工作數(shù)小時(shí)后出現(xiàn)劇烈振動的故障維修

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:2942

故障現(xiàn)象:某采用FANUC 0T數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床,開機(jī)時(shí)全部動作正常,伺服進(jìn)給系統(tǒng)高速運(yùn)動平穩(wěn)、低速無爬行,加工的零件精度全部達(dá)到要求。當(dāng)機(jī)床正常工作5~7h后(時(shí)間不定),Z軸出現(xiàn)劇烈振蕩,CNC報(bào)警,機(jī)床無法正常工作。這時(shí),即使關(guān)機(jī)再起動,只要手動或自動移動Z軸,在所有速度范圍內(nèi),都發(fā)生劇烈振蕩。但是,如果關(guān)機(jī)時(shí)間足夠長(如:第二天開機(jī)),機(jī)床又可以正常工作5~7h,并再次出現(xiàn)以上故障,如此周期性重復(fù)。 

分析與處理過程:該機(jī)床X、Z分別采用FANUC 5、10型AC伺服電動機(jī)驅(qū)動,主軸采用FANUC 8SAC主軸驅(qū)動,機(jī)床帶液壓夾具、液壓尾架和15把刀的自動換刀裝置,全封閉防護(hù),自動排屑。因此,控制線路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,機(jī)床功能較強(qiáng)。

        根據(jù)以上故障現(xiàn)象,首先從大的方面考慮,分析可能的原因不外乎機(jī)械、電氣兩個(gè)方面。在機(jī)械方面,可能是由于貼塑導(dǎo)軌的熱變形、脫膠,滾珠絲杠、絲杠軸承的局部損壞或調(diào)整不當(dāng)?shù)仍蛞鸬姆蔷鶆蛐载?fù)載變化,導(dǎo)致進(jìn)給系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在電氣方面,可能是由于某個(gè)元器件的參數(shù)變化,引起系統(tǒng)的動態(tài)特性改變,導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定等等。

        鑒于本機(jī)床采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng),為了分清原因,維修的第一步是松開Z軸伺服電動機(jī)和滾珠絲杠之間的機(jī)械聯(lián)接,在Z軸無負(fù)載的情況下,運(yùn)行加工程序,以區(qū)分機(jī)械、電氣故障。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):故障仍然存在,但發(fā)生故障的時(shí)間有所延長。因此,可以確認(rèn)故障為電氣原因,并且和負(fù)載大小或溫升有關(guān)。

        由于數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)包含了CNC、伺服驅(qū)動器、伺服電動機(jī)等三大部分,為了進(jìn)一步分清原因,維修的第二步是將CNC的X軸和Z軸的速度給定和位置反饋互換(CNC的M6與M8、M7與M9互換),即:利用CNC的X軸指令控制機(jī)床的Z軸伺服和電動機(jī)運(yùn)動,CNC的Z軸指令控制機(jī)床的X軸伺服和電動機(jī)運(yùn)動,以判別故障發(fā)生在CNC或伺服。經(jīng)更換發(fā)現(xiàn),此時(shí)CNC的Z軸(帶X軸伺服及電動機(jī))運(yùn)動正常,但X軸(帶Z軸伺服及電動機(jī))運(yùn)動時(shí)出現(xiàn)振蕩。據(jù)此,可以確認(rèn)故障在Z軸伺服驅(qū)動或伺服電動機(jī)上。

        考慮到該機(jī)床X、Z軸采用的是同系列的AC伺服驅(qū)動,其伺服PCB板型號和規(guī)格相同,為了進(jìn)一步縮小檢查范圍,維修的第三步是在恢復(fù)第二步CNC和X、Z伺服間的正常連接后,將X、Z的PCB板經(jīng)過調(diào)整設(shè)定后互換。經(jīng)互換發(fā)現(xiàn),這時(shí)X軸工作仍然正常,Z軸故障現(xiàn)象不變。

        根據(jù)以上試驗(yàn)和檢查,可以確認(rèn)故障是由于Z軸伺服主電路或伺服電動機(jī)的不良而引起的。但由于X、Z電動機(jī)的規(guī)格相差較大,現(xiàn)場無相同型號的伺服驅(qū)動和電動機(jī)可供交換,因此不可以再利用“互換法”進(jìn)行進(jìn)一步判別?紤]到伺服主電路和伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)相對比較簡單,故采用了原理分析法再進(jìn)行了以下檢查,具體步驟如下。

