FANUC数控机床主轴故障诊断与维护

FANUC数控机床主轴故障诊断与维护

作者：李刚指导老师：楚雪平

摘要：数控机床的故障包括很多方面，本文主要以FANUC数控机床为例对主轴故

障诊断与维修进行分析。本文作者认为，数控机床主轴故障诊断与维修的一般步骤为：①观察故障现象并做好记录，②分析故障现象，③结合数控系统自诊断功能进一步确

定故障原因，④排除故障。经过实践验证，该方法切实有效。

关键词：FANUC数控机床；主轴故障；诊断维修；

主轴是数控机床的重要零件之一，主轴旋转产生切削的主运动是形成切削的重要条件。因此，本文作者认为研究主轴故障诊断与维修的方法是很有必要的。

一、FANUC数控机床主轴常见故障类型

FANUC数控机床主轴故障有很多种，造成这些故障的原因也非

常多。但最常见的故障类型包括以下几种：主轴电机不转、电机转速异常、主轴电机振动或噪声太大、主轴电机过热等。在分析故障的起因时，一定要开阔思路，尽可能考虑各种因素。

二、FANUC数控机床主轴故障诊断的方法

（一）、FANUC数控机床主轴控制原理

FANUC数控机床的主轴控制方式有串行控制和模拟控制两种，可以通过特定参数的设置进行选择。无论采用哪种主轴控制方式，都要对主轴的方向和速度进行控制，也就是说主轴的控制包括两个方面：速度和方向。

1、FANUC数控机床主轴速度控制原理

在串行主轴输出有效的情况下，S指令的执行主要由CNC控制来实现。而在模拟主轴输出有效的情况下，则只可以使用主轴转速指令控制和基于PMC的主轴速度指令控制。这里，本文作者只对串行主轴S指令控制原理进行分析。如图一所示，第1次执行数控加工程序中的S指令时，CNC将首先以二进制代码形式把S代码信号输出到PMC特定的代码寄存器F22～F25中。第1次之后，CNC再执行S指令时将不再发出S指令选通信号SF；然后经过S代码延时时间TMF（由系统参数设定，标准设定时间为16ms）后发出S指令选

通信号SF到PMC；当PMC接收到SF信号为1时，向CNC输入结束

信号FIN，CNC接收到结束信号FIN后，经过结束延时时间TFIN

(由系统参数设定)先切断s指令选通信号SF，再切断结束信号FIN，S指令就执行结束，CNC将读取下一条指令继续执行。同时，CNC根据编程转矩S值和主轴倍率信号（G30.0~G30.7），计算出实际指定的主轴转速值；CNC将实际指定的主轴转速值以12位二进制代码形式，通过12位实际指定转速输出信号输出到PMC中；CNC将实际

指定的主轴转速值通过CNC串行主轴接口JA7A（JA41）向主轴放大器发出串行主轴转速命令。

2、FANUC数控机床主轴转向控制原理

FANUC数控机床主轴转向控制是由PMC和CNC共同完成的，主

轴转向控制

包括正传、

反转和停止，

通过执行M

指令或手动

实现。以

M03指令为例（控制流程如图二），分析M指令转向控制原理。数

控系统读入M指令，CNC以二进制形式把“03”输入到PMC特定的

代码寄存器 F10中；然后经过M代码延时时间TMF(由系统参数设定，标准设定时间为16ms)后发出M指令选通信号MF，PMC通过二进制译码指令DECB进行M指令译码，识别出正转信号；PMC处理

后将串行主轴正转信号SFRA输入CNC，通过CNC的串行数字主轴接口向主轴放大器发出串行主轴正转命令，若正转条

件满足，则主轴开始正转；当串行数字主轴放大器检测到主轴编

码器反馈的转速已经达到指定的实际转速时，通过CNC的串行数字

主轴接口向PMC输入主轴速度到达信号SARA，PMC处理后向CNC输

入结束信号FIN；CNC延时后先切断MF信号，再切断FIN信号，不

再向PMC输入M代码，M指令执行结束，CNC将执行下一条指令。

（二）、FANUC数控机床主轴故障诊断的方法

前文讲述了数控机床主轴故障类型有主轴不转、主轴转速异常、主轴电机振动或噪声太大、主轴电机过热等。在这些故障类型中，

最常见的是主轴不转。主轴旋转必须具备三个条件：CNC准备就绪、主轴无报警、主轴驱动系统连接正确以及硬件和机械部分正常。对

于数控机床主轴发生的故障，根据前文所述主轴控制原理，总体上

说可采用下述诊断步骤来进行主轴故障诊断：

1、调查法维修人员应仔细观察机床的状态，询问故障现象，看有无报警，因为主轴故障分为有报警和无报警两种，另外看主轴

放大器LED显示状况，当发现有报警时，应先排除报警，再进行下一步分析。这是一种最基本、最简单的方法，也是数控机床维修人员应准循的原则之一。

2、综合分析法造成主轴故障的原因有很多，很多时候维修人员并不能直接判断出故障的根源，FANUC数控系统自带的诊断功能（比如：信号状态诊断、PMC信号追踪、波形诊断等）给了维修人员很大的帮助。根据显示器上的报警信息及主轴伺服放大器LED指示，维修人员可判断出故障点的大致范围。进一步利用系统的自诊断功能，查看与主轴控制相关的关键信号（比如G70.7、G29.6、G70.4、G70.5等），根据这些信号的状态判断故障的原因。它是故障诊断过程中最常用、有效的方法之一，同时也是维修人员应当遵循的第二个原则。

3、备件替换法所谓部件交换法，就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下．利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或兀器件替换有疑点的部分的方法。这种方法只有在前面两种方法都是用过后，确定故障发生在主轴硬件方面，但又不能确定具体是什么部件发生了故障的时候才考虑使用。因为故障发生的原因多种多样，不一定是硬件故障引起的，如果一上来就

用这种方法，结果换了部件以后发现不是硬件故障，很容易做无用功。

三、FANUC数控机床主轴故障诊断与维修实例

实例一：一台配套FANUC 0iD系统的立式加工中心,主轴不能旋转。

故障现象：手动、自动方式下，主轴均不旋转，驱动器、CNC 无报警显示。检查CNC 信号状态，发现系统已经正常输出S 代码与SF 信号。

故障分析：检查CNC 信号状态，发现系统已经正常输出S代码与SF信号，说明CNC工作正常。检查PLC 程序，对照主轴启动条件以及内部信号的状态，主轴启动的条件已满足。进一步检查主轴驱动器的信号输入，已经满足正常工作的条件。因此可以确认故障在主轴驱动器本身。

故障维修：根据主轴驱动器的测量、检测端的信号状态，逐一对照检查信号的电压与波形，最后发现驱动器D/A 转换器有数字信号输入，但其输出电压为“0”。将D/A 转换器集成电路芯片拔下后检查，发现有一插脚已经断裂：修复后，机床恢复正常。

实例二：某FANUC 0iD三轴加工中心，指令发出后，主轴不能旋转。