、驱动装置和传动装置等。
电主轴的设计应根据实际需求来确定各个部件的参数和类型，以实现电主轴的高效、稳定和可靠工作。
在应用中还需要考虑附件和冷却系统等辅助装置，以满足特定的加工要求和工作环境。
只有合理选择和配置电主轴的各个组成部分，才能实现电主轴的良好性能和工作效果。
主轴驱动系统常见故障及处理
主轴驱动系统常见故障及处理数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统，它的性能直接决定了加工工件的表面质量，因此，在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得很重要。
5.1 主轴驱动系统概述主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。
主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。
它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。
5.1.1 数控机床对主轴驱动系统的要求机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。
机床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。
数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。
在20纪60-70年代，数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。
随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。
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，以获得最佳的生产率、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，其中有级变速仅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、高档数控机床。
（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最大功率。
电主轴详细参数及安装
电主轴详细参数及安装电主轴是一种用于机床和自动化设备的电动驱动装置，常用于高精度加工和高速切削过程中。
电主轴的详细参数和安装步骤如下：一、电主轴的详细参数：1.功率：电主轴的功率通常以千瓦（kW）为单位，表示电主轴的驱动能力。
功率越高，表示电主轴可以提供更大的切削力和速度。
2. 转速范围：电主轴的转速范围通常以转/分钟（rpm）为单位，在机床加工中，转速通常会根据加工工件的材料和要求进行调整。
3.切削力：切削力是指电主轴在切削过程中对工件施加的力量，通常以牛顿（N）为单位。
高切削力可以提高加工效率，但也会对工件和机床产生较大的负荷。
4.扭矩：扭矩是指电主轴在旋转时产生的力矩，通常以牛顿·米（Nm）为单位。
扭矩越大，表示电主轴可以提供更强的切削力和转动力，适用于加工较硬的材料。
5.尺寸和重量：电主轴的尺寸和重量通常根据机床和设备的要求进行设计。
尺寸小、重量轻的电主轴常用于小型机床和精密加工。
6.冷却方式：电主轴在高速运转时会产生大量的热量，因此通常需要通过冷却系统来进行降温。
常见的冷却方式包括水冷却和风冷却。
7.精度：电主轴的精度是指其转轴的偏差程度，通常以微米（μm）为单位。
高精度的电主轴可以提供更高的加工精度和表面光洁度。
二、电主轴的安装步骤：1.准备工作：确定电主轴的安装位置，并清理安装区域。
检查电主轴和相关附件是否完好无损。
2.安装底座：根据电主轴的尺寸和机床的要求，选择合适的底座，并按照底座的安装说明进行安装。
3.安装轴承和套筒：根据电主轴的设计要求，将轴承和套筒安装在底座上。
注意轴承和套筒的安装方向，以确保电主轴的转动平稳。
4.安装电机：将电主轴的电机安装在底座上，并连接电源和控制线路。
调整电机的位置和方向，以确保其与轴承和套筒对应地连接。
