主轴系统故障诊断与维修
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本任务通过对CK7815数控车床主轴部件的分析，掌握该主轴的拆装 步骤，熟悉该主轴模块的结构和性能，了解主轴电动机的分类、原理和 应用。能够排除主轴不转、主轴不准停或准停位置不准、主轴转动噪声 大、振动大、主轴转速与实际指令值不匹配等故障。
工作任务
1-同步带轮 2-带轮 3、7、8、10、 11-螺母 4-主轴脉冲发生器 5-螺钉 6-支架 9-主轴 12-角接触球轴承 13-前端 盖 14-前支承套 15-圆柱滚子轴承 图7-1 CK7815数控车床主轴部件 结构图
任务目标
1.知识目标
（1）学习数控机床主轴系统典型故障的诊断与维修方法。 （2）掌握FANUC 0i数控系统的故障报警及其分类。 （3）通过对数控机床常见故障的训练，掌握故障排除的常用方法。
2.能力目标
（1）能使用所配置的主轴变频器及参数设置方法，会检测判断并 修理变频器简单故障，会用调试变频器并进行主轴功能的调试
（4）通用变频器常见报警及保护 为了保证驱动器的安全，可靠的运行，在主轴伺服系 统出现故障和异常等情况时，设置了较多的保护功能。 （5）变频器常见故障 在变频器日常维护过程中,经常遇到各种各样的问题, 如外围线路问题,参数设定不良或机械故障。
工作任务
2.数控系统与主轴装置的电路连接
（1）西门子802C数控系统和MM420变频器的连接。如 图7-3所示，802C系统通过X7轴接口中的A04/GND4模拟量输 出端口可控制主轴转速，当系统接受主轴旋转指令后，在 输出口输出0-10V的模拟量电压，同时PLC输出Q0.0、Q0.1 控制主轴装置的正反转及停止，一般定义高电平有效，这 样当Q0.0输出高电平时可控制主轴装置正转, Q0.0、 Q0.1 同时为高电平时,主轴装置反转,二者都为低电平时,主轴装 置停止停转。
工作任务
（3）变频器输入接线实际使用注意事项
①根据变频器输入规格选择正确的输入电源。 ②变频器输入侧采用断路器(不宜采用熔断器)实现保护,其断路器 的整定值应按变频器的额定电流选择而不应按电动机的额定电流来选择。 ③变频器三相电源实际接线无需考虑电源的相序。 ④面板上的SDP 有两个 LED，用于显示变频器当前的运行状态
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。
工作Biblioteka Baidu务
图7-1是CK7815型数控车床主轴部件结构图,该主轴工作转速范围为 15~5000r/min。主轴9前端采用三个角接触球轴承12,通过前支承套14支 承,由螺母11预紧。后端采用圆柱滚子轴承15支承,径向间隙由螺母3和螺 母7调整。螺母8和螺母10分别用来锁紧螺母7和螺母11,防止螺母7和11的 回松。带轮2直接安装在主轴9上(不卸荷)。同步带轮1安装在主轴9后端 支承与带轮之间,通过同步带和安装在主轴脉冲发生器4轴上的另一同步 带轮,带动主轴脉冲发生器4和主轴同步运动。在主轴前端,安装有液压卡 盘或其他夹具。
工作任务
一、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。
工作任务
三、通用变频主轴驱动装置 1.主轴变频器 随着交流调速技术的发展，目前数控机床的主轴驱动 多采用交流主轴电动机配变频器控制的方式。目前作为主 轴驱动装置市场上流行的变频器有德国西门子公司、日本 三肯、安川等。
工作任务
（1）变频器主电路 主电路的功能是将固定频率（50-60HZ）的交流电转换 成频率连续可调（0-400HZ）的三相交流电，包括交-直电 路、制动单元电路及直交电路。 （2）变频器控制回路功能及端子接线 掌握变频器控制回路接线端子功能在维修中是非常重 要的
工作任务
二、主轴部件的拆卸与调整 1.主轴部件的拆卸 主轴部件在维修时需要进行拆卸。拆卸前应做好工作 场地清理、清洁工作和拆卸工具及资料的准备工作,然后进 行拆卸操作。 2.主轴部件装配及调整 装配前各零件、部件应严格清洗,需要预先加涂油的部 位应加涂油。装配设备、装配工具以及装配方法,应根据装 配要求及配合部位的性质选取。操作者必须注意,不正确或 不规范的装配方法,将影响装配精度和装配质量,甚至损坏 被装配件。
（2）会对主轴的各类故障进行分析诊断与排除 （3）查阅相关资料能够读懂主轴控制PLC程序及相关电路。 （4）能撰写维修工作报告，总结、反思、改进工作过程。
3.素质目标
（1）在故障诊断、检测及更换中能严格执行相关技术标准规范和安全 操作规程，有纪律观念和团队意识，以合作方式拟定诊断与修理计划。
（2）具有自主分析问题和解决问题的能力。 （3）具备环境保护和文明生产的基本素质。
“十二五”职业教育国家规划教材 经全国职业教育教材审定委员会审定
数控机床故障诊断与 维修 (第三版)
主编 杨中力、 温丹丽
模块七 主轴系统的故 障诊断与维修
工作任务
