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      摘要: 對FANUC 0I-MD 數(shù)控銑床在硬件連接正確、電氣和機械部分無故障的情況下主軸不轉(zhuǎn)，通過修改參數(shù)排除主軸不轉(zhuǎn)故障后又發(fā)生實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速不一致的現(xiàn)象進行分析，繼而找到這一主軸常見故障的解決方法。 

      主軸作為數(shù)控機床的重要部件，為切削加工提供主要的切削力。數(shù)控銑床在正常工作時，主軸可以按照程序中的M 和S 指令以給定的轉(zhuǎn)速和方向轉(zhuǎn)動。文中以FANUC 0I-MD 數(shù)控銑床在硬件連接正確、電氣和機械部分無故障的情況下主軸不轉(zhuǎn)，通過修改參數(shù)排除主軸不轉(zhuǎn)故障后又發(fā)生實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速不一致的現(xiàn)象進行分析，繼而找到這一主軸常
見故障的解決方法。

       1、 主軸工作異常現(xiàn)象描述

      (1) 一臺配備FANUC 0I-MD 數(shù)控系統(tǒng)銑床在MDI 模式下輸入指令“M03 S500;”后按“循環(huán)起動”按鍵后主軸不轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)無報警。
 
      (2) 排除主軸不轉(zhuǎn)故障后，主軸實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速不一致。
 
 
      2 、查找主軸工作異常的原因和故障排除方法

      2. 1 主軸不轉(zhuǎn)故障分析與排除

      引發(fā)主軸不轉(zhuǎn)故障的原因是多方面的，主要有機械、電氣、系統(tǒng)方面的原因，可按照“先電氣、后機械、最后系統(tǒng)”的順序進行故障排除。

       (1) 由于系統(tǒng)無報警，可初步判斷不是接線引發(fā)的故障。為保險起見，仔細檢查了數(shù)控系統(tǒng)各接口的連接情況，排除了電氣方面的原因。

       (2) 通過手轉(zhuǎn)動主軸發(fā)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動比較靈活，排除了機械方面的原因。
 

       (3) 系統(tǒng)參數(shù)。根據(jù)伺服控制和硬件連接方式不同，數(shù)控機床的主軸分為模擬主軸和串行主軸兩種形式。如圖1 所示，此例為串行主軸，主軸電動機直接與主軸相連，即主軸電機轉(zhuǎn)速S電機等于主軸轉(zhuǎn)速S主軸。

        
  
                             圖1 數(shù)控銑床主軸形式

      根據(jù)數(shù)控銑床的主軸形式、主軸電機型號(αiI3 /10000) 和位置編碼器型號等參數(shù)，重新檢查和核對圖2 和表1 中的幾個重要主軸參數(shù)，最后發(fā)現(xiàn)是由于未設(shè)置3736 參數(shù)(初始值為零) 導致指令雖然已被系統(tǒng)讀入和執(zhí)行，但主軸并不轉(zhuǎn)動。
   

                                     圖2 主軸設(shè)定

                                     表1 主軸參數(shù)

      將3736 參數(shù)設(shè)置為4 095，對應(yīng)主軸電動機最高鉗制速度等于主軸電動機最高轉(zhuǎn)速10 000 r /min 后主軸仍然無法正常啟動。

      (4) PMC 梯形圖及參數(shù)。從系統(tǒng)中調(diào)出梯形圖檢查在“M03 S500;”指令下G70. 5 線圈得電情況，如圖3 所示。在Ｒ207. 2 繼電器觸點(M03 指令觸點) 閉合的情況下，只有K0000. 7 保持繼電器觸點閉合，G70. 5 線圈才可得電，主軸才可以正轉(zhuǎn)。將K0000. 7 值強制置1 ( 圖4 )， 重新輸入“M03S500;”指令后按“循環(huán)起動”后主軸起動，故障解除。
   

                               圖3 PMC 梯形圖

                            圖4 K0000. 7 參數(shù)強制

 
      2. 2 主軸實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速不一致故障分析與排除

      在排除主軸不轉(zhuǎn)故障后發(fā)現(xiàn)，主軸實際轉(zhuǎn)速為1 001 r /min， 與指令“S500”轉(zhuǎn)速不一致， 如圖5 所示。

                                    圖5 主軸實際轉(zhuǎn)速

      此例中主軸電動機與主軸同軸連接，即傳動比為1 ∶ 1，只有一擋即3741 擋。影響主軸實際速度的參數(shù)主要為4020、3736 和3741 三個參數(shù)，為找到主軸實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速不一致的原因，按照這三個參數(shù)的變化組合得到兩組主軸實際轉(zhuǎn)速的實驗數(shù)據(jù)，如表2 所示。