5.安装飞轮和传动装置：根据机床和设备的要求，安装电主轴的飞轮和传动装置。
调整飞轮和传动装置的位置和距离，确保其与电机和轴承的连接正确。
6.连接冷却系统：根据电主轴的冷却方式，连接相应的冷却系统。
【精品】数控机床故障诊断与维修
【关键字】精品数控机床故障诊断与维修实训报告系别：班级：姓名：学号：实训时间：实训内容项目一主轴传动系统的毛病维修与保养任务一变频主轴常见毛病维修与保养任务二伺服主轴常见毛病与保养项目二进给传动系统的毛病维修与保养任务一超程毛病维修任务二进给系统电气毛病维修项目三数控系统的毛病维修与保养任务一数据传输与备份任务二机床无法回参考点毛病维修任务三参数设置项目四数控机床电气控制毛病维修与保养任务一数控车床电气毛病排除与保养项目五数控机床的安装与调试任务一滚珠丝杆的安装与调试任务二编码器的安装任务三数控机床性能调试项目一主轴传动系统的毛病维修与保养一实训目的1 了解变频主轴的组成2 熟悉主轴的机械机构及变频器的接线，主要参数意义及设置方法3 能够进行变频主轴常见毛病维修二实训设备THWLBF-1 型数控车床维修技能实训考核装置图1-1 THWLBF-1 型数控车床维修技能实训考核装置本装置由数控车床系统交流伺服模块、变频调速模块、冷却控制模块、刀架控制模块、变压器、网孔板、其它辅助功能模块和十字滑台等组成，通过此设备进行项目训练，能检验学生的团队协作能力，计划组织能力、交流沟通能力、职业素养和安全意识等。
三变频主轴常见毛病维修与保养1．变频器的功能、连接与调试1）变频器操作面板说明图1-2 变频器操作面板2）端子接线操作说明图1-3 变频器接线端子图3）参数设置方法（1）恢复参数为出厂值（2）变更参数的设定值（3四伺服主轴常见毛病维修与保养1伺服驱动系统1)本装置采用FANUC公司的伺服驱动系统，具有如下特点：（1）供电方式为三相200V-240V供电。
（2）智能电源管理模块，碰到毛病或紧急情况时，急停链生效，断开伺服电源，确保系统安全可靠。
（3）控制信号及位置、速度等信号通过FSSB光缆总线传输，不易被干扰。
（4）电机编码器为串行编码信号输出。
图1-4 驱动连接图项目二进给传动系统的毛病维修与保养一实训目的1 能对急停、超程电路进行分析与维修2 熟悉接线定义，会正确测量3 能够进行参数调试及设置4 能够对进给部分的故障进行分析和处理二实训设备THWLBF-1 型数控车床维修技能实训考核装置三超程故障维修对于FANUC 0i mate-TC数控系统，急停信号的输入点定义为X8.4，与24V 进行常闭连接；参考点信号输入点定义为X9.0（X轴）和X9.1（Z轴），与24V进行常闭连接；限位信号输入点可以根据实际情况进行定义，与PMC程序中的点对应，与24V进行常闭连接。
数控机床的故障诊断和处理方法
四、诊断用技术资料
数控系统操作手册 数控系统编程手册 数控系统安装与维修手册 伺服驱动系统使用说明书
数控机车的技术资料对故障分析与诊断 非常重要，必须认真仔细地阅读，并对 照机床实物，做到心中有数。一旦机床 发生故障，再进行分析的同时查阅资料。
第三节 故障处理
一、故障
软故障—由调整、参数设置或操作不当引 起（在使用初期发生较多，不熟悉）
一、数控机床的验收
一）、机床性能 自动换刀性能
通过手动和M06指令自动运行，检验换 刀的可靠性、灵活性和平稳性并测定换 刀时间是否符合要求。 机床噪声 主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小 于85分贝。
一、数控机床的验收
二）、数控功能 指令功能—指令的功能实现及准确性 操作功能—检验回原点、执行程序、进
3）按故障发生的性质分类 软件故障—程序编制错误、参数设置 不正确、机床操作失误等引起。 硬件故障—电子元器件、润滑系统、 限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损 坏造成。 干扰故障—由于系统工艺、线路设计、 电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣 变化而产生。
