電主軸故障診斷與分析

李德恒，聶浩鋒，彭　敏

（廣州昊志機電股份有限公司，廣州廣東510000）

電主軸故障診斷與分析

李德恒，聶浩鋒，彭敏

（廣州昊志機電股份有限公司，廣州廣東510000）

介紹電主軸的結(jié)構(gòu)和常用的驅(qū)動控制方式，并且針對實際應用中電主軸常見的故障進行分析研究，總結(jié)了解決電主軸常見故障的診斷方法與解決措施。

電主軸；故障診斷；故障分析

隨著航天、汽車以及其他行業(yè)的不斷發(fā)展，機床向高速化發(fā)展已經(jīng)成為一種不可阻擋的潮流［1］。由于電主軸相對于傳統(tǒng)的直聯(lián)或皮帶主有著無可比擬的優(yōu)點，已經(jīng)成為了高速加工中心及數(shù)控機床的核心部件，在促進高速、超高速切削技術(shù)的應用與發(fā)展、簡化機床的結(jié)構(gòu)、降低機床的制造成本以及提高機床的可靠性等多個方面都發(fā)揮著巨大的作用，因此在機床行業(yè)中得到了越來越廣泛的應用，所以電主軸的工作性能也越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。電主軸運行的穩(wěn)定性和可靠性很大程度上就決定了機床的工作精度，因此正確的日常維護與保養(yǎng)可以使其發(fā)揮高速、大功率的特性，延長使用壽命。本文通過分析歸納了電主軸在日常使用中出現(xiàn)的故障原因及解決方法，可以幫助維護人員快速診斷并解決主軸出現(xiàn)的故障。

1　電主軸的結(jié)構(gòu)及其特點

所謂電主軸，就是將傳統(tǒng)直聯(lián)、皮帶主軸的驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)子和定子裝入主軸的內(nèi)部，再配合其它安全保障措施，使機床主軸與驅(qū)動電機實現(xiàn)一體化，因此被稱為內(nèi)裝式電主軸，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于電主軸的結(jié)構(gòu)是將電動機裝入主軸內(nèi)部，省去了電動機與機床主軸之間的傳動連接部分，實現(xiàn)了機床主軸系統(tǒng)的“零傳動”。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動態(tài)特性好等特點［2］。

圖1　主軸基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)控制方法來分類，目前電主軸的驅(qū)動控制方式主要有兩種：一種是采用交流變頻器驅(qū)動的開環(huán)控制方式，一般應用在對速度控制精度要求不高以及手動換刀的場合；另一種是采用驅(qū)動器驅(qū)動的閉環(huán)控制方式，由于閉環(huán)控制需要在主軸上安裝編碼器，而且驅(qū)動器的價格也比變頻器高，所以成本較開環(huán)控制的要高，主要應用在需要精確速度控制和實現(xiàn)準停功能的場合，如：加工中心、鉆攻中心等。

2　電主軸常見故障分析

從電主軸的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式來看，電主軸使用中出現(xiàn)的故障大致能分為兩類［3］。一類是機械故障，主要有：一是，電主軸運轉(zhuǎn)時振動大、異響；二是，主軸密封泄漏；三是，主軸發(fā)熱嚴重；四是，主軸抱死；五是，其它機械方面的故障。另一類則是電氣故障，主要有：一是，啟動困難；二是，主軸升速或減速慢；三是，出現(xiàn)過電流、過電壓現(xiàn)象；四是，其它電氣方面的故障。

上面根據(jù)電主軸發(fā)生故障時出現(xiàn)的現(xiàn)象將故障分為機械和電氣兩大類。但是實際遇到的問題可能是多個故障互相作用而引起的，不過機械故障的檢測相對比電氣故障更容易發(fā)現(xiàn)，所以在排除故障原因時，可以按先機械后電氣的順序。

2.1電主軸運轉(zhuǎn)時振動大、異響

故障分析：電主軸的振動使加工工況不穩(wěn)定，影響加工精度，而異響現(xiàn)象出現(xiàn)后通常也會隨著差振動大的現(xiàn)象出現(xiàn)。造成主軸振動和異響的原因主要有：主軸動不平衡量過大；軸承安裝精度低或軸承已經(jīng)磨損損壞；軸承預載荷過小；電機轉(zhuǎn)子與定子同軸度太差導致氣隙不均勻等。

