摘要：本论文主要简述的是FANUC 0I MATE C系统数控铣床实验台的安装调试过程中，数控铣床主轴部分所遇到的一些问题。重点详述了FANUC 0I MATE C系统数控铣床主轴部分故障的判断、分析和解决方法并通过实例来分析数控铣床主轴部分的故障诊断和维修方法。本论文的技术难点在于如何明确的分析出对于数控铣床的一些故障诊断方向。最后本人对这次毕业制作进行了总结，并给出了数控铣床常见的故障诊断方法以及在制作过程中的参考文献。
关键词：FANUC 0I MATE C系统；故障诊断；维修方法
1.1数控机床主轴传动方式配置及特点
1.普通笼型异步电动机配变频器
这种配置方式一般会采用带传动，经过传送带一级降速，提高提速主轴的输出力矩。系统可以通过加工程序指令的S代码控制主轴速度，从而实现主轴的无极调速。主轴电动机只有工作在约200r/min以上才能有比较满意的输出，否则因为受到普通电动机最高转速的影响，主轴的转速范围受到较大的限制。这种方案使用与需要无极调速但对低俗和高速都不要求的场合。
2.三相异步电动机配齿轮变速箱及变频器
主轴的速度换挡可通过系统加工程序的M代码进行自动控制,再通过变频器实现每档位内的无极调速控制.这种主轴配置方式不仅满足了低速大切削力的要求,而且扩大了机床的加工范围,提高了主轴的调速范围,目前主要应用于普及型数控车床或者要求比较高的普通型数控车床上.
3.伺服主轴驱动系统
这种主轴配置方式应用于中、高档的数控车床、数控铣床和加工中心上。
伺服主轴驱动系统具有响应快、速度高、过载能力强的特点，主轴速度通过系统加工程序的S代码实现无极调速控制。伺服主轴驱动方式还可以实现主轴定向停止（即主轴准停）、刚性攻螺纹、主轴进给功能等对主轴位置控制性能要求很高的加工。
2.1异步电动机变频调速原理
1.变频调速（压频比U/f调速）
交流异步电动机的转速n表达式为：
式中，f为定子电源频率，Hz;p为磁极对数，s为转差率。有公式可知异步电动机的调速方法有三种：一是改变转差率s，低速时转差率大，转差损耗功率也大，效率低；二是改变磁极对数p，由于p是整数，所以只能得到极差很大的有级调速，这两种方法不能满足数控机床的要求；三是改变电动机供电频率f，从而改变电动机的转速，这种变速方式可以得到平滑的无极调速，变频调速从高速到低速都可以保持有限的转差率，具有高效率、宽范围等特点，是数控机床中常用的调速方法。
磁通量与感应电动势及频率的关系式为:
公式中，ɸ为每级气隙磁通量；E为每相感应电动势，其值接近外施加相电压U；ω为每相绕组有效匝数。因此，在变频调速过程中，为保持ɸ不变，即实现恒转矩控制，这就要协调f和U的变化，通常在中频区使频压比等于常数，而在低频区提升定子电压U，以补偿定子阻抗压降。当f超过感应电动机铭牌的额定频率Fn时，由于电动机额定电压的限制，U不能够再增加，这时U/f将随着f的增加而成反比例地减少，即感应电动机的每级磁通中ɸ成反比例下降，，电动机的输出转矩也相应减少（见图1）。电动机的输出功率在此区域内能够保持不变，称此区域为恒功率调速区域（Ⅱ区），而前者（f<Fn)则为恒转矩调速区域（Ⅰ区）
变频器控制的原理是把外部模拟电压（或电流）作为给定频率值，经A/D变换后作为频率的数字给定,再经斜波上升(下降)环节至U/f控制，由f给定值计算出感应电动机定子绕组的电压给定值U；再经过PWM逆变器输出三相逆变桥开关管的驱动信号，将直流电源逆变为三相交流电压，供给感应电动机。为了减少负载对转速的影响，可以通过负载检测，进行频率补偿，使电动机频率略高于给定频率。
2.矢量控制调速
矢量控制是比上述压频比控制更为复杂的变频调速方法，其主要特点是：变频器可以控制电动机的转矩，改善瞬态响应特征，具有优良的速度稳定性，而且在低频时可以提高电动机的转矩。感应电动机的矢量控制原理是根据磁场等效和坐标变换规则，将感应电动机的个定子绕组用正交的等效绕组替换，并在同步速度的旋转坐标上对电流、电压进行变换，得到与直流电动机相似的控制特性。
图1
3.1典型故障诊断
1.电动机不转
（1）.数控系统方面的可能原因
当使用模拟主轴时,系统提供0~+10V电压给变频器,从系统JA40接口的5/7脚引出。则主轴不转要注意以下问题：
梯形图*SSTP（G29.6）主轴停止信号是否通电。该信号为0时，系统输出的模拟电压为0.
主轴倍率系统提供的主轴倍率0~150%，若G30（一个字节）中全为0或者全1，即主轴倍率为0，系统输出的模拟电压为0.
PMC是否输出主轴旋转方向信号，即主轴正、反转线圈是否通电。
SIND（G33.7）决定株洲倍率由CNC（为0）还是由PMC（为1）给出。如果主轴倍率由PMC（G33.7=1）给出，而G32.0~G33.3（PMC控制主轴速度）为0，则系统的输出模拟电压为0.
主轴速度参数是否设置合理。
（2）变频器方面可能的原因
检查主回路：使用的是否是适当的电源电压；电动机是否正确连接；“P1”和“+”
之间的导体是否脱离。
检查输入信号：正传和反转启动信号是否有输入或者同时输入；频率设定信号是否为零；当频率设定为4~20mA时，AU信号是否接通；漏型、源型接口是否安装牢固。
检查参数设定：是否选择了反转限制；运行模式的选择是否正确，偏置和增益的设定是否正确；启动频率是否大于运行频率；各种运行频率是否为零，尤其是上限频率（Pr.1)是否为零.
检查负荷:符合是否太重;轴是否被锁定
2.电动机旋转方向相反
出现电动机旋转方向相反的故障时,可检查以下方面:输出端子U、V、W相序是否正确；启动信号（正转、反转）是否连接正确；变频器RUN旋转方向选择的设定值是否正确。
参考文献
[1]Beijing FANUC 0i-MODEL C
[2]2.XK7136C数控铣床 使用说明书 鲁南机床有限公司
[3]数控机床电气系统的装调与维修（FANUC-0i系统） 化学工业出版社 黄登红 主编.
作者简介：尚发宏（1968.08-），男，陕西省渭南市临渭区人，学历：专科，职称：初级，研究方向：机械工程。
论文作者:尚发宏
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月51期
论文发表时间:2019/12/6
标签：主轴论文; 电动机论文; 频率论文; 系统论文; 电压论文; 变频器论文; 无极论文; 《知识-力量》2019年11月51期论文;