李军锋

昌河飞机工业（集团）有限责任公司 江西景德镇 333002

1 序言

我公司一台菲迪亚K211高速加工中心采用FIDIA C20系统，使用的是GAMFIOR E13799型号的电主轴，功率为27kW，最高转速为24 000r/min。电主轴采用PARVEX伺服驱动控制，使用旋转变压器作为速度检测元件，该类型电主轴类似于同步电动机，需要调整机械角度与电气角度重合，电主轴才能保证最大扭矩输出。

2 故障现象

菲迪亚K211高速加工中心更换备用电主轴后，在0～2 000r/m i n内能正常旋转，当转速＞2 000r/min时，电主轴无法旋转，机床出现“Spindle Drive Fault”报警，无法正常使用。

3 故障分析及处理

该电主轴是经过修理的备用电主轴，在0～2 000r/min内能正常旋转，当转速＞2 000r/min时，电主轴无法旋转，如图1所示。从故障现象上看，可能存在机械和电气等方面的问题。

图1 菲迪亚K211高速加工中心电主轴

3.1 机械故障导致电主轴无法高速旋转的可能性

该电主轴采用直联主轴，中间没有齿轮或其他减速机构，其基本结构如图2所示。影响电主轴无法高速旋转的原因可能是电主轴轴承损坏。

图2 电主轴基本结构

对于电主轴轴承损坏的可能性，我们用标准检验直棒检测电主轴近端跳动为0.005mm（电主轴出厂此项精度要求为≤0.008mm）；检测电主轴远端跳动为0.010m m（电主轴出厂此项精度要求为≤0.015mm）；检测电主轴端面跳动为0.005mm（电主轴出厂此项精度要求为≤0.010mm），如图3所示。并且手动旋转电主轴，电主轴转动灵活，无异响，因此可以排除电主轴轴承损坏的可能。

图3 电主轴精度检测

3.2 电气故障导致电主轴无法高速旋转的可能性

电气故障导致电主轴无法高速旋转的可能性有：①电主轴动力电缆有问题。②电主轴控制单元PARVEX伺服驱动存在故障。③电主轴旋转变压器角度不对。

电主轴动力电缆有问题导致电主轴无法高速旋转的原因有：电主轴动力电缆接头接触不良，接触电阻增大或电主轴动力电缆三相两两之间电阻不平衡。这两种情况都会导致电主轴电流减小，从而导致电主轴能旋转，但无法高速旋转。检查电主轴动力电缆的接头，发现动力电缆接头紧固良好，无松动、烧蚀现象，因此排除电主轴电缆接触不良的可能性。用万用表检查电主轴动力电缆三相两两之间电阻值均为0.8Ω，且三相均对地电阻无穷大。因此排除电主轴动力电缆有问题导致电主轴无法高速旋转的可能性。

如果电主轴控制单元PARVEX伺服驱动存在故障，IGBT性能下降，内阻增大，那么PARVEX伺服驱动还是能够进行逆变，输出电流，但是由于内阻变大，输出电流将变小，就无法满足电主轴高速旋转。由于现场不具备检测IGBT性能条件，我们就对其PARVEX伺服驱动进行新备件更换测试，测试结果表明电主轴还是无法高速旋转。因此也排除电主轴控制单元PARVEX伺服驱动存在故障的可能性。

将电主轴后端盖拆卸，在电主轴末端能看到旋转变压器，松动固定旋转变压器的3个固定螺栓，旋转变压器就可以沿圆周方向移动，注意不需要拆除螺栓，通过旋转电主轴就可以调整旋转变压器的角度，如图4所示。

图4 电主轴旋转变压器拆卸

电主轴旋转变压器角度调整具体方法如下。

第一步，在机床系统里安装用于调整此类型电主轴电气角度所需要的Parvex Motion Explorer(PME) 软件，该软件原本属于使用软盘安装，由于机床系统升级后，无法使用软盘，可以将软盘disk1～disk5的内容拷贝到硬盘上，注意一定要存放在C盘根目录下，然后启动disk1中的install软件，一直到安装完成。

第二步，软件安装完成后，在程序中有Parvex Motion Explorer名称，开启该软件，出现图5所示窗口。

图5 起始界面

第三步，建立PME软件与电主轴PARVEX伺服驱动通信。由于该机床CNC控制台主机上只有一个COM口，而力士乐坐标轴驱动、PARVEX电主轴伺服驱动都是使用COM口进行通信，正常情况下，COM口被IIB板引出的COM线占用，当需要对电主轴进行参数调整时，需要将IIB板的COM线拔除。

注意：COM口不允许带电拔插，容易烧坏端口，需要关机断电后，再进行拔插。再将PARVEX电主轴伺服驱动的C O M线连接到菲迪亚主机的COM口，一定注意这个COM口不是在IIB板上，是在计算机主机的COM口。当电缆连接正确，COM口设置正确（根据实际主机上COM口位置设定），传输率设置为9 600B。当以上条件满足后，在图1所示起始界面上，单击选择连接PC的图标后，出现图6所示界面。

图6 启动界面

第四步，在启动界面上，单击菜单中的Connection菜单，会出现提示菜单，问是否读取驱动中的参数，选择“是”后，出现读取参数进度提示界面，等待参数读取完成，期间不要做其他动作，如图7所示。

图7 读取参数进度提示界面

第五步，当连接成功后，菜单中的Connection选项会变成Disconnection，说明连接成功，然后在Parameters→Resolver→ Adjustment，对旋转变压器角度进行调整（见图8）。

图8 校准旋转变压器菜单选择

第六步，单击Adjustment菜单后出现以下界面，选择Start按钮，进入校准界面，旋转OK按钮退出此界面，如图9所示。

图9 是否进行旋转变压器校准界面

第七步，选择Start按钮后，出现图10所示界面。

图10 旋变调整界面

第八步，进入此界面后，就可以对电主轴的旋变角度进行调整，具体做法为：单击ON按钮，电主轴会旋转一下，用于将电主轴机械角度定住，这时电流会达到80A左右，一定要在机床上电的情况下，单击ON按钮。保持ON的状态，调整旋转变压器的定子线圈角度，直到内圈与外圈的两条红线重合，角度显示在0.1°以内，如图11所示。

图11 旋变角度调整

第九步，单击OFF按钮，转动电主轴上的刀柄让外圈红线移动120°左右，手离开刀柄，单击ON按钮，这时电主轴会慢速转动，直到内外2条红线重合，角度显示在0.1°以内。如果角度显示过大，重复第八步操作，直到刀柄转动120°后，单击ON按钮后，角度也自动回到0.1°以内。

第十步，单击O F F按钮，转动电主轴上的刀柄，让外圈红线移动－120°左右，重复第九步操作，直到刀柄转动－120°后，单击ON按钮，角度也自动回到0.1°以内。

通过以上电主轴旋转变压器角度调整，使电主轴机械角度与电气角度重合后，测试电主轴高速旋转功能正常，能达到最高转速24 000r/min，且电主轴温升正常，电主轴可以正常使用。

4 结束语

对于电主轴无法高速旋转故障，进行故障排查时，要从机械、电气等方面进行分析，列出可能导致问题出现的各种原因，然后分别对各自的可能性进行排查，才能最终找到故障原因，排除故障，取得比较好的效果，使机床恢复正常运行。