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。
工作任务
1-同步带轮 2-带轮 3、7、8、10、 11-螺母 4-主轴脉冲发生器 5-螺钉 6-支架 9-主轴 12-角接触球轴承 13-前端 盖 14-前支承套 15-圆柱滚子轴承 图7-1 CK7815数控车床主轴部件 结构图
任务目标
1.知识目标
（1）学习数控机床主轴系统典型故障的诊断与维修方法。 （2）掌握FANUC 0i数控系统的故障报警及其分类。 （3）通过对数控机床常见故障的训练，掌握故障排除的常用方法。
2.能力目标
（1）能使用所配置的主轴变频器及参数设置方法，会检测判断并 修理变频器简单故障，会用调试变频器并进行主轴功能的调试
（4）通用变频器常见报警及保护 为了保证驱动器的安全，可靠的运行，在主轴伺服系 统出现故障和异常等情况时，设置了较多的保护功能。 （5）变频器常见故障 在变频器日常维护过程中,经常遇到各种各样的问题, 如外围线路问题,参数设定不良或机械故障。
工作任务
2.数控系统与主轴装置的电路连接
（1）西门子802C数控系统和MM420变频器的连接。如 图7-3所示，802C系统通过X7轴接口中的A04/GND4模拟量输 出端口可控制主轴转速，当系统接受主轴旋转指令后，在 输出口输出0-10V的模拟量电压，同时PLC输出Q0.0、Q0.1 控制主轴装置的正反转及停止，一般定义高电平有效，这 样当Q0.0输出高电平时可控制主轴装置正转, Q0.0、 Q0.1 同时为高电平时,主轴装置反转,二者都为低电平时,主轴装 置停止停转。
工作任务
（3）变频器输入接线实际使用注意事项
①根据变频器输入规格选择正确的输入电源。 ②变频器输入侧采用断路器(不宜采用熔断器)实现保护,其断路器 的整定值应按变频器的额定电流选择而不应按电动机的额定电流来选择。 ③变频器三相电源实际接线无需考虑电源的相序。 ④面板上的SDP 有两个 LED，用于显示变频器当前的运行状态
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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。
工作Biblioteka Baidu务
图7-1是CK7815型数控车床主轴部件结构图,该主轴工作转速范围为 15~5000r/min。主轴9前端采用三个角接触球轴承12,通过前支承套14支 承,由螺母11预紧。后端采用圆柱滚子轴承15支承,径向间隙由螺母3和螺 母7调整。螺母8和螺母10分别用来锁紧螺母7和螺母11,防止螺母7和11的 回松。带轮2直接安装在主轴9上(不卸荷)。同步带轮1安装在主轴9后端 支承与带轮之间,通过同步带和安装在主轴脉冲发生器4轴上的另一同步 带轮,带动主轴脉冲发生器4和主轴同步运动。在主轴前端,安装有液压卡 盘或其他夹具。
工作任务
一、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。
工作任务
三、通用变频主轴驱动装置 1.主轴变频器 随着交流调速技术的发展，目前数控机床的主轴驱动 多采用交流主轴电动机配变频器控制的方式。目前作为主 轴驱动装置市场上流行的变频器有德国西门子公司、日本 三肯、安川等。
工作任务
（1）变频器主电路 主电路的功能是将固定频率（50-60HZ）的交流电转换 成频率连续可调（0-400HZ）的三相交流电，包括交-直电 路、制动单元电路及直交电路。 （2）变频器控制回路功能及端子接线 掌握变频器控制回路接线端子功能在维修中是非常重 要的
工作任务
二、主轴部件的拆卸与调整 1.主轴部件的拆卸 主轴部件在维修时需要进行拆卸。拆卸前应做好工作 场地清理、清洁工作和拆卸工具及资料的准备工作,然后进 行拆卸操作。 2.主轴部件装配及调整 装配前各零件、部件应严格清洗,需要预先加涂油的部 位应加涂油。装配设备、装配工具以及装配方法,应根据装 配要求及配合部位的性质选取。操作者必须注意,不正确或 不规范的装配方法,将影响装配精度和装配质量,甚至损坏 被装配件。
（2）会对主轴的各类故障进行分析诊断与排除 （3）查阅相关资料能够读懂主轴控制PLC程序及相关电路。 （4）能撰写维修工作报告，总结、反思、改进工作过程。
3.素质目标
（1）在故障诊断、检测及更换中能严格执行相关技术标准规范和安全 操作规程，有纪律观念和团队意识，以合作方式拟定诊断与修理计划。
（2）具有自主分析问题和解决问题的能力。 （3）具备环境保护和文明生产的基本素质。
“十二五”职业教育国家规划教材 经全国职业教育教材审定委员会审定
数控机床故障诊断与 维修 (第三版)
主编 杨中力、 温丹丽
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工作任务
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。