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机床配件故障诊断--直流主轴驱动的故障诊断

日期：2009年10月27　来源：本站原创　关键字：机床配件
    由于直流调速性能的优越性，直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中得到广泛应用．主轴电动机驱动多采用晶闸管调速的方式。
    1．控制回路
    控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭环调速系统，其中内环是电流环，外环是速度环。主轴电动机为他励式直流电动机，励磁绕组与电枢绕组无连接关系，由另一路直流电源供电。
    2．主电路
    数控机床直流主轴电动机由于功率较大，且要求正、反转及停止迅速，故驱动装置往往采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统，这样在制动时，除了缩短制动时问外，还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网。
    逻辑无环流可逆系统是利用逻辑电路，使一组晶闸管在工作时，另一组晶闸管的触发脉冲被封锁，从而切断正、反两组晶闸管之间流通的电流(简称环流)。
    机床配件逻辑电路必须保证系统满足下述条件：
    (1)只允许向一组晶闸管提供触发脉冲。
    (2)只有当工作的那一组晶闸管断流后才能撤销其触发脉冲，以防止晶闸管处于逆变状态时，未断流就撤销触发脉冲，以致出现逆变颠覆现象，造成故障。
    (3)只有当原先工作的那一组晶闸管完全关断后，才能向另一组晶闸管提供触发脉冲，以防止出现过大的电流。
    (4)任何一组晶闸管导通时，都要防止晶闸管输出电压与电动机电动势方向一致，导致电压相加，使瞬时电流过大。
例 某加工中心采用直流主轴电动机、逻辑无环流可逆调速系统。当用M03指令启动时有“咔、咔”的冲击声，电动机换向片上有轻微的火花，启动后，无明显的异常现象；用M05指令使主轴停止运转时，换向片上出现强烈的火花，同时伴有“叭、叭”的放电声，随即交流回路的保险丝熔断。火花的强烈程度与电动机的转速有关，转速越高，火花越大，启动时的冲击声也越明显。用急停方式停止主轴，换向片卜没有任何火花。该机床的主轴电动机有两种制动方式：
    (1)电阻能耗制动，只用于急停。
    (2)回馈制动用于正常停机(M05)。
    机床配件主轴直流电动机驱动系统是一个逻辑无环流可逆控制系统，任何时候不允许正、反两组晶闸管同时工作，制动过程为“本桥逆变一电流为零一他桥逆变制动”。根据故障特点，急停时无火花，而用M05时有火花，说明故障与逆变电路有关。他桥逆变时，电动机运行在发电机状态，导通的晶闸管始终承受着正向电压，这时晶闸管触发控制电路必须在适当时刻使导通的晶闸管受到反压而被迫关断。若是漏发或延迟了触发脉冲，则已导通的晶闸管就会因得不到反压而继续导通，并逐渐进入整流状态，其输出电压与电动势成顺极性串联，造成短路，引起换向片上出现火花、熔丝熔断的故障。同理，对于启动过程中的整流状态，若漏发触发脉冲，则已导通的晶闸管会在经过自然换向点后自行关断，这将导致晶闸管输出断续，造成电机启动时的冲击。因此，本故障是由晶闸管的触发电路故障引起的。
    例 某加工中心主轴在运转时抖动，机床配件主轴箱噪声增大，影响加工质量。经检查主轴箱和直流主轴电动机正常，为此把检查转移到主轴电动机的控制系统上来。
    经测试，机床配件速度指令信号正常，而速度反馈信号出现不应有的脉冲信号，问题出在速度检测元件即测速发电机上。当主轴电动机运转时，带动测速发电机转子一起运转，这样测速发电机输出正比于主轴电动机转速的直流反馈电压。经检查，测速发电机碳刷完好，但换向器因碳粉堵塞，而造成一个绕组断路，使得测速反馈信号出现规律性的脉冲，导致速度调节系统调节不平稳，使驱动系统输出的电流忽大忽小，从而造成电动机轴的抖动。用酒精清洗换向器，彻底消除碳粉，即可排除故障。

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