1、数控机床装调维修技术与实训 主编 王桂莲1模块三 数控机床主轴系统的 连接、调试与维修 2h-3q任务一数控机床主轴变频系统的调试与维修【职业知识目标】掌握主轴变频系统的连接和调试方法。掌握主轴变频系统的维修和维护方法。2h-3q【职业技能目标】能连接和调试主轴变频系统。能够正确调整变频器的相关参数。能排除主轴变频系统的故障。【职业素养目标】在学习过程中体现团结协作意识和爱岗敬业的精神。培养学生的综合职业素养、认真负责的工作态度、较强的语言表达能力和动手能力。培养7S或10S的管理习惯和理念。2h-3q 1.工作对象(设备)FANUC数控机床主轴变频系统,日本安川变频器(VS616 G5/G7
2、)若干。2.工具和学习材料万用电表和电笔,安川变频器说明书。教师准备好学生要填写的考核表格(表1-1)。3.教学方法应用模拟工厂生产实际的教学模式,采用项目教学法、小组互动式教学法,讲授、演示教学法等进行教学。2h-3q 一、FANUC数控系统主轴控制方式1.FANUC数控系统主轴控制的类型(1)模拟主轴控制(2)串行主轴控制2.主轴驱动系统的组成及功能(1)普通三相异步电动机配置变速齿轮实现主轴传动传统主轴(2)三相异步电动机配置变频器实现主轴传动变频主轴(3)三相异步电动机配置变频器以及变速箱实现主轴传动变频主轴(4)主轴伺服电动机配置主轴伺服驱动器实现主轴传动伺服主轴 2h-3q普通三相
3、异步电动机配置变速齿轮实现主轴传动的示意图如图3-1所示,属于模拟主轴控制方式。图3-1普通三相异步电动机配置变速齿轮实现主轴传动的示意图2h-3q三相异步电动机配置变频器实现主轴传动的示意图如图3-2所示图3-2三相异步电动机配置变频器实现主轴传动的示意图2h-3q图3-3三相异步电动机配置变频器以及变速箱实现主轴传动的示意图2h-3q图3-4通过串行主轴伺服放大器实现主轴传动图3-4所示为串行主轴控制方式。3b-4a(5)电主轴电主轴单元把电动机和高精度主轴直接结合在一起,可减少机械传动机构,提高传动效率,实现高速、高效、高精度加工,还可消除机械传动产生的振动噪声,其外形如图3-5所示。从
4、图中可以看出,电主轴的结构十分紧凑、简洁。由于一般的电主轴速度都比较高,高速旋转时容易产生热量,因此电主轴工作时主要要解决高速加工时的散热问题。一般电主轴的轴承采用陶瓷轴承,在电动机铁心中增加油冷却通道,外部增加冷却装置把电动机本身产生的热量带走。若电主轴安装传感器,还能实现速度和位置的控制等功能。电主轴驱动系统可以选用中频变频器或主轴伺服放大器,满足数控机床高速、高精度加工的需要,属于模拟或串行主轴控制方式。3b-4a图3-5电主轴外形3b-4a图3-6日本安川变频器(VS616 G5)外形图3b-4a二、主轴通用变频器模拟量控制的主轴驱动装置采用变频器实现主轴电动机控制,有通用变频器控制通
5、用电动机和专用变频器控制专用变频电动机两种形式。1.通用变频器的组成及端子功能(1)变频器主电路的工作原理及接线主电路主要包括交直电路、制动单元电路和直交电路,如图3-7所示。1)交直电路。2)直交电路。3)制动单元电路。(2)变频器控制回路功能及端部接线如图3-8所示3b-4a图3-7安川变频器主电路端子的功能连接a)主电路b)主电路的端子排列3b-4a图3-8安川变频器控制回路端子的功能连接图a)控制回路接线端子图b)控制回路端子的排列图3b-4a2.CNC系统与变频器的信号流程图3-9所示为SSCK-20数控车床主轴驱动装置(安川变频器)的接线。(1)CNC到变频器的信号1)主轴正转信号
