李德恒，聂浩锋，彭　敏

（广州昊志机电股份有限公司，广州广东510000）

电主轴故障诊断与分析

李德恒，聂浩锋，彭敏

（广州昊志机电股份有限公司，广州广东510000）

介绍电主轴的结构和常用的驱动控制方式，并且针对实际应用中电主轴常见的故障进行分析研究，总结了解决电主轴常见故障的诊断方法与解决措施。

电主轴；故障诊断；故障分析

随着航天、汽车以及其他行业的不断发展，机床向高速化发展已经成为一种不可阻挡的潮流［1］。由于电主轴相对于传统的直联或皮带主有着无可比拟的优点，已经成为了高速加工中心及数控机床的核心部件，在促进高速、超高速切削技术的应用与发展、简化机床的结构、降低机床的制造成本以及提高机床的可靠性等多个方面都发挥着巨大的作用，因此在机床行业中得到了越来越广泛的应用，所以电主轴的工作性能也越来越受到业内人士的关注。电主轴运行的稳定性和可靠性很大程度上就决定了机床的工作精度，因此正确的日常维护与保养可以使其发挥高速、大功率的特性，延长使用寿命。本文通过分析归纳了电主轴在日常使用中出现的故障原因及解决方法，可以帮助维护人员快速诊断并解决主轴出现的故障。

1　电主轴的结构及其特点

所谓电主轴，就是将传统直联、皮带主轴的驱动电动机的转子和定子装入主轴的内部，再配合其它安全保障措施，使机床主轴与驱动电机实现一体化，因此被称为内装式电主轴，其基本结构如图1所示。由于电主轴的结构是将电动机装入主轴内部，省去了电动机与机床主轴之间的传动连接部分，实现了机床主轴系统的“零传动”。它具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等特点［2］。

图1　主轴基本结构

根据控制方法来分类，目前电主轴的驱动控制方式主要有两种：一种是采用交流变频器驱动的开环控制方式，一般应用在对速度控制精度要求不高以及手动换刀的场合；另一种是采用驱动器驱动的闭环控制方式，由于闭环控制需要在主轴上安装编码器，而且驱动器的价格也比变频器高，所以成本较开环控制的要高，主要应用在需要精确速度控制和实现准停功能的场合，如：加工中心、钻攻中心等。

2　电主轴常见故障分析

从电主轴的结构和驱动方式来看，电主轴使用中出现的故障大致能分为两类［3］。一类是机械故障，主要有：一是，电主轴运转时振动大、异响；二是，主轴密封泄漏；三是，主轴发热严重；四是，主轴抱死；五是，其它机械方面的故障。另一类则是电气故障，主要有：一是，启动困难；二是，主轴升速或减速慢；三是，出现过电流、过电压现象；四是，其它电气方面的故障。

上面根据电主轴发生故障时出现的现象将故障分为机械和电气两大类。但是实际遇到的问题可能是多个故障互相作用而引起的，不过机械故障的检测相对比电气故障更容易发现，所以在排除故障原因时，可以按先机械后电气的顺序。

2.1电主轴运转时振动大、异响

故障分析：电主轴的振动使加工工况不稳定，影响加工精度，而异响现象出现后通常也会随着差振动大的现象出现。造成主轴振动和异响的原因主要有：主轴动不平衡量过大；轴承安装精度低或轴承已经磨损损坏；轴承预载荷过小；电机转子与定子同轴度太差导致气隙不均匀等。

故障排除：对于只出现振动大而没有异响现象的主轴，可先对主轴重新做动平衡检测，如果重新动平衡后仍无改善，则需要拆缷主轴对轴承座、机体、轴芯等零件作尺寸精度检测，然后更换轴承，重新装配调试。

2.2主轴发热温升高

故障分析：电主轴运转时主要的热量来源有：内装电机发热、轴承转动发热以及加工切削热等。因此，导致主轴发热的原因有：冷却水路堵塞、不通畅；选用了低等级精度的轴承、安装配合过紧；轴承预载荷太大；轴承磨损损坏；电机电流过大；加工进刀量过大等。

故障排除：检查并疏通冷却水路；复查装配过程记录，检查轴承的精度等级、配合公差和预载荷是否合适；检查电机三相电阻是否平衡，耐电压测试是否通过，电频器参数设置是否正确；控制加工进刀量。

2.3启动困难

故障分析：插头接触不良或没有接通；变频器功率太小；变频器参数设置错误；电机定子引出线接线错误或定子绕组损坏等都会造成电主轴启动困难。大多数情况下，启动困难的原因都是电机定子出现问题。

故障排除：首先检查主轴的接线是否正确，然后再确认变频器功率是否与主轴匹配，变频器的参数按使用说明书重新设置，最后再对电机作三相电阻平衡检测、耐电压测试。

2.4出现过电流现象

故障分析：主轴出现过电流现象的原因有以下几种：电源电压太高；转子和定子的气隙过大；定子绕组匝间耐压性能不良，长期运转时匝间放电而导致击穿。

故障排除：检查电源电压和变频器的参数设置；测量定子与转子之间的气隙是否符合设计要求；检查主轴定子绕组的对地绝缘、耐电压测试和三相电阻的平衡状态，对于因匝间击穿而产生过电流的定子应改用漆皮较厚和耐电压性能更好的铜线。

3　结束语

随着电主轴在机床行业中越来越广泛的应用，作为机床的核心功能零部件，其运行的稳定性和可靠性很大程度上就决定了机床的工作精度，因此正确的日常维护与保养可以使其发挥高速、大功率的特性，延长使用寿命。本文通过分析归纳了电主轴在日常使用中出现的故障原因及解决方法，可以帮助维护人员对生产过程中出现的各种故障进行快速的诊断，确定故障原因并采取相应的解决措施，最大限度地减少设备的停机状态。但在实际的生产应用中，电主轴发生故障往往是由于操作人员操作不当而引起的，因此在操作人员上岗前对其进行必要的技术培训，使其对机床和主轴有充分的认识，可以有效地减少故障的出现。

［1］李永芳，张启萍，王瑞，等.高速电主轴系统热变形分析及抑制措施［J］.制造技术与机床，2012，（02）:92-98.

［2］籍永建，王红军.电主轴故障分析及提高其可靠性措施［J］.机械工程师，2015，（01）:7-9.

［3］冯金冰.数控磨床电主轴故障诊断与分析［J］.制造技术与机床，2011，（04）:111-113.

Fault Diagnosis and Analysis ofMotorized Spindle

LIDe-heng，NIE Hao-feng，PENGMing
（Guangzhou Hao Chi Electrical Limited by Share Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000，China）

Introduce the structure of motorized spindle and its drive plan，then summarize and provide reference methods of motorized spindle maintenance after studies on the frequent faults of motorized spindle in practical application.

motorized spindle；fault diagnosis；fault analysis

TH16

B

1672-545X（2016）05-0189-02

2016-02-27

李德恒（1986-），男，广东广州人，本科，机械工程师，研究方向：机械设计。