         1)伺服主回路分析。經(jīng)過前面的檢查,故障范圍已縮小到伺服主回路與伺服電動機(jī)上,當(dāng)時(shí)編者主觀認(rèn)為伺服主回路,特別是逆變功率管由于長時(shí)間在高壓、大電流情況下工作,參數(shù)隨著溫度變化而變值的可能性較大。為此測繪了實(shí)際AC驅(qū)動主回路原理圖(如圖6-1所示)(說明:后來的事實(shí)證明筆者這一步的判斷是不正確的,但為了如實(shí)反映當(dāng)時(shí)的維修過程,并便于讀者系統(tǒng)參考,現(xiàn)仍將本部分內(nèi)容列出)。

         圖6-1是根據(jù)實(shí)物測繪的FANUC AC伺服主回路原理圖(板號:A06B-6050-H103)。根據(jù)原理圖可以分析、判斷圖中各元器件的作用如下:

         NFBl為進(jìn)線斷路器,MCC為伺服主接觸器,ZNR為進(jìn)線過電壓抑制器。VA~VF為直流整流電路,TA~TF為PWM逆變主回路。C1、C2、C3、R1為濾波電路,V1、V2、R2、T1為直流母線電壓控制回路。R3為直流母線電流檢測電阻,R4、R5為伺服電動機(jī)相電流檢測電阻,R6~R8為伺服電動機(jī)能耗制動電阻。
         經(jīng)靜態(tài)測量,以上元器件在開機(jī)時(shí)及發(fā)生故障停機(jī)后其參數(shù)均無明顯變化,且在正常范圍。

         為進(jìn)一步分析判斷,在發(fā)生故障時(shí),對主回路的實(shí)際工作情況進(jìn)行了以下分析測量:

         對于直流整流電路,若VA~VF正常,則當(dāng)輸入線電壓Ul為200V時(shí),A、B間的直流平均電壓應(yīng)為:UAB=1.35×Ul=270V
         考慮到電容器C1的作用,直流母線的實(shí)際平均電壓應(yīng)為整流電壓的1.1~1.2倍左右,即300~325V左右。實(shí)際測量(在實(shí)際伺服單元上,為CN3的5腳與CN4的1腳間),此值為正常,可以判定VA~VF無故障。


1


主要元件參數(shù):C1:680µF,  C2:1200µF,  C3:3.3µF,  R1:20kΩ


R2: 16Ω  R3: 0.12Ω,R4/R5: 0.05Ω,R6/R7/R8:0.6n


圖6-1  伺服驅(qū)動主回路原理圖



        對于直流母線控制回路,若V1、V2、T1、R2、R3工作正常,則C、D間的直流電壓應(yīng)略低于A、B間的電壓,實(shí)際測量(在實(shí)際伺服單元上,為CN4的1腳與CN4的5腳間),此值正常,可以判斷以上元器件無故障。

         但測量TA~TF組成的PWM逆變主回路輸出(T1的5、6、7端子),發(fā)現(xiàn)V相電壓有時(shí)通時(shí)斷的現(xiàn)象,由此判斷故障應(yīng)在V相。

         為了進(jìn)一步確認(rèn),維修時(shí)將U相的逆變晶體管(TA、TB)和V相的逆變晶體管(TC、TD)作了互換,但故障現(xiàn)象不變。
        經(jīng)以上檢查,可以確認(rèn):故障原因應(yīng)在伺服電動機(jī)上。

        2)伺服電動機(jī)檢查與維修。在故障范圍確認(rèn)后,對伺服電動機(jī)進(jìn)行了仔細(xì)的檢查,最終發(fā)現(xiàn)電動機(jī)的V相絕緣電阻在故障時(shí)變小,當(dāng)放置較長時(shí)間后,又恢復(fù)正常。為此,維修時(shí)按以下步驟拆開了伺服電動機(jī)(參見圖6-2)。


1


圖6-2  伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1-電樞線插座 2-連接軸 3-轉(zhuǎn)子 4-外殼 5-繞組 6-后蓋聯(lián)接螺釘 7-安裝座 8一安裝座聯(lián)接螺釘

