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機床配件故障診斷--直流主軸驅動的故障診斷

日期：2009年10月27　來源：本站原創　關鍵字：機床配件
    由于直流調速性能的優越性，直流主軸電動機在數控機床的主軸驅動中得到廣泛應用．主軸電動機驅動多采用晶閘管調速的方式。
    1．控制回路
    控制回路采用電流反饋和速度反饋的雙閉環調速系統，其中內環是電流環，外環是速度環。主軸電動機為他勵式直流電動機，勵磁繞組與電樞繞組無連接關系，由另一路直流電源供電。
    2．主電路
    數控機床直流主軸電動機由于功率較大，且要求正、反轉及停止迅速，故驅動裝置往往采用三相橋式反并聯邏輯無環流可逆調速系統，這樣在制動時，除了縮短制動時問外，還能將主軸旋轉的機械能轉換成電能送回電網。
    邏輯無環流可逆系統是利用邏輯電路，使一組晶閘管在工作時，另一組晶閘管的觸發脈沖被封鎖，從而切斷正、反兩組晶閘管之間流通的電流(簡稱環流)。
    機床配件邏輯電路必須保證系統滿足下述條件：
    (1)只允許向一組晶閘管提供觸發脈沖。
    (2)只有當工作的那一組晶閘管斷流后才能撤銷其觸發脈沖，以防止晶閘管處于逆變狀態時，未斷流就撤銷觸發脈沖，以致出現逆變顛覆現象，造成故障。
    (3)只有當原先工作的那一組晶閘管完全關斷后，才能向另一組晶閘管提供觸發脈沖，以防止出現過大的電流。
    (4)任何一組晶閘管導通時，都要防止晶閘管輸出電壓與電動機電動勢方向一致，導致電壓相加，使瞬時電流過大。
例 某加工中心采用直流主軸電動機、邏輯無環流可逆調速系統。當用M03指令啟動時有“咔、咔”的沖擊聲，電動機換向片上有輕微的火花，啟動后，無明顯的異常現象；用M05指令使主軸停止運轉時，換向片上出現強烈的火花，同時伴有“叭、叭”的放電聲，隨即交流回路的保險絲熔斷。火花的強烈程度與電動機的轉速有關，轉速越高，火花越大，啟動時的沖擊聲也越明顯。用急停方式停止主軸，換向片卜沒有任何火花。該機床的主軸電動機有兩種制動方式：
    (1)電阻能耗制動，只用于急停。
    (2)回饋制動用于正常停機(M05)。
    機床配件主軸直流電動機驅動系統是一個邏輯無環流可逆控制系統，任何時候不允許正、反兩組晶閘管同時工作，制動過程為“本橋逆變一電流為零一他橋逆變制動”。根據故障特點，急停時無火花，而用M05時有火花，說明故障與逆變電路有關。他橋逆變時，電動機運行在發電機狀態，導通的晶閘管始終承受著正向電壓，這時晶閘管觸發控制電路必須在適當時刻使導通的晶閘管受到反壓而被迫關斷。若是漏發或延遲了觸發脈沖，則已導通的晶閘管就會因得不到反壓而繼續導通，并逐漸進入整流狀態，其輸出電壓與電動勢成順極性串聯，造成短路，引起換向片上出現火花、熔絲熔斷的故障。同理，對于啟動過程中的整流狀態，若漏發觸發脈沖，則已導通的晶閘管會在經過自然換向點后自行關斷，這將導致晶閘管輸出斷續，造成電機啟動時的沖擊。因此，本故障是由晶閘管的觸發電路故障引起的。
    例 某加工中心主軸在運轉時抖動，機床配件主軸箱噪聲增大，影響加工質量。經檢查主軸箱和直流主軸電動機正常，為此把檢查轉移到主軸電動機的控制系統上來。
    經測試，機床配件速度指令信號正常，而速度反饋信號出現不應有的脈沖信號，問題出在速度檢測元件即測速發電機上。當主軸電動機運轉時，帶動測速發電機轉子一起運轉，這樣測速發電機輸出正比于主軸電動機轉速的直流反饋電壓。經檢查，測速發電機碳刷完好，但換向器因碳粉堵塞，而造成一個繞組斷路，使得測速反饋信號出現規律性的脈沖，導致速度調節系統調節不平穩，使驅動系統輸出的電流忽大忽小，從而造成電動機軸的抖動。用酒精清洗換向器，徹底消除碳粉，即可排除故障。

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