主轴驱动系统常见故障及处理(3)

2019-03-11 15:51

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。

5.2.1 直流主轴驱动系统使用注意点和日常维护

1. 安装注意事项 主轴伺服系统对安装有较高的要求,这些要求是保证驱动器正常工作的前提条件,在维修时必须引起注意。

(1) 安装驱动器的电柜必须密封。为了防止电柜内温度过高,电柜设计时应将温升控制在15°以下。电柜的外部空气引入口,应设置过滤器,并防止从排气口浸入尘埃或烟雾;电缆出入口、柜门等部分应进行

密封,冷却电扇不要直接吹向驱动器,以免粉尘附着。 (2) 维修完成后,进行重新安装时,要遵循下列原因: ① 安装面要平,且有足够的刚性。

② 电刷应定期维修及更换,安装位置应尽可能使其检修容易。

③ 冷却进风口的进风要充分,安装位置要尽可能使冷却部分的检修容易。 ④ 应安装在灰尘少、湿度不高的场所,环境温度应在40℃以下。 ⑤ 应安装在切削液和油不能直接溅到的位置上。 2. 使用检查

(1) 伺服系统启动前的检查:

① 检查伺服单元和电动机的信号线、动力线等的连接时否正常,是否松动以及绝缘是否良好; ② 强电柜和电动机是否可靠接地;

③ 电动机的电刷的安装是否牢靠,电动机安装螺栓是否完全拧紧。 (2) 使用时的检查

① 检查速度指令与转速是否一致,负载指示是否正常。 ② 是否有异常声音和异常振动。 ③ 轴承温度是否急剧上升等不正常现象。 ④ 电刷上是否有显著的火花发生痕迹。

3. 对于工作正常的主轴驱动系统,应进行如下日常维护: (1) 电柜的空气过滤器每月应清扫一次。 (2) 电柜及驱动器的冷却风扇应定期检查。

(3) 建议操作人员每天都应注意主轴的旋转速度、异常振动、异常声音、通风状态、轴承温度、外表温度和异常臭味。

(4) 建议使用单位维护人员,每月应对电刷、换向器进行检查。

(5) 建议使用单位维护人员,每半年应对测速发电动机、轴承、热管冷却部分、绝缘电阻进行检测。

5.2 主轴通用变频器 5.3.1 变频器技术简介

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配变频器控制的方式。变频器的控制方式从最初的电压空间矢量控制(磁通转迹法)到矢量控制(磁通定向控制),发展至今为直接转矩控制,从而能方便地实现无速度传感器化;脉宽调制(PWM)技术从正弦PWM发展至优化PWM技术和随机PWM

技术,以实现电流谐波畸变小,电压利用率最高、效率最优、转矩脉冲最小及噪声强度大幅度削弱的目标;功率器件由GTO、GTR、IGBT发展到智能模块IPM,是开关速度快、驱动电流小、控制驱动简单、故障率降低、干扰得到有效控制及保护功能进一步完善。

随着数控控制的SPWM变频调速系统的发展,数控机床主轴驱动采用通用变频器控制也越来越多。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。

如三菱FR-A500系列变频器既可以通过2、5端,用CNC系统输出的模拟信号来控制的转速,也可通过拨码开关的编码输出或CNC系统的数字信号输出值RH、RM和RL端,通过变频器的参数设置,实现从最低速到最高速的变速。

值得注意的是,变频器的冷却方式都采用风扇强迫冷却。如果通风不良,器件的温度将会升高,有时即使变频器并没有跳闸,但器件的使用寿命已经下降。所以,应注意冷却风扇的运行状况是否正常,经常清拭滤网和散热器的风道,以保证变频器的正常运转。

例:AC200S是矢量控制晶体管正弦波PWM的主轴驱动装置,有带冷却风扇和电容器的机架、主轴驱动装置、电源和再生电路及装配有编码器的主轴电动机组成。当出现主轴电动机不转的故障时,可逐个检查各装置是否正常。

5.3.2 变频器接线图

以国外某系列变频器为例,介绍接线如图5-4。

从上式中可知:当f1减小时,最大转矩Tm不变,启动转矩Tst增大,临界点转速降不变,因此,机械特性随频率的降低而向下平移,如图5-5中虚线所示。

实际上,由于定子电阻r1的存在,随着f1的降低(u1/f1 =常数),Tm将减小,当f1很低时,Tm减小很多,如图5-5中实线所示。

3. 恒功率变频调速

在基频以上调速时,频率从f1→N往上增高,但电压U1却不能增加得比额定电压还大,最大只能保持U1 =U1N ,由上述公式可知,这迫使Φ与f成反比降低,Tm与Tst均随频率f1的增高而减小, 保持不变,机械如图5-6所示,这近似为恒功率调速,相当于直流电动机弱磁调速的情况。

4. 变频调速时异步电动机的特性曲线

图5-7为异步电动机变频调速控制特性示意图。

图4为变频调速时功率、转矩变化特性。


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