6、(1-11)、主轴反转信号(2-11)。2)系统故障输入信号(3-11)。3)系统复位信号(4-11)。4)主轴电动机速度模拟量信号(13-17)。5)主轴点动信号(7-11)。3b-4a图3-9SSCK-20数控车床主轴驱动装置的接线3b-4a(2)变频器到CNC的信号(通过系统的PMC)1)变频器故障输入信号(19-20)。2)主轴速度到达信号(26-27)。3)主轴零速信号(25-27)。(3)变频器到机床侧的信号1)主轴速度表的信号。2)主轴负载表的信号3b-4a一、变频器功能参数的设定及操作下面以SSCK-20数控车床为例,具体说明变频器参数的含义及设定方法,没有提到的参数按出厂时的
7、标准设定。1.A组参数2.B组参数3.C组参数4.E组参数5.L组参数3b-4a1.通用变频器常见故障及处理方法(表3-1)二、通用变频器常见故障的诊断及处理2.通用变频器故障诊断及排除的实例分析3b-4a 通用变频器常见的报警及保护为了保证驱动器安全、可靠地运行,在主轴伺服系统出现故障和异常等情况时,设置了较多的保护功能。这些保护功能与主轴驱动器的故障检测和维修密切相关。当驱动器出现故障时,可以根据保护功能的情况分析故障原因。3b-4a5)速度检测回路断线或短路报警。1)接地保护。2)过载保护。3)速度偏差过大报警。4)瞬时过电流报警。6)速度过高报警。7)励磁监控。8)短路保护。9)相序报
8、警。3b-4a任务二 FANUC系统主轴伺服系统的连接与参数调试 【职业知识目标】主轴伺服系统的连接和调试。主轴伺服系统参数的调试。【职业技能目标】能连接和调试主轴系统。能够正确调整主轴伺服系统参数。3b-4a【职业素养目标】在学习过程中体现团结协作意识,爱岗敬业的精神。培养学生的综合职业素养、认真负责的工作态度、较强的语言表达能力和动手能力。培养7S或10S的管理习惯和理念。3b-4a1.工作对象(设备)FANUC 0i-D系列数控机床主轴伺服系统。2.工具和学习材料万用电表和电笔。教师准备好学生要填写的考核表格(表1-1)。3.教学方法应用模拟工厂生产实际的教学模式,采用项目教学法、小组互
9、动式教学法、讲授、演示教学法等进行教学。3b-4a 一、FANUC系统主轴电动机介绍二、FANUC串行主轴硬件连接1.电源模块与主轴放大器模块的连接2.i主轴放大器模块与外围设备的连接3.i主轴放大器与周围设备的连接3b-4a 图3-10iI主轴电动机与编码器的外形iI主轴电动机与编码器的外形如图3-10所示,iI主轴电动机接口功能如图3-11所示。3b-4a 图3-11iI主轴电动机接口功能3b-4a图3-12i电源模块与主轴放大器模块的连接图电源模块与主轴放大器模块的连接图如图3-12所示。3b-4a图3-13i主轴放大器模块实物和接口位置a)i主轴放大器模块实物b)i主轴放大器模块接口位
10、置i主轴放大器模块实物和接口位置如图3-13所示,各部件功能见表3-4,i主轴放大器模块与外围设备的连接框图如图3-14所示。3b-4a表3-4i主轴放大器模块各部件功能3b-4a图3-14i主轴放大器模块与外围设备的连接框图3b-4aiSV伺服放大器和iSVSP伺服放大器各部件的名称与功能见表3-5。图3-15iSVSP伺服放大器总体连接图3b-4a表3-5iSV伺服放大器和iSVSP伺服放大器各部件的名称与功能3b-4a三、主轴的控制与连接主轴的控制方法主要有三种,见表3-6,其控制的主轴转速基本相同,主轴连接如图3-16所示。表3-6主轴的控制方法3b-4a图3-16主轴连接3b-4a四
