FANUC直流伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修——SCR速度控制單元的常見故障與維修

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：3325

        直流伺服系統(tǒng)一般用于20世紀(jì)80年代中期以前生產(chǎn)的數(shù)控機床上，這些數(shù)控機床雖然距今已經(jīng)有二十多年，但由于當(dāng)時數(shù)控系統(tǒng)的價格十分昂貴，通常只有在高、精、尖設(shè)備中才采用數(shù)控，因此，其機床的剛性、可靠性等各方面性能通常都較好，即使在今天，很多設(shè)備還是作為企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備在使用中，故直流伺服系統(tǒng)的維修仍然是今天數(shù)控機床維修的重要內(nèi)容。 

1．SCR速度控制單元的常見故障與維修 

        SCR速度控制單元的主要故障與可能的原因，常見的有以下幾種。

       (1)速度控制單元熔斷器熔斷  造成速度控制單元熔斷器燒斷的原因有下述幾種：

        1)機械故障造成負(fù)載過大。如：滑動面摩擦系數(shù)太大；齒輪嚙合不良；工件干涉、碰撞；機械鎖緊等。以上故障可通過測量電動機電流來判斷確認(rèn)。

        2)切削條件不合適。如：機床切削量過大，連續(xù)重切削等。

        3)控制單元故障。如：控制單元的元器件損壞，控制板上設(shè)定端設(shè)定錯誤，電位器調(diào)整不當(dāng)?shù)取?/div>
        4)速度控制單元與電動機間的聯(lián)接錯誤。如：速度負(fù)反饋被接成正反饋，使電動機飛車或使系統(tǒng)振蕩。   

        5)電動機選用不合適或電動機不良。如：因為直流電動機的退磁，造成需要過大的勵磁電流，從而引起速度控制單元熔斷器燒斷。

        直流電動機去磁的檢查方法如圖5-9所示。通過測量圖5-9上的電壓表和電流表指示值，并按下式計算，可以判別電動機反電勢常數(shù)足Ke是否正常，從而確定電動機是否退磁。



式中  V——測量的電壓值(V)：

I——測量的電流值(A)：

Rm——電樞電阻(Ω)；

n——電動機轉(zhuǎn)速(r/min)

Ke——電動機反電動勢系數(shù)(V/1000 r/min)。

若上式成立，則證明電動未退磁。

        不同型號的電動機，其電樞電阻和反電動勢系數(shù)的值也是不相同的，對于常用的FANUC直流伺服電動機。
6)相序不正確。SCR速度控制單元由于存在晶閘管觸發(fā)脈沖與主電路的同步問題，因此對電源的輸入有相序的要求。若相序不正確，則接通電源后將造成速度控制單元的輸入熔斷器的熔斷。相序檢查可以通過用相序表或示波器進(jìn)行，如圖5-10所示。


        用相序表測量時，在主回路與同步電源R、S、T連接一一對應(yīng)的前提下，測量R、S、T的相序，當(dāng)相序正確時，相序表應(yīng)按順時針方向旋轉(zhuǎn)(如圖5-10a)。

        用示波器測量時，在主回路與同步電源R、S、T連接一一對應(yīng)的前提下，雙線示波器按照圖5-10b連接，當(dāng)UAB、UCB的波形為圖5-10b所示時(兩個波形在相位上相差120°)，則表明相序正確。

        注意：在直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，相序必須一一對應(yīng)，因此不可以用觀察交流電動機轉(zhuǎn)向的方式，來檢查相序。 

(2)狀態(tài)指示燈顯示的報警  FANUC公司生產(chǎn)的SCR速度控制單元，在控制線路板上帶有3個狀態(tài)指示燈，它們分別為PRDY、TGLS和OVC指示燈，其含義如下：

