菲迪亞K211機床電主軸無法高速旋轉故障分析與處理

李軍鋒

昌河飛機工業（集團）有限責任公司 江西景德鎮 333002

1 序言

我公司一臺菲迪亞K211高速加工中心采用FIDIA C20系統，使用的是GAMFIOR E13799型號的電主軸，功率為27kW，最高轉速為24 000r/min。電主軸采用PARVEX伺服驅動控制，使用旋轉變壓器作為速度檢測元件，該類型電主軸類似于同步電動機，需要調整機械角度與電氣角度重合，電主軸才能保證最大扭矩輸出。

2 故障現象

菲迪亞K211高速加工中心更換備用電主軸后，在0～2 000r/m i n內能正常旋轉，當轉速＞2 000r/min時，電主軸無法旋轉，機床出現“Spindle Drive Fault”報警，無法正常使用。

3 故障分析及處理

該電主軸是經過修理的備用電主軸，在0～2 000r/min內能正常旋轉，當轉速＞2 000r/min時，電主軸無法旋轉，如圖1所示。從故障現象上看，可能存在機械和電氣等方面的問題。

圖1 菲迪亞K211高速加工中心電主軸

3.1 機械故障導致電主軸無法高速旋轉的可能性

該電主軸采用直聯主軸，中間沒有齒輪或其他減速機構，其基本結構如圖2所示。影響電主軸無法高速旋轉的原因可能是電主軸軸承損壞。

圖2 電主軸基本結構

對于電主軸軸承損壞的可能性，我們用標準檢驗直棒檢測電主軸近端跳動為0.005mm（電主軸出廠此項精度要求為≤0.008mm）；檢測電主軸遠端跳動為0.010m m（電主軸出廠此項精度要求為≤0.015mm）；檢測電主軸端面跳動為0.005mm（電主軸出廠此項精度要求為≤0.010mm），如圖3所示。并且手動旋轉電主軸，電主軸轉動靈活，無異響，因此可以排除電主軸軸承損壞的可能。

圖3 電主軸精度檢測

3.2 電氣故障導致電主軸無法高速旋轉的可能性

電氣故障導致電主軸無法高速旋轉的可能性有：①電主軸動力電纜有問題。②電主軸控制單元PARVEX伺服驅動存在故障。③電主軸旋轉變壓器角度不對。

電主軸動力電纜有問題導致電主軸無法高速旋轉的原因有：電主軸動力電纜接頭接觸不良，接觸電阻增大或電主軸動力電纜三相兩兩之間電阻不平衡。這兩種情況都會導致電主軸電流減小，從而導致電主軸能旋轉，但無法高速旋轉。檢查電主軸動力電纜的接頭，發現動力電纜接頭緊固良好，無松動、燒蝕現象，因此排除電主軸電纜接觸不良的可能性。用萬用表檢查電主軸動力電纜三相兩兩之間電阻值均為0.8Ω，且三相均對地電阻無窮大。因此排除電主軸動力電纜有問題導致電主軸無法高速旋轉的可能性。

如果電主軸控制單元PARVEX伺服驅動存在故障，IGBT性能下降，內阻增大，那么PARVEX伺服驅動還是能夠進行逆變，輸出電流，但是由于內阻變大，輸出電流將變小，就無法滿足電主軸高速旋轉。由于現場不具備檢測IGBT性能條件，我們就對其PARVEX伺服驅動進行新備件更換測試，測試結果表明電主軸還是無法高速旋轉。因此也排除電主軸控制單元PARVEX伺服驅動存在故障的可能性。

將電主軸后端蓋拆卸，在電主軸末端能看到旋轉變壓器，松動固定旋轉變壓器的3個固定螺栓，旋轉變壓器就可以沿圓周方向移動，注意不需要拆除螺栓，通過旋轉電主軸就可以調整旋轉變壓器的角度，如圖4所示。