4）按故障的严重程度分类 危险性故障—数控系统发生故障 时，机床安全保护系统在需要动作时， 因故障失去保护动作，造成人身或设 备事故。 安全性故障—机床安全保护系统 在不需要动作时发生动作，引起机床 不能起动。
态 信息 接口检查 参数检查
接口检查—系统与机床、系统与PLC、 机床与PLC的输入/输出信号，接口诊断 功能可将所有开关量信号的状态显示在
CRT上，“1”表示通，“0”表示断。
利用状态显示可以检查数控系统是否将 信号输出到机床侧，机床侧的开关信号 是否已输入到系统，从而确定故障是在 机床测还是在系统侧。
在运行过程中是否改变过工作方式 机床是否正处于急停、锁住状态 速度倍率开关是否设为零 进给保持按钮是否被按下 间隙补偿量是否合适 机床各信号电缆有否破损 信号线和电源线是否分开走线 屏蔽线接地是否正确
数控机床主轴驱动系统的故障诊断与维修
任务6.1 数控机床主轴驱动系统基础
6.1.2 主轴伺服系统常见故障形式及诊断方法
1．数控机床主轴伺服系统无报警信息的故障 一般分为三种：主轴转速与指示值不符 、主轴异常噪声及振动 、
外界干扰。解决方案如下：
1
2
3
检查CNC装置模拟量 输出是否有问题，如 有问题则检查模拟量 输出电缆线连接是否 松动。如果模拟量输 出正常，则检查CNC 装置和变频器模拟量 的参数是否正常。
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 检查直流主轴电机的线圈电阻是 确保电阻正常，用干燥的压缩空
正常，换向器太脏
否正常，换向器是否太脏
气吹干净
动力线连接不牢固 励磁线连接不牢固 驱动器的控制励磁电源存在故障
检查动力线是否连接牢固 检查励磁线连接是否不牢固 也就是检查励磁电压是否正常
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。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。
判别有无干扰的方法 是：当主轴转速指令 为零时，主轴仍往复 转动，调整零速平衡 和漂移补偿也不能消 除故障。
任务6.1 数控机床主轴驱动系统基础
现停止进给，主轴仍继续运转的故障。 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。 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：.
电动机是否过载、主轴驱动装置是否故障等。
任务6.2 直流主轴驱动系统
6.2.1 直流主轴驱动原理
或主轴伺服，也可以不要驱动器。
主轴驱动系统的故障诊断与维修
拆开电动机检查发现;电动机内部绕组与引出线的连 接处绝缘套已经老化；经重新连接后;对地电阻恢复正 常
再次更换元器件后;机床恢复正常;故障不再出现
例3：不执行螺纹加工的故障维修
故障现象：配套某系统的数控车床;在自动加工时; 发现机床不执行螺纹加工程序
二恒功率范围要宽 要求主轴在调速范围内均能提供所 需的切削功率;并尽可能在调速范围内提供主轴电机的最大功 率 由于主轴电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;常采用分段无 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
三具有四象限驱动能力 要求主轴在正 反向转动 时均可进行自动加 减速控制;并且加 减速时间要短 目前一般伺服主轴可以在1S内从静止加速到 6000r/min
1供电电源电压过高； 2斜坡下降太快;再生制动引起过电压； 3负载惯量太大;制动时引起过电压
1供电电源电压太低； 2供电电源有短路时掉电或瞬时电压跌落
F0004 F0005
变频器过 热
1冷却风机运行不正常； 2环境温度过高； 3变频器过载
F0022
F0030 F0041
功率模块故 障
冷却风机故 障
SIMODRIVE 611 变频器系统相连接 一台提供单独供风的风机沿轴向安装在电动机的
尾部 气流的正常流向是从驱动端到非驱动端;以便让 机床中的废气更好的排走
电机配置了一个内置的编码系统;用来感应电机 的转速和间接的位置 这个编码器能够使C 轴做为标 准操作 也就是说;不再需要额外的编码器来控制C轴
主轴驱动系统分类：