     大多數(shù)數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速都分低、中、高和超高4 擋，各檔主軸最高轉(zhuǎn)速分別由3741 ～ 3744 四個參數(shù)設(shè)定。如果只有一擋，系統(tǒng)默認的主軸最高轉(zhuǎn)速由3741 參數(shù)設(shè)定，此例中的數(shù)控銑床主軸只有一擋。由表2 實驗數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論: 4020 和3741 ～3744 參數(shù)之間反映的是實際主軸電機與主軸之間的傳動比關(guān)系，而3736 參數(shù)體現(xiàn)的是限制主軸電機的最高速度。在此例中，主軸電機與主軸同軸，故傳動比為1 ∶ 1。因此，只有當3741 參數(shù)與4020 參數(shù)設(shè)置為一樣時，主軸實際轉(zhuǎn)速才會有可能等于指令轉(zhuǎn)速。但如果指令轉(zhuǎn)速超過了3736 設(shè)定的主軸電機最高轉(zhuǎn)速，則主軸實際轉(zhuǎn)速將會被限制在3736 設(shè)定的轉(zhuǎn)速以下，表2 中? 號表明的就是這個問題。

      如當4020 參數(shù)設(shè)置為10 000 r /min、3741 參數(shù)設(shè)置為1 000 r /min， 此時系統(tǒng)認為的傳動比為10 000 ∶ 1 000 = 10 ∶ 1，即電機轉(zhuǎn)10 轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)1 轉(zhuǎn)。同時，3736 參數(shù)設(shè)置為4 095 (對應(yīng)主軸最高轉(zhuǎn)速為10 000 r /min)，此時執(zhí)行“M03 S500”指令時要讓主軸轉(zhuǎn)速能達到500 r /min，電機必須達到5 000 r /min。由于實際上電機和主軸為同軸連接，傳動比為1 ∶ 1，所以系統(tǒng)顯示的主軸實際轉(zhuǎn)速為5 000 r /min，這就是說導致主軸實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速不一致的原因就是由于參數(shù)設(shè)置錯誤，沒有按照機床主軸機械傳動的實際情況設(shè)置參數(shù)。將3741 參數(shù)改為10 000則故障排除。

      又如當4020 參數(shù)和3741 參數(shù)都設(shè)置為10 000，同時3736 參數(shù)設(shè)置為410 ( 對應(yīng)主軸最高轉(zhuǎn)速為1 000 r /min)，此時執(zhí)行“M03 S1100”指令時系統(tǒng)顯示的主軸實際轉(zhuǎn)速并不是1 100 r /min，而是1 000r /min。這是由于3736 參數(shù)將主軸實際轉(zhuǎn)速限制在1 000 r /min 以下的原因。將3736 參數(shù)改為大于1 100則故障排除。

      綜上所述，主軸實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速不一致的原因主要有兩點: (1) 4020 和3741 兩個參數(shù)的設(shè)置沒有體現(xiàn)主軸電機與主軸之間正確的傳動比，即這兩個參數(shù)的設(shè)置一定要參照實際的主軸機械傳動情況，計算出正確的傳動比后再進行相應(yīng)設(shè)置; (2)要充分考慮3741 ～ 3744 各擋的最高轉(zhuǎn)速值，只有指令轉(zhuǎn)速在最高轉(zhuǎn)速之下時才能保證實際轉(zhuǎn)速等于指令轉(zhuǎn)速。

                                                             表2 實際轉(zhuǎn)速實驗數(shù)據(jù)

      以一臺FANUC 0I-MD 數(shù)控銑床主軸工作異常的情況展開分析，查找引發(fā)主軸故障的真正原因，再通過分析、實驗得出結(jié)論: (1) 除了硬件連接、電氣和機械部分故障原因外，系統(tǒng)參數(shù)不完整、PMC梯形圖參數(shù)缺失及參數(shù)設(shè)置不準確等原因都可以導致主軸不能正常工作; (2) 在進行主軸故障排除時，按照先電氣、再機械、最后系統(tǒng)的順序可以提高故
障的排查效率; (3) 在保證主軸參數(shù)正確完整后，還要對PMC 梯形圖參數(shù)進行查漏補缺，排除主軸不轉(zhuǎn)這一常見故障; (4) 4020、3741 ～ 3744 之間反映的是主軸電機與主軸各擋轉(zhuǎn)速間的傳動比關(guān)系，要根據(jù)電機型號、位置編碼器型號及機械傳動比等實際情況進行認真計算和賦值，不能隨意設(shè)置; (5)3736 參數(shù)值要大于程序中S 指令值，否則將出現(xiàn)S指令值被3736 參數(shù)中的主軸最高轉(zhuǎn)速所限制而出現(xiàn)指令轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速不一致的現(xiàn)象。以上5 點將為從事數(shù)控維修工作人員排除主軸方面的故障提供一定的借鑒和參考。