圖4 電主軸旋轉變壓器拆卸

電主軸旋轉變壓器角度調整具體方法如下。

第一步，在機床系統里安裝用于調整此類型電主軸電氣角度所需要的Parvex Motion Explorer(PME) 軟件，該軟件原本屬于使用軟盤安裝，由于機床系統升級后，無法使用軟盤，可以將軟盤disk1～disk5的內容拷貝到硬盤上，注意一定要存放在C盤根目錄下，然后啟動disk1中的install軟件，一直到安裝完成。

第二步，軟件安裝完成后，在程序中有Parvex Motion Explorer名稱，開啟該軟件，出現圖5所示窗口。

圖5 起始界面

第三步，建立PME軟件與電主軸PARVEX伺服驅動通信。由于該機床CNC控制臺主機上只有一個COM口，而力士樂坐標軸驅動、PARVEX電主軸伺服驅動都是使用COM口進行通信，正常情況下，COM口被IIB板引出的COM線占用，當需要對電主軸進行參數調整時，需要將IIB板的COM線拔除。

注意：COM口不允許帶電拔插，容易燒壞端口，需要關機斷電后，再進行拔插。再將PARVEX電主軸伺服驅動的C O M線連接到菲迪亞主機的COM口，一定注意這個COM口不是在IIB板上，是在計算機主機的COM口。當電纜連接正確，COM口設置正確（根據實際主機上COM口位置設定），傳輸率設置為9 600B。當以上條件滿足后，在圖1所示起始界面上，單擊選擇連接PC的圖標后，出現圖6所示界面。

圖6 啟動界面

第四步，在啟動界面上，單擊菜單中的Connection菜單，會出現提示菜單，問是否讀取驅動中的參數，選擇“是”后，出現讀取參數進度提示界面，等待參數讀取完成，期間不要做其他動作，如圖7所示。

圖7 讀取參數進度提示界面

第五步，當連接成功后，菜單中的Connection選項會變成Disconnection，說明連接成功，然后在Parameters→Resolver→ Adjustment，對旋轉變壓器角度進行調整（見圖8）。

圖8 校準旋轉變壓器菜單選擇

第六步，單擊Adjustment菜單后出現以下界面，選擇Start按鈕，進入校準界面，旋轉OK按鈕退出此界面，如圖9所示。

圖9 是否進行旋轉變壓器校準界面

第七步，選擇Start按鈕后，出現圖10所示界面。

圖10 旋變調整界面

第八步，進入此界面后，就可以對電主軸的旋變角度進行調整，具體做法為：單擊ON按鈕，電主軸會旋轉一下，用于將電主軸機械角度定住，這時電流會達到80A左右，一定要在機床上電的情況下，單擊ON按鈕。保持ON的狀態，調整旋轉變壓器的定子線圈角度，直到內圈與外圈的兩條紅線重合，角度顯示在0.1°以內，如圖11所示。

圖11 旋變角度調整

第九步，單擊OFF按鈕，轉動電主軸上的刀柄讓外圈紅線移動120°左右，手離開刀柄，單擊ON按鈕，這時電主軸會慢速轉動，直到內外2條紅線重合，角度顯示在0.1°以內。如果角度顯示過大，重復第八步操作，直到刀柄轉動120°后，單擊ON按鈕后，角度也自動回到0.1°以內。

第十步，單擊O F F按鈕，轉動電主軸上的刀柄，讓外圈紅線移動－120°左右，重復第九步操作，直到刀柄轉動－120°后，單擊ON按鈕，角度也自動回到0.1°以內。

通過以上電主軸旋轉變壓器角度調整，使電主軸機械角度與電氣角度重合后，測試電主軸高速旋轉功能正常，能達到最高轉速24 000r/min，且電主軸溫升正常，電主軸可以正常使用。

4 結束語

對于電主軸無法高速旋轉故障，進行故障排查時，要從機械、電氣等方面進行分析，列出可能導致問題出現的各種原因，然后分別對各自的可能性進行排查，才能最終找到故障原因，排除故障，取得比較好的效果，使機床恢復正常運行。