一直流主轴驱动系统 二主轴通用变频器控制系统 三交流主轴驱动系统
数控车床主轴系统应用及维修毕业论文
毕业论文题目数控车床主轴系统应用及维修专业数控加工与维护工程班级学生指导教师西安工业大学函授部二0 0 九年摘要目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，根据设计的实际需要，对车床主轴箱开展研究，就用于实际工程的有关理论和实现原理进行了阐述，并进行了主轴箱及液压卡盘的三维设计以及优化设计。
研究过程主要分为静力分析和优化设计两个阶段，分析，得到主轴箱的静态应力和应变，并对主轴箱体和主轴的结构进行了优化设计。
、数控机床的主轴控制系统，它是利用数字化的信息对机床运动及工作过程进行控制的一种方法。
这种方法主用于组合机床以及生产线上的专用机床用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。
要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。
目前，在机械加工企业中，有许多旧式普通机床，为了机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，充分利用普通机床，就需要对普通机床进行机电一体化改造。
通常改造法有几种：一种方法是以微机作为控制元件(主要是单片机)，通过对机床的进给系统进行改造，采用步进电动机开控制系统；第二种方法是以可编程控制器(简称PLC)作为控元件，替代机床继电器连接触器组成的电气控制部分，是为了提高机床电气控制系统的可靠性，这种方法主用于组合机床以及生产线上的专用机床；第三种方法采用的数控设备来控制机床的伺服进给系统，其伺服进给为步进电机开环控制系统。
这几种控制方法各有特点：机构成的控制系统不但能控制机床的运动轨迹，也可以机床的机械结构，但是其接口设计复杂，可靠性低，而PLC成的控制系统接口简单，可靠性高，但不能控制机床的轨迹，对机床的机械结构部分没有改变。
虽然采用专用的设备不但能简化机床的机械结构，而且能控制机床的运轨迹，但专用数控设备价格高，不适应经济性数控机床。
近几年随着微电子技术、计算机技术、集成技术以及自动控制技术的发展，PLC的功能越来越强大，功能模块越来越多，可以在小型机上实现大型机的功能。
数控机床的维护与常见故障分析
数控机床的维护与常见故障分析一、维护方法：1.保持机床的清洁：定期清洁数控机床的内部和外部零部件，清除灰尘、油污等。
使用台垫和防尘罩等装置保护机床免受污染。
2.定期润滑：定期给数控机床的轴承、齿轮和导轨等润滑部位添加润滑油，确保其正常运转和减少磨损。
3.检查电气系统：定期检查数控机床的电气系统，包括电源、电缆和接线是否有损坏或松动现象，以及检查各个电子元件的工作情况。
4.校准系统：定期对数控机床的各个系统进行校准，确保数控程序的准确性和机床的精度。
5.保养刀具：定期对数控机床的刀具进行修整、研磨和更换，以保证其切削性能和寿命。
二、常见故障及解决方法：1.数控系统故障：数控系统是数控机床的核心部件，常见故障包括程序错误、硬件故障和软件故障等。
解决方法是检查程序是否正确，重新输入正确的程序；检查硬件设备是否损坏，修复或更换故障设备；检查软件配置和参数设置，调整或重新安装软件。
2.电气故障：包括电源故障、电机故障和电缆故障等。
解决方法是检查电源输入和输出是否正常，修复或更换故障电源；检查电机的绝缘状况和接线是否正确，修理或更换故障电机；检查电缆的连接是否牢固，修复或更换故障电缆。
3.机械故障：包括导轨磨损、齿轮损坏和传动带松动等。
解决方法是对导轨进行调整或更换；修理或更换损坏的齿轮；紧固松动的传动带或更换磨损的传动带。
4.润滑故障：润滑故障可能导致机床的运转不稳定和零件的磨损。
解决方法是检查润滑系统的工作情况，保证润滑油的供给量符合要求；检查润滑系统的滤芯、滤网等部件是否干净，清洗或更换。
5.气动故障：气动故障可能导致数控机床的气动元件无法正常工作。
解决方法是检查气源的压力是否符合要求，调整或更换压力；检查气动元件的连接和密封是否正常，修理或更换故障元件。
总结：数控机床的维护工作是确保其正常运行的重要保障。
通过定期清洁、润滑和校准，可以延长数控机床的使用寿命。