PRDY：綠色指示燈，指示燈亮則表示速度控制單元工作正常。
TGLS：紅色指示燈，指示燈亮則表示與速度控制單元連接的測速發(fā)電機報警。

OVC：紅色指示燈，指示燈亮則表示速度控制單元發(fā)生過電流報警。

常見的故障現(xiàn)象與原因有： 

1)PRDY指示燈不亮。當(dāng)系統(tǒng)通電后，如果表示速度控制單元的PRDY指示燈不亮，則造成故障的可能原因有：

①數(shù)控系統(tǒng)或伺服驅(qū)動器(速度控制單元)存在報警。故障診斷可以通過數(shù)控系統(tǒng)的報警顯示、數(shù)控系統(tǒng)印制電路板上的報警指示以及機床的故障提示進(jìn)行，并根據(jù)以上提示的內(nèi)容與有關(guān)說明進(jìn)行處理。

②速度控制單元熔斷器熔斷。速度控制單元的功率部分和觸發(fā)電路板上，均安裝有熔斷器，當(dāng)熔斷器熔斷時，PRDY指示燈不亮。
③伺服變壓器過熱、變壓器溫度檢測開關(guān)動作。變壓器的溫度可以這樣進(jìn)行檢查：在剛切斷電源時，馬上用手觸摸變壓器的鐵心或線圈，若用手能承受得住變壓器的溫度(≤60℃)，則說明變壓器未過熱，故障原因可能是溫度檢測開關(guān)不良，應(yīng)更換溫度檢測開關(guān)；若用手只能承受幾秒鐘，則說明變壓器過熱，需要斷電半小時以上，待變壓器冷卻后再進(jìn)行試驗。如通電后仍過熱，原因可能是負(fù)載過大或變壓器不良(如變壓器線圈局部短路，絕緣損壞等)。

④來自機床側(cè)的原因。如操作、設(shè)定不當(dāng)，系統(tǒng)處于急停狀態(tài)等。

⑤系統(tǒng)的位置控制或驅(qū)動器速度控制的印制電路板不良。可以通過互換法或更換備件進(jìn)行確認(rèn)。

⑥輔助電源電壓異常。即：+5V，+24V，+15V，-15V電源故障。

⑦安裝、接觸不良。如：速度控制單元與系統(tǒng)位置控制板之間的連接不良等。

⑧驅(qū)動器發(fā)生TGLS或OVC報警。按檢查TGLS或OVC報警的方法處理。

2)TGLS燈亮。TGLS燈亮表示速度控制單元發(fā)生了測速發(fā)電機斷線報警，其可能的原因是：

①作為速度反饋的部件(如：測速發(fā)電機或脈沖編碼器)的測量信號線斷線或連接不良。

②電動機的電樞線斷線或連接不良。

3)  OVC燈亮。OVC燈亮表示速度控制單元發(fā)生了過電流報警，其可能的原因是：

①過電流設(shè)定不當(dāng)。應(yīng)檢查速度控制單元上的過電流設(shè)定電位器RV3的設(shè)定是否正確。

②電動機負(fù)載過重。應(yīng)改變切削條件或機械負(fù)荷，檢查機械傳動系統(tǒng)與進(jìn)給系統(tǒng)的安裝與連接。

③電動機運動有振動。應(yīng)檢查機械傳動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)的安裝與連接是否可靠，測速機是否存在不良。

④負(fù)載慣量過大。

⑤位置環(huán)增益過高。應(yīng)檢查伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定與調(diào)整是否正確、合理。

⑥交流輸入電壓過低。應(yīng)檢查電源電壓是否滿足規(guī)定的要求。

有關(guān)速度控制單元的設(shè)定與調(diào)節(jié)可以參見本章5.2.5節(jié)所述。

(3)超過速度控制范圍  速度控制單元超速的原因有下述幾種：

1)測速反饋連接錯誤，如：被接成正反饋或斷線。

2)在全閉環(huán)系統(tǒng)中，聯(lián)軸器、電動機與工作臺的連接不良，造成速度檢測信號不正確或無速度檢測信號。

3)位置控制板發(fā)生故障，使來自F/V轉(zhuǎn)速的速度反饋信號未輸入到速度控制單元；

4)速度控制單元設(shè)定不當(dāng)。

(4)機床振動  若坐標(biāo)軸在數(shù)控機床停止時或移動過程中出現(xiàn)振動、爬行, 除系統(tǒng)本身設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)外，在驅(qū)動器上引起機床振動的原因主要有下述幾種：