11、、FANUC串行主轴参数的设定与调整1.FANUC 0i-D数控系统串行主轴参数初始化2.FANUC 0i-D数控系统主轴参数的设定与调整3b-4a 主轴相关参数的初始化设定1.串行主轴的初始化设定步骤2.模拟主轴设定与调整3.案例分析3b-4a表3-9850型数控加工中心的主轴结构参数图3-19串行主轴结构3b-4a 图3-23主轴结构图3b-4a 电主轴1.使用注意事项2.电主轴维护保养的注意事项3b-4a任务三主轴伺服系统的故障诊断与排除 【职业知识目标】熟悉直流伺服主轴的故障诊断及排除方法。掌握交流伺服主轴的故障诊断及排除方法。熟悉主轴伺服系统的维护方法。【职业技能目标】能诊断和排除直
12、流伺服主轴的故障。能诊断和排除交流伺服主轴的故障。会维护主轴伺服系统。3b-4a【职业素养目标】在学习过程中体现团结协作意识,爱岗敬业的精神。培养学生的综合职业素养、认真负责的工作态度、较强的语言表达能力和动手能力。培养7S或10S的管理习惯和理念。3b-4a 1.工作对象(设备)FANUC 0i系列数控机床主轴系统。2.工具和学习材料万用电表和电笔等。教师准备好学生要填写的考核表格(表1-1)。3.教学方法应用模拟工厂生产实际的教学模式,采用项目教学法、小组互动式教学法、讲授、演示教学法等进行教学。3b-4a 一、数控机床主轴维修概述主轴伺服系统常见的故障有以下几种。1.外界干扰2.过载3.
13、主轴定位抖动4.主轴转速与进给不匹配5.转速偏离指令值6.主轴异常噪声及振动7.主轴电动机故障二、FANUC串行主轴的维修3b-4a 一、直流主轴伺服系统故障1.直流主轴伺服系统发生故障的原因(表3-18)2.直流伺服主轴故障诊断及排除实例分析二、交流伺服主轴驱动系统常见故障的诊断与排除1.主轴不能转动,且无任何报警显示产生主轴不能转动,且无任何报警显示故障的可能原因及排除方法见表3-192.主轴速度指令无效,转速仅有12r/min主轴速度指令无效,转速仅有12r/min故障的可能原因及排除方法见表3-20。3b-4a3.速度偏差过大速度偏差过大指主轴电动机的实际速度与指令速度的误差值超过允许
14、值,一般是启动时电动机没有转动或速度上不去。速度偏差过大报警的可能原因及故障排除方法见表3-21。4.过载报警切削用量过大,频繁正、反转等均可引起过载报警,具体表现为主轴过热、主轴驱动装置显示过电流报警等。造成此故障的可能原因及排除方法见表3-225.主轴振动或噪声过大6.交流伺服主轴故障诊断及排除实例分析3b-4a三、其他主轴故障的维修四、电主轴的装拆步骤加工中心用电主轴的结构如图3-28所示3b-4a图3-28电主轴的结构简图1主轴轴系2内装式电动机3支承及润滑系统4冷却系统5松拉刀系统6轴承自动卸载系统7编码器安装调整系统8轴承3b-4a传感器的支架,如图3-29所示。图3-29传感器支架3b-4a图3-30拆除旋转切削液接头连接处和开关支架3b-4a拆除液压缸、缸筒和活塞,如图3-31所示。图3-31拆除液压缸、缸筒和活塞3b-4a拆除检测速度和主轴定位的鼠齿盘,如图3-32所示。图3-32拆除鼠齿盘3b-4a取出拉杆中的两根M4的螺钉,取出外套,更换前端拉杆接头,如图3-33所示。图3-33取出拉杆3b-4a(表3-25)表3-25考核标准与成绩评定项目表3b-4a 主轴电动机的维护要经常按照表3-26所列内容进行电动机的维护。