对于常见故障，及时发现并采取正确的解决方法，可以尽快恢复机床的正常工作。
《数控机床故障诊断与维修》第四章主轴驱动系统故障诊断与维修
项目描述
随着SPWM变频调速系统的发展，部分数控机床主轴驱动采用 通用变频器控制。所谓“通用”包含着两方面的含义：一是可以和 通用的笼型异步电动机配套应用；二是具有多种可供选择的功能， 可应用于各种不同性质的负载。变频器故障是常见的数控机床主轴 系统故障之一。
任务二 变频器故障诊断与维修
知识链接
（1）安川变频器的常见故障。 （2）主轴通用变频器常见报警及故障处理。
任务二 变频器故障诊断与维修
一、安川变频器控制的主轴在换刀时出现旋转
1.故障分析
任务实施
（1）通过查询安川变频器对输入信号的干扰资料，初步确认故障 原因与线路有关。 （2）再次检查机床的主轴驱动器、刀架控制的原理图与实际接线， 可以判定在线路连接、控制上两者相互独立，不存在相互影响。 （3）进一步检查变频器的输入模拟量，屏蔽电缆布线与屏蔽线连接， 发现该电缆的布线位置与屏蔽线均不合理。
本项目包括FANUC主轴系统的连线、主轴驱动单元参数设置、 FANUC α系列主轴的常见故障诊断方法和FANUC直流主轴驱动系统 常见故障诊断及处理。
项目描述
通过本项目的学习，学生应达到相应的能力目标，包括能够根 据电气原理图连接FANUC α主轴驱动系统；能够设定驱动单元参数 ；能够诊断常见的FANUC α主轴系统故障，并作相应处理；能够诊 断常见的FANUC直流主轴系统故障，并作相应处理。
2.故障处理
（1）切断驱动器电源，将设定端S1置“TEST”。 （2）接通驱动器电源。 （3）按组合键【MODE】、【UP】、【DOWN】和【DATASET】。 （4）当显示器由全暗变为“FFFFF”后，松开全部键, 并保持1 s以上。 （5）按组合键【MODE】和【UP】，使参数显示“FC-22”。 （6）按软键【DATASET】1 s以上，显示器显示“GOOD”，标准参数写入完成。 （7）切断驱动器电源，将S1（SH）重新置“DRIVE”。
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转。
车削中心的主轴必须同时具有
高速旋转和低速定位两个功能。
• Cf轴：早期的车削中心，采用两个电机——主轴电机高 速旋转和伺服电机低速高精度定位。一个电机是异步变 频调速电机，另一个是同步伺服电机，这种结构在 FANUC系统被称之为Cf轴。其含义是用feed（进给）轴 电机控制C
• 数控机床主轴的速度是由数控加工程序中 的Ｓ指令控制的，要求能在较大的转速范 围内进行无级连续调速，减少中间传动环 节，简化主轴的机械结构，一般要求主轴 具备1∶（100～1000）的恒转矩调速范围 和1∶10的恒功率调速范围。
3．主传动要求有四象限的驱动 能力
• 数控机床要求主轴在正、反转动时均可进 行加减速控制，即要求主轴有四象限驱动 能力，并尽可能缩短加减速时间。
3.1 数控机床主轴驱动系统概述
• 伺服系统概述 • 对主轴驱动的要求 • 主轴驱动装置和主轴部件功率特性的匹配 • 数控机床主轴传动方式、特点及应用范围
一、伺服系统概述
1. 伺服系统是数控系统主要的子系统。如 果说CNC装置是数控系统的“大脑”， 是发布“命令”的“指挥所”，那么伺 服系统则是数控系统的“四肢”，是一 种“执行机构”。它忠实地执行由CNC 装置发来的运动命令，精确控制执行部 件的运动方向，进给速度与位移量。
分段无级变速图例
变速齿轮传动
１．分段无级变速（2）
• 分段无级变速特点 • 在带有齿轮变速的分段无级变速系统中，主轴
1．主轴驱动电机的机械特性分析(1)
• 直流电动机主轴 所需的转速。其调速范围与功率特性如图所示。
• 电机从最低转速至额定转速，是通过调节电枢 电压，保持励磁电流恒定的方法进行调节，属 于恒扭矩调速，起动力矩大，响应快，能满足 低速切削需要。
• 从额定转速至最高转速，是通过改变励磁电流， 从而改变励磁磁通，保持电枢电压恒定的方法 进行调速，属于恒功率调速。
• 举例 兰州电机厂生产的额定转速为1500r/min 或2000r/min的交流调速电机，恒定功率调速 范围可达1：4或1：5。
