電主軸無(wú)轉(zhuǎn)矩輸出故障原因分析

林超青

昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

1150U高速加工中心配置的電主軸如圖1所示，參數(shù)如下：功率為40kW，轉(zhuǎn)速為18000r/min，輸出轉(zhuǎn)矩為150N·m。運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，電主軸轉(zhuǎn)速0～18000r/min時(shí)能正常旋轉(zhuǎn)，但是只要刀具接觸到工件進(jìn)行加工，電主軸就停止旋轉(zhuǎn)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出電主軸速度沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值的報(bào)警，機(jī)床無(wú)法正常切削加工。

圖1 1150U高速加工中心電主軸

2 電主軸無(wú)法正常切削加工的原因分析及處理

從故障現(xiàn)象上看，可能的原因有機(jī)械和電氣兩方面。

2.1 機(jī)械故障的可能性

該電主軸采用的是直聯(lián)主軸，中間沒(méi)有齒輪或其他減速機(jī)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。影響主軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的主要有主軸軸承和主軸拉刀機(jī)構(gòu)。如果電主軸軸承損壞、機(jī)械性能下降，或拉刀機(jī)構(gòu)伸縮不正常，拉桿與端蓋有摩擦等，就會(huì)導(dǎo)致電主軸旋轉(zhuǎn)不靈活，轉(zhuǎn)矩過(guò)大，主軸在無(wú)切削動(dòng)作時(shí)能正常旋轉(zhuǎn)，一旦加工就無(wú)法旋轉(zhuǎn)。

圖2 電主軸基本結(jié)構(gòu)

（1）主軸軸承損壞的可能性 對(duì)于主軸軸承損壞的可能性，用主軸振動(dòng)測(cè)試儀對(duì)電主軸進(jìn)行測(cè)試，電主軸軸承振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。發(fā)現(xiàn)主軸軸承狀態(tài)良好，主軸滾珠和滾道技術(shù)指標(biāo)都滿足要求，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無(wú)異響，因此主軸軸承損壞的可能性可以排除。

表1 電主軸軸承振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)

（2）主軸拉刀機(jī)構(gòu)故障的可能性 對(duì)于拉刀機(jī)構(gòu)故障導(dǎo)致主軸無(wú)法切削加工的可能性，進(jìn)行以下兩方面的檢查和測(cè)試。一方面反復(fù)進(jìn)行換刀，并加工測(cè)試，發(fā)現(xiàn)換刀動(dòng)作靈活無(wú)異常，但故障現(xiàn)象依然存在。另一方面，打開主軸后端蓋，檢查主軸拉刀液壓缸和拉桿，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)磨損等異?，F(xiàn)象。因此拉刀機(jī)構(gòu)導(dǎo)致主軸無(wú)法切削加工的可能性可以排除。

由于電主軸軸承和拉刀機(jī)構(gòu)狀態(tài)良好，技術(shù)指標(biāo)滿足要求，動(dòng)作靈活，因此機(jī)械故障導(dǎo)致電主軸無(wú)法正常切削加工的可能性可以排除。

2.2 電氣故障的可能性

電氣故障導(dǎo)致電主軸無(wú)法正常切削加工的可能性有以下幾方面：主軸電纜、主軸星形-三角形起動(dòng)轉(zhuǎn)換或伺服驅(qū)動(dòng)存在故障。

（1）主軸電纜有問(wèn)題的可能性 主軸電纜有問(wèn)題導(dǎo)致電主軸無(wú)法正常切削加工的原因是主軸電纜接頭接觸不良，接觸電阻增大，或主軸電纜中間有斷絲，電纜似斷非斷。這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致主軸電流減小，輸出轉(zhuǎn)矩變小，從而導(dǎo)致電主軸能旋轉(zhuǎn)，但無(wú)法正常切削加工。檢查主軸電纜的接頭，發(fā)現(xiàn)電纜接頭緊固良好，無(wú)松動(dòng)，無(wú)燒蝕現(xiàn)象，因此接觸不良的可能性可以排除。用儀表檢查主軸電纜的通斷電情況，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電纜斷裂。檢查主軸電纜的外觀及電纜的柔韌性均良好，沒(méi)有破損或斷絲現(xiàn)象。所以主軸電纜有問(wèn)題而導(dǎo)致電主軸無(wú)法正常切削加工的可能性可以排除。

（2）主軸星形-三角形起動(dòng)轉(zhuǎn)換存在問(wèn)題的可能性 該主軸采用星形-三角形起動(dòng)（見(jiàn)圖3）。如果轉(zhuǎn)換有問(wèn)題，就會(huì)使主軸輸出轉(zhuǎn)矩變小，致使電主軸能旋轉(zhuǎn)，但無(wú)法正常切削加工。觀察電主軸的上電轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)電主軸星形-三角形控制的交流接觸器動(dòng)作正常，切換靈活，接觸器觸點(diǎn)無(wú)粘連現(xiàn)象，因此主軸星形-三角形起動(dòng)轉(zhuǎn)換有故障的可能性可以排除。

（3）伺服驅(qū)動(dòng)本身存在故障 如果伺服驅(qū)動(dòng)本身存在故障，IGBT性能下降，內(nèi)阻增大，那么伺服驅(qū)動(dòng)還是能夠進(jìn)行逆變且輸出電流，但是由于內(nèi)阻變大，輸出電流將變小，輸出轉(zhuǎn)矩變小，電主軸就無(wú)法進(jìn)行正常切削加工。對(duì)該主軸伺服驅(qū)動(dòng)與坐標(biāo)軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)，主軸驅(qū)動(dòng)的IGBT內(nèi)阻顯著大于正常內(nèi)阻值。因此可以推斷，該主軸無(wú)法正常切削加工的原因是主軸伺服驅(qū)動(dòng)的IGBT有問(wèn)題而導(dǎo)致輸出電流變小，輸出轉(zhuǎn)矩下降，切削轉(zhuǎn)矩不夠，無(wú)法進(jìn)行切削。更換主軸伺服驅(qū)動(dòng)后，進(jìn)行測(cè)試加工，主軸能正常進(jìn)行切削加工，故障排除。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于電主軸無(wú)法切削加工的故障，進(jìn)行故障排查時(shí)，要從機(jī)械、電氣兩方面進(jìn)行分析，分別對(duì)各自的可能性進(jìn)行排查，才能最終找到故障原因，排除故障，取得比較好的效果。