故障排除：對于只出現(xiàn)振動大而沒有異響現(xiàn)象的主軸，可先對主軸重新做動平衡檢測，如果重新動平衡后仍無改善，則需要拆缷主軸對軸承座、機體、軸芯等零件作尺寸精度檢測，然后更換軸承，重新裝配調(diào)試。

2.2主軸發(fā)熱溫升高

故障分析：電主軸運轉(zhuǎn)時主要的熱量來源有：內(nèi)裝電機發(fā)熱、軸承轉(zhuǎn)動發(fā)熱以及加工切削熱等。因此，導致主軸發(fā)熱的原因有：冷卻水路堵塞、不通暢；選用了低等級精度的軸承、安裝配合過緊；軸承預載荷太大；軸承磨損損壞；電機電流過大；加工進刀量過大等。

故障排除：檢查并疏通冷卻水路；復查裝配過程記錄，檢查軸承的精度等級、配合公差和預載荷是否合適；檢查電機三相電阻是否平衡，耐電壓測試是否通過，電頻器參數(shù)設置是否正確；控制加工進刀量。

2.3啟動困難

故障分析：插頭接觸不良或沒有接通；變頻器功率太小；變頻器參數(shù)設置錯誤；電機定子引出線接線錯誤或定子繞組損壞等都會造成電主軸啟動困難。大多數(shù)情況下，啟動困難的原因都是電機定子出現(xiàn)問題。

故障排除：首先檢查主軸的接線是否正確，然后再確認變頻器功率是否與主軸匹配，變頻器的參數(shù)按使用說明書重新設置，最后再對電機作三相電阻平衡檢測、耐電壓測試。

2.4出現(xiàn)過電流現(xiàn)象

故障分析：主軸出現(xiàn)過電流現(xiàn)象的原因有以下幾種：電源電壓太高；轉(zhuǎn)子和定子的氣隙過大；定子繞組匝間耐壓性能不良，長期運轉(zhuǎn)時匝間放電而導致?lián)舸?/p>

故障排除：檢查電源電壓和變頻器的參數(shù)設置；測量定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙是否符合設計要求；檢查主軸定子繞組的對地絕緣、耐電壓測試和三相電阻的平衡狀態(tài)，對于因匝間擊穿而產(chǎn)生過電流的定子應改用漆皮較厚和耐電壓性能更好的銅線。

3　結(jié)束語

隨著電主軸在機床行業(yè)中越來越廣泛的應用，作為機床的核心功能零部件，其運行的穩(wěn)定性和可靠性很大程度上就決定了機床的工作精度，因此正確的日常維護與保養(yǎng)可以使其發(fā)揮高速、大功率的特性，延長使用壽命。本文通過分析歸納了電主軸在日常使用中出現(xiàn)的故障原因及解決方法，可以幫助維護人員對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種故障進行快速的診斷，確定故障原因并采取相應的解決措施，最大限度地減少設備的停機狀態(tài)。但在實際的生產(chǎn)應用中，電主軸發(fā)生故障往往是由于操作人員操作不當而引起的，因此在操作人員上崗前對其進行必要的技術(shù)培訓，使其對機床和主軸有充分的認識，可以有效地減少故障的出現(xiàn)。

［1］李永芳，張啟萍，王瑞，等.高速電主軸系統(tǒng)熱變形分析及抑制措施［J］.制造技術(shù)與機床，2012，（02）:92-98.

［2］籍永建，王紅軍.電主軸故障分析及提高其可靠性措施［J］.機械工程師，2015，（01）:7-9.

［3］馮金冰.數(shù)控磨床電主軸故障診斷與分析［J］.制造技術(shù)與機床，2011，（04）:111-113.

Fault Diagnosis and Analysis ofMotorized Spindle

LIDe-heng，NIE Hao-feng，PENGMing
（Guangzhou Hao Chi Electrical Limited by Share Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000，China）

Introduce the structure of motorized spindle and its drive plan，then summarize and provide reference methods of motorized spindle maintenance after studies on the frequent faults of motorized spindle in practical application.

motorized spindle；fault diagnosis；fault analysis

TH16

B

1672-545X（2016）05-0189-02

2016-02-27

李德恒（1986-），男，廣東廣州人，本科，機械工程師，研究方向：機械設計。