9-編碼器固定螺釘 10-編碼器聯(lián)接螺釘 11-后蓋 12-橡膠蓋 13-編碼器軸 14-編碼器電纜  15-編碼器插座

①松開后蓋聯(lián)接螺釘6,取下后蓋11。

②取出橡膠蓋12。

③取出編碼器聯(lián)接螺釘10,脫開編碼器和電動機(jī)軸之間的聯(lián)接。

④松開編碼器固定螺釘9,取下編碼器。注意:由于實(shí)際編碼器和電動機(jī)軸之間是錐度嚙合,聯(lián)接較緊,取編碼器時(shí)應(yīng)使用專門的工具,小心取下。

⑤松開安裝座聯(lián)接螺釘8,取下安裝座7。

        這時(shí),可以露出電動機(jī)繞組5,經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)該電動機(jī)繞組和引出線中間的連接部分由于長時(shí)間的冷卻水滲漏,絕緣已經(jīng)老化;經(jīng)過重新連接、處理,再根據(jù)圖6-2重新安裝上安裝座7,并固定編碼器連接螺釘10,使編碼器和電動機(jī)軸嚙合。

        3)轉(zhuǎn)子位置的調(diào)整。在完成伺服電動機(jī)的維修后,為了保證編碼器的安裝正確,又進(jìn)行了轉(zhuǎn)子位置的檢查和調(diào)整,方法如下:

①將電動機(jī)電樞線的V、W相(電樞插頭的B、C腳)相連。     

②將U相(電樞插頭的A腳)和直流調(diào)壓器的“+”端相聯(lián),V、W和直流調(diào)壓器的“-”端相聯(lián)(見圖6-3a),編碼器加入+5V電源(編碼器插頭的J、N腳間)。

③通過調(diào)壓器對電動機(jī)電樞加入勵(lì)磁電流。這時(shí),因?yàn)?em>Iu=Iv+Iw,且Iv=Iw,事實(shí)上相當(dāng)于使電動機(jī)工作在圖6-3b所示的90º位置,因此伺服電動機(jī)(永磁式)將自動轉(zhuǎn)到U相的位置進(jìn)行定位。注意:加入的勵(lì)磁電流不可以太大,只要保證電動機(jī)能進(jìn)行定位即可(實(shí)際維修時(shí)調(diào)整在3~5A)。   

④在電動機(jī)完成U相定位后,旋轉(zhuǎn)編碼器,使編碼器的轉(zhuǎn)子位置檢測信號C1、C2、C4、C8(編碼器插頭的C、P、L、M腳)同時(shí)為“1”,使轉(zhuǎn)子位置檢測信號和電動機(jī)實(shí)際位置一致;

⑤安裝編碼器固定螺釘,裝上后蓋,完成電動機(jī)維修。

        經(jīng)以上維修,機(jī)床恢復(fù)了正常。



圖6-3  轉(zhuǎn)子位置調(diào)整示意圖


        維修體會與維修要點(diǎn):

        在數(shù)控機(jī)床維修過程中,有時(shí)會遇到一些比較特殊的故障,例如:有的機(jī)床在剛開機(jī)時(shí),系統(tǒng)和機(jī)床工作正常,但當(dāng)工作一段時(shí)間后,將出現(xiàn)某一故障。這種故障有的通過關(guān)機(jī)清除后,機(jī)床又可以重新工作;有的必須經(jīng)過較長的關(guān)機(jī)時(shí)間,讓機(jī)床“休息”一段時(shí)間,機(jī)床才能重新工作。此類故障常常被人們稱為“軟故障”。

       “軟故障”的維修通常是數(shù)控機(jī)床維修中最難解決的問題之一。由于故障的不確定性和發(fā)生故障的隨機(jī)性,使得機(jī)床時(shí)好時(shí)壞,這給檢查、測量帶來了相當(dāng)?shù)睦щy。維修人員必須具備較高的業(yè)務(wù)水平和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),仔細(xì)分析故障現(xiàn)象,才能判定故障原因,并加以解決。

         對于“軟故障”的維修,在條件許可時(shí),使用“互換法”可以較快地判別故障所在,而根據(jù)原理的分析,是解決問題的根本辦法。維修人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,仔細(xì)分析故障現(xiàn)象,才能判定故障原因,并加以解決。

更多相關(guān)信息