電主軸無轉(zhuǎn)矩輸出故障原因分析

林超青

昌河飛機工業(yè)（集團）有限責任公司 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。運行過程中發(fā)現(xiàn)，電主軸轉(zhuǎn)速0～18000r/min時能正常旋轉(zhuǎn)，但是只要刀具接觸到工件進行加工，電主軸就停止旋轉(zhuǎn)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出電主軸速度沒有達到設定值的報警，機床無法正常切削加工。

圖1 1150U高速加工中心電主軸

2 電主軸無法正常切削加工的原因分析及處理

從故障現(xiàn)象上看，可能的原因有機械和電氣兩方面。

2.1 機械故障的可能性

該電主軸采用的是直聯(lián)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。影響主軸旋轉(zhuǎn)動作的主要有主軸軸承和主軸拉刀機構。如果電主軸軸承損壞、機械性能下降，或拉刀機構伸縮不正常，拉桿與端蓋有摩擦等，就會導致電主軸旋轉(zhuǎn)不靈活，轉(zhuǎn)矩過大，主軸在無切削動作時能正常旋轉(zhuǎn)，一旦加工就無法旋轉(zhuǎn)。

圖2 電主軸基本結構

（1）主軸軸承損壞的可能性 對于主軸軸承損壞的可能性，用主軸振動測試儀對電主軸進行測試，電主軸軸承振動測試數(shù)據(jù)見表1。發(fā)現(xiàn)主軸軸承狀態(tài)良好，主軸滾珠和滾道技術指標都滿足要求，手動旋轉(zhuǎn)主軸，主軸轉(zhuǎn)動靈活，無異響，因此主軸軸承損壞的可能性可以排除。

表1 電主軸軸承振動測試數(shù)據(jù)

（2）主軸拉刀機構故障的可能性 對于拉刀機構故障導致主軸無法切削加工的可能性，進行以下兩方面的檢查和測試。一方面反復進行換刀，并加工測試，發(fā)現(xiàn)換刀動作靈活無異常，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，沒有發(fā)現(xiàn)磨損等異常現(xiàn)象。因此拉刀機構導致主軸無法切削加工的可能性可以排除。

由于電主軸軸承和拉刀機構狀態(tài)良好，技術指標滿足要求，動作靈活，因此機械故障導致電主軸無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

電氣故障導致電主軸無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-三角形起動轉(zhuǎn)換或伺服驅(qū)動存在故障。

（1）主軸電纜有問題的可能性 主軸電纜有問題導致電主軸無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。這兩種情況都會導致主軸電流減小，輸出轉(zhuǎn)矩變小，從而導致電主軸能旋轉(zhuǎn)，但無法正常切削加工。檢查主軸電纜的接頭，發(fā)現(xiàn)電纜接頭緊固良好，無松動，無燒蝕現(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，沒有破損或斷絲現(xiàn)象。所以主軸電纜有問題而導致電主軸無法正常切削加工的可能性可以排除。

（2）主軸星形-三角形起動轉(zhuǎn)換存在問題的可能性 該主軸采用星形-三角形起動（見圖3）。如果轉(zhuǎn)換有問題，就會使主軸輸出轉(zhuǎn)矩變小，致使電主軸能旋轉(zhuǎn)，但無法正常切削加工。觀察電主軸的上電轉(zhuǎn)動過程，發(fā)現(xiàn)電主軸星形-三角形控制的交流接觸器動作正常，切換靈活，接觸器觸點無粘連現(xiàn)象，因此主軸星形-三角形起動轉(zhuǎn)換有故障的可能性可以排除。

（3）伺服驅(qū)動本身存在故障 如果伺服驅(qū)動本身存在故障，IGBT性能下降，內(nèi)阻增大，那么伺服驅(qū)動還是能夠進行逆變且輸出電流，但是由于內(nèi)阻變大，輸出電流將變小，輸出轉(zhuǎn)矩變小，電主軸就無法進行正常切削加工。對該主軸伺服驅(qū)動與坐標軸驅(qū)動進行對比測試發(fā)現(xiàn)，主軸驅(qū)動的IGBT內(nèi)阻顯著大于正常內(nèi)阻值。因此可以推斷，該主軸無法正常切削加工的原因是主軸伺服驅(qū)動的IGBT有問題而導致輸出電流變小，輸出轉(zhuǎn)矩下降，切削轉(zhuǎn)矩不夠，無法進行切削。更換主軸伺服驅(qū)動后，進行測試加工，主軸能正常進行切削加工，故障排除。

3 結束語

對于電主軸無法切削加工的故障，進行故障排查時，要從機械、電氣兩方面進行分析，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。