交流调速电动机功率特性曲线
2．主轴驱动电机和主轴部件功率 特性匹配
• 数控机床主轴运动的传动，电动机和主轴的功 率特性必须相匹配。由于主轴要求的恒功率变 速 范 围 Rnp 远 大 于 电 动 机 的 恒 功 率 变 速 范 围 Rdp，所以在电动机和主轴之间要串联一个分 级变速箱，以扩大其恒功率调速范围，满足低 速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。
2．按被控对象分类 （1）进给伺服系统:指一般概念的位置伺服系
统，包括速度控制环和位置控制环。
（2）主轴伺服系统:只是一个速度控制系统。 C 轴控制功能。
立铣头 双主轴双刀架
车削中心
车削中心(也称车铣中心):对Cs和Cf轴的定义 即可进行车削,同时又可进行铣削——刀具高速旋转、主
轴作为C轴夹持工件与X轴或Z轴插补。 与数控车床在结构上有两点不同: 1.主轴分度功能，全功能车削 中心主轴分度精度可达0.001° 2.刀塔具有“动力头”刀位: 普通数控车床主轴无法实现位
不变。
视频2
三、主轴驱动装置和主轴部件 功率特性的匹配
引言
• 数控机床的主轴驱动常采用直流复励电动 机和交流变频电动机，并实现无级变速。 由于电机功率和扭矩特性一般不能满足机 床主轴的使用要求，因此需要通过一个中 间装置来协调驱动电机和机床主轴部件的 功率和扭矩特性，这个中间装置便是分级 变速箱。
三、数控机床主轴
传动方式、特点及应用范围 １．分段无级变速（1）
• 数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均 为恒功率。
• —般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转 矩传动。
• 为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变 速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动机无 级变速的基础上配以齿轮变速，即解决电机驱动和主轴 传动功率的匹配问题，使之成为分段无级变速。
直流电动机功率特性曲线
1．主轴驱动电机的机械特性分析(2)
• 交流电动机无级调速
• 交流调速电动机是通过调频实现调速。交流电 动机一般为笼式感应电动机结构，体积小，转 动惯性小，动态响应快，且无电刷，因而最高 转速不受火花限制。
• 全封闭结构，具有空气强冷，保证高转速和较 强的超载能力，具有很宽的调速范围。
6．具有恒线速度切削控制功能
• 利用车床和磨床进行工件端面加工时，为了 保证端面加工时粗糙度的一致性，要求刀具 切削的线速度为恒定值。
• 随着刀具的径向进给，切削直径的逐渐减小，
应不断提高主轴转速，并维持线速度Ｖ＝nπD 为常数，式中Ｖ是切削线速度，ｎ为主轴转 速，Ｄ为加工时切削直径。在控制系统中， Ｄ可由坐标轴的进给量算出，然后计算出对 应的主轴转速ｎ，以保证切削的线速度保持
轴（即主轴）定位。
• Cs轴：90年代后，FANUC公司仍采用异步电机，但是在 反馈形式和控制方式上做了改进，采用高精度位置反馈 装置，如高分辨率磁性脉冲编码器（通称Cs传感器）可 达90000脉冲/转，实现一个电机即可控制主轴高速旋转， 又可低速高精度定位。
FANUC公司将这种形式的主轴驱动方案称之为Cs轴控制， 其含义是用spindle（主轴）电机控制C轴（即主轴）
定位。
二、对主轴驱动的要求
1．调速范围足够大
• 数控机床主轴驱动要求有较大的调速范围， 以满足各种工况的切削，获得最合理的切 削速度，从而保证加工精度、加工表面质 量及高的生产效率。特别是对于具有自动 换刀装置的加工中心，为适应各种刀具、 各种材料的加工，对主轴的调速范围要求 更高。
2．实现无级变速
4．车削中心上，要求主轴具有 C轴控制功能
• 在车削中心上，为了使之具有螺纹车削功 能，要求主轴与进给驱动实行同步控制， 即主轴具有旋转进给轴（C轴）的控制功 能。
5．加工中心上要求主轴具有准 停功能
• 在加工中心上自动换刀时，主轴须停止在 一个固定不变的方位上，以保证换刀位置 的准确以及某些加工工艺的需要，即要求 主轴具有高精度的准停功能。