數控機床主軸故障診斷與維修

[摘 要]本文的論題為GSK928TA數控車床主軸典型故障診斷與分析，主要內容為我院一臺數控車床出現主軸故障以后，對該故障的一個排除過程。主要介紹了GSK928TA數控車床主軸的故障現象、診斷方法及故障分析和排除的過程。

[關鍵詞]數控機床 主軸 故障診斷

數控機床主軸驅動系統包括主軸驅動裝置、主軸電機、主軸位置檢測裝置、傳動機構及主軸。GSK928TA數控車床為模擬量控制的主軸驅動裝置，模擬量控制的主軸驅動裝置采用變頻器實現主軸電機控制。

首先簡單了解一下該模擬主軸的原理。該模擬主軸變頻器控制回路如圖（1）所示。當給系統輸入主軸轉速S，按下正轉按鈕時，變頻器上GND與X1成一回路，主軸電機正轉，使主軸正轉;反轉同理；當按下停止按鈕時，變頻器上GND與X1、X2都成斷路，使主軸電機停止轉動，主軸停止。啟動機床時，當沒有給系統轉速S值時，變頻器GND與VR1兩端沒有電壓，GND分別與X1、X2有電勢差，測得大概為4.9V左右，電機不得電，主軸不動；當給系統輸入一個轉速S值時，CNC運算成0-10V的模擬電壓，變頻器GND與VR1兩端有電壓（即有頻率信號輸入），利用機床操作面板上主軸正轉和反轉按鈕發出主軸正轉或反轉信號（即啟動指令輸入），通過PMC控制中間繼電器的通斷，向變頻器發出信號，實現主軸的正反轉。系統在自動加工時，通過對程序輔助功能代碼M03、M04、M05的譯碼，利用系統的PMC實現中間繼電器的通斷控制，從而達到主軸的正反轉及停止控制，此時的主軸速度是由系統程序中的S指令值與機床的倍率開關決定的。

我院一臺GSK928TA數控車床在JOG狀態下主軸啟動后停止，屏幕無任何報警顯示。經過分析，產生該故障的原因可能有：

①主軸部分機械卡死

在斷電的情況下，用手拉動皮帶輪，可以轉動電機與主軸，未出現拉動的過程中卡住的現象。可得知此故障非機械故障。

②主軸線路的控制元器件損壞

對于檢查元器件的好壞，可在斷電的狀態下用萬用表進行檢測，經檢測，直流繼電器線圈、交流接觸器線圈良好，各觸頭良好，主軸線路控制的元器件無損壞。重新啟動主軸，故障依舊，此分析可排除。

③主軸電機短路，造成熱繼電器保護

啟動主軸后觀察熱繼電器，并未發現熱繼電器保護動作；用萬用表對其進行檢測，未檢測到斷路現象，主軸電機并未發生斷路。

④系統輸出脈沖時間不夠

查看系統參數說明書，查的45號參數為輸出脈沖時間（如表1），觀察到屏幕上設定的45號參數為0.5，猜測可能是輸出時間不夠，導致主軸啟動后停止；修改45號參數為2.00，輸入S值指令，啟動正轉或反轉，主軸會比原來的情況多轉一下后停止，故障依舊，并未排除。

經分析，要使主軸電機轉動的兩個條件是：頻率指令和啟動指令。輸入轉速S值，用萬用表檢測變頻器上GND與VR1之間存在電壓，可知，輸入頻率指令正常；在按下啟動按鈕，在主軸轉動的時候，測得GND與X1或X2之間電壓，但時間很短，同樣，在變頻器的輸出端，測得強電輸出。由此可知，在電機轉動的時候，頻率指令與啟動指令都能正常的輸入和輸出。

查看變頻器，啟動主軸后不久，變頻器上顯示dd，查看變頻器說明書，了解到dd為直流制動，通過查閱變頻器說明書，對直流制動時間（F505）設為啟始值時，啟動主軸后，故障依舊。

⑤主軸控制回路沒有帶自鎖電路，而把參數設置為脈沖信號輸出，使主軸不能正常運轉。

首先，假設主軸回路帶自鎖電路，當系統輸入一個轉速，變頻器得到一個模擬電壓，按下啟動按鈕后，電機轉動并自鎖，使電機一直運行。因此，假設不成立，則主軸回路沒有帶自鎖電路，在查看系統參數說明書時，發現45號參數為0時，主軸啟停輸出信號為長信號。

通過不斷的調整45號參數值，發現電機的停止與脈沖時間的輸出有關。分析可能脈沖時間輸出為一時間繼電器，當時間到達時斷開，使CNC內部控制啟動的中間繼電器斷開，使變頻器上的GND與X1或X2斷開，電機得不到啟動指令。

當把45號參數改為0時，啟動主軸，主軸正常工作，故障消除。

參考文獻：

[1]GSK928TA數控車床系統參數說明書

[2]GSK928TA數控車床變頻器使用說明書

[3]GSK928TA數控車床變頻器參數說明書

[4]GSK928TA接口引腳一覽表

[5]宗國成 尹昭輝 沈為清-編 數控機床維護與常見故障分析 北京：機械工業出版社 2008

[6]劉永久-主編 數控機床故障診斷與維修技術 北京：機械工業出版社 2009