1)機械系統(tǒng)連接不良，如：聯(lián)軸器損壞等。


2)脈沖編碼器或測速發(fā)電機不良。對于脈沖編碼器或測速發(fā)電機不良的情況，可按下述方法進(jìn)行測量檢查。首先，將位置環(huán)、速度環(huán)斷開，手動電動機旋轉(zhuǎn)，觀察速度控制單元印制電路板上F/V變換器的電壓(檢測端子CHl2)，如果出現(xiàn)圖5-11所示的電壓突然下跌的波形，則說明反饋部件不良。

3)電動機電樞線圈不良(如：內(nèi)部短路)。這種情況可以通過測量電動機的空載電流進(jìn)行確認(rèn)，若空載電流隨轉(zhuǎn)速成正比增加，則說明電動機內(nèi)部有短路現(xiàn)象。出現(xiàn)本故障一般應(yīng)首先清理換向器、檢查電刷等環(huán)節(jié)，再進(jìn)行測量確認(rèn)。如果故障現(xiàn)象依然存在，則可能是線圈匝間有短路現(xiàn)象，應(yīng)對電動機進(jìn)行維修處理。   

4)速度控制單元不良。應(yīng)首先檢查速度控制單元的調(diào)整與設(shè)定，若調(diào)整與設(shè)定正確，可通過更換速度控制單元的印制電路板或進(jìn)行維修處理。

5)外部干擾。對于固定不變的干擾，可檢查F/V變換器(CH2檢測端子)，電流檢測(CHll)端子，以及同步端(CHl3A~C)的波形，檢查是否存在干擾，并采取相應(yīng)的措施。對于偶然性干擾，只有通過有效的屏蔽、可靠的接地等措施，盡可能予以避免。

6)系統(tǒng)振蕩。應(yīng)觀察電動機電流的波形是否有振蕩，引起振蕩的可能原因是RVl調(diào)整不當(dāng)，測速機不良，或是絲杠的間隙太大等原因。

(5)超調(diào)  當(dāng)速度控制單元本身無故障時，造成系統(tǒng)超調(diào)的原因有下述幾種：

1)伺服系統(tǒng)速度環(huán)增益太低或位置環(huán)增益太高�？梢酝ㄟ^調(diào)整速度控制單元電位器RVl，提高速度環(huán)增益；或通過改變系統(tǒng)的機床參數(shù)，降低位置環(huán)增益進(jìn)行優(yōu)化。此外，還可以通過改變速度控制單元的S6、S7、S9設(shè)定等措施解決。 

2)提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)和機械進(jìn)給系統(tǒng)的剛性。 

(6)單脈沖進(jìn)給精度差  產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有以下幾種：

1)機械傳動系統(tǒng)的間隙、死區(qū)或精度不足。應(yīng)重新調(diào)整機械傳動系統(tǒng)消除間隙，減小摩擦阻力，提高機械傳動系統(tǒng)的靈敏度。
2)伺服系統(tǒng)速度環(huán)或位置環(huán)增益太低。這時可以通過調(diào)整速度控制單元的電位器RVl解決。

(7)低速爬行  在伺服進(jìn)給系統(tǒng)元器件本身無故障時，造成低速爬行的原因有以下幾種：

1.)系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生低速振蕩。

2)機械傳動系統(tǒng)慣量過大。對于這種情況，有時可以通過改變印制電路板上速度控制單元的S8設(shè)定(使其斷開)，以及重新調(diào)整RVl解決。

(8)圓弧切削時切削面出現(xiàn)條紋  造成這一現(xiàn)象的原因有以下幾種：

1)伺服系統(tǒng)增益設(shè)定不當(dāng)。可以通過降低位置增益、提高速度環(huán)增益解決。
2)檢查、確認(rèn)速度控制單元的CHll端子上的電流波形，確認(rèn)電流是否連續(xù)。

3)檢查機械傳動系統(tǒng)是否有連接松動、間隙等。


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