FANUC主轴驱动系统的故障诊断与维修

7.2 FANUC主轴驱动系统的故障诊断与维修 FANUC公司生产的主轴驱动系统，主要可以分为直流主轴驱动系统与交流主轴驱动系统两大类。 直流主轴驱动系统通常用于20世纪80年代以前的数控机床上，多与FANUC 5、6、7系统配套使用。此类机床由于其使用时间己较长，一般都到了故障多发期，但由于当时数控机床的价格通常都比较昂贵，在用户中属于大型、精密、关键设备，保养、维护通常都较好，因此在企业中继续使用的情况比较普遍，维修过程中遇到的也较多。 在交流主轴驱动系统方面，FANUC公司作为全世界最早开发交流主轴驱动系统的厂家之一，自1980年成功开发交流主轴系统以来，已经生产了多个系列的交流主轴驱动系统产品。作为数控机床维修中的常见产品，主要有以下几种： 1)A06B—10**(AC Model 1-40)系列交流主轴电动机与A06B-6044系列交流主轴驱动器配套组成的模拟式交流主轴驱动系统系列产品。该系列主轴驱动系统为FANUC公司80年代初期的常用产品，主要配套的系统有FANUCll、FANUC0、FANUC 6等。该系列产品驱动器主回路采用PWM控制、大功率晶体管驱动的型式，输出功率范围为1.5~37kW。驱动器采用了微处理器数字控制技术，带有速度、方向、起停控制信号接口与D/A转换器、实际转速/转矩信号输出、电气主轴定向准停(附加功能)等功能。驱动器具有良好的响应特性，在整个速度范围内工作平稳、振动和噪声较小，其中5.5kW以上的驱动器采用了回馈制动技术，可有效节能。 主轴电动机全封闭的结构型式，硅钢片直接空气冷却，结构紧凑，可以在浮尘、切削液飞溅的场合安全、可靠地工作。2)A06B-10“(ACModell-40)系列交流主轴电动机与A06-6055系列数字式交流主轴驱动器配套组成的数字式交流主轴驱动系统系列产品。该系列产品所使用的主轴电动机与模拟式交流主

轴系统相同，但驱动器为数字式。驱动系统在攻螺纹、定位刚性、快速性与操作性能上有了较大的改进，其余性能与模拟式交流主轴系统相似。 3)A06B-07**系列交流主轴电动机与A06-6059系列数字式交流主轴驱动器配套组成的交流主轴驱动系统系列产品。该系列主轴驱动系统为FANUC公司20世纪80年代中期开发的交流主轴改进型产品，主要配套的系统有FANUCll、FANUC0、FANUCl5等。该系列产品可分为S系列(标准型)、P系列(广域恒功率调速)、H系列(高速润滑脂)、VH系列(高速油雾润滑)、HV系列(高电压输入)等几个系列。产品一般与A06-6059系列数字式交流主轴驱动器配套使用，其中，S系列为常用产品，在数控机床上使用最广。该系列产品主电动机采用了电磁心定子直冷的冷却型式，与早期的主轴驱动系统相比，提高了输出功率与转速，减小了系统的体积与重量；驱动器采用了更先进的控制技术和电子元器件，进一步提高了系统的性能。驱动系统功能强、可靠性好，在数控机床上得到了广泛应用，是数控机床维修过程中常见的主轴驱动系统之一。 4)FANUC α/ai系列主轴驱动系统，它是FANUC公司的最新产品，其中αi系列主轴驱动系统为本世纪初开发的最新数控机床主轴驱动系统系列产品，是α系列的改进型。 α/αi系列产品共有标准型α/αi系列、广域恒功率输出型αP/αPi系列、经济型αC/αCi系列、中空型(αT/αTi系列、强制冷却型αL/αLi系列、高电压输入型α(HV)/α(HV)i系列、高电压输入广域恒功率输出型αP(HV)/αP(HV)i系列、高电压输入中空型αT(HV)/αT(HV)i系列、高电压输入强制冷却型αL(HV)/αL(HV)i系列等产品。其中αLi系列最高输出转速为20000r/min、α(HV)i系列最大额定输出功率可达l00kW，可满足绝大多数数控机床的主轴要求。该系列产品的主要特点如下： ①通过绕组转换功能，进一步增加了高速输出范围，缩短了加/减速时间，对于αPi系列，其恒功率输出范围比α系列扩大了1.5倍。 ②采用了最新的定子直接冷却方式，进一步减小了电动机外型尺寸，提高了输出功率和转矩。 ③通过精密的铝合金转子和严格的动平衡，使电动机在高速时振动级达到了V3级。 ④可以选择不同的排风

方向，尽可能减小机床热变形，同时通过最优的冷却通道设计，进一步改善了冷却性能。 ⑤根据不同的使用要求，主电动机可以选用两种不同类型的内装式位置/速度测量装置。即：具有A/B两相输出的Mi型编码器与具有A/B两相输出及零脉冲输出的Mzi型编码器，以满足不同用户的使用要求。 αi系列产品与α系列相比，其主要性能在以下两个方面作了改进： ①通过使用高速绕组，提高了高速区的输出功率，解决了α系列在高速区域(8000-12000r/min)输出功率下降的问题。 ②广域恒功率输出型(αPi系列)的电动机额定转速由750r/min降至为500r/min，使恒功率调速范围扩大了1.5倍(从1:10.6提高到1:16)。 FANUC α/αi系列数字式主轴驱动系统(驱动器型号为A06-6078/6072系列)一般与FANUC 0C、FANUC l5、FANUC l6/18/20等系列数控系统配套使用。 7.2.1 FANUC直流主轴驱动系统的故障诊断与维修 1.FANUC直流主轴驱动系统的保护功能 为了保证驱动器的安全、可靠运行，FANUC直流主轴伺服系统在出现故障和异常等情况时，设置了较多的保护功能，这些保护功能与直流主轴驱动器的故障检测与维修密切相关。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。 (1)接地保护 在伺服单元的输出线路以及主轴电动机内部等出现对地短路时，可以通过快速熔断器瞬间切断电源，对驱动器进行保护。 (2)过载保护 当驱动器、电动机负载超过额定值时，安装在电动机内部的热开关或主回路的热继电器将动作，对电动机进行过载保护。 (3)速度偏差过大报警 当主轴电动机的速度由于某种原因，偏离了指令速度且达到一定的误差后，将产生警报，并进行保护。 (4)瞬时过电流报警 当驱动器中由于内部短路、输出短路等原因产生异常的大电流时，驱动器将发出报警并进行保护。 (5)速度检测回路断线或短路报警 当测速发电机出现信号断线或短路时，驱动器将产生报警并进行保护。 (6)速度超过报警 当检测出的主轴电动机转速超过额定值的115％时，驱动器将发出报警并进行保护。 (7)励磁监控 如果主轴电动机励磁电流过低或无励磁电流，为防止飞车，驱动器将发出报警并进行保护。 (8)短路保护 当主回路发生短路时，