“ 软故障”维修事例(一)

详细内容

“ 软故障”维修事例 “软故障”维修事例“软故障”维修事例 在数控机床维修过程中,有时会遇到一些比较特殊的故障,例如:有的机床在刚开机时,系统和机床工作正常。但是,当工作一段时间后,将出现某一故障。这种故障有的通过关机后得以清除,有的必须经过关机较长的时间后,机床才能重新工作。此类故障常常被人们称为“软故障”。由于此类故障的不确定性和发生故障的随机性,使得机床时好时坏,这给检查、测量带来了相当的困难。维修人员必须具备较高的业务水平和丰富的实践经验,仔细分析故障现象,才能判定故障原因,并加以解决。下面是笔者在数控机床维修中一起比较典型的“软故障”维修事例,现将故障现象、维修过程及分析思路介绍如下,供同行参考。

1故障现象


　　台湾GOODWAY公司生产的GCL-15型数控车床,采用FANUC０T数控系统。X、Z分别采用FANUC5、10型AC伺服电动机驱动,主轴采用FANUC8SAC主轴驱动。机床带液压夹具、液压尾架和15把刀的自动换刀装置,全封闭防护,自动排屑。机床本身价格高、精度好,是该公司的主要加工设备之一。

　　该机床发生的故障现象为:机床开机时全部动作正常,伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行,加工的零件精度全部达到要求。当机床正常工作5-7h后,Z轴出现剧烈振荡,C报警,机床无法正常工作。这时,即使关机再启动,只要手动或自动移动Z轴,在所有速度范围内,都发生剧烈振荡。但是,如果关机时间足够长,机床又可以正常工作5-7h,并再次出现以上故障,如此周期性重复。


2故障初步分析


　　根据以上故障现象,分析其原因不外乎与Z轴有关的机械、电气两个方面。在机械方面,可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶,滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化,导致进给系统的不稳定。在电气方面,可能是由于某个元件的参数变化,引起系统的动态特性改变,导致系统的不稳定等。

　　鉴于本机床采用的是半闭环伺服系统,为了分清原因,维修的第一步是松开Z轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接。在Z轴无负载的情况下,运行加工程序,以区分机械、电气故障。经试验发现:故障仍然存在,但发生故障的时间有所延长。因此,可以确认故障为电气原因,并且和负载大小或温升有关。

　　由于数控机床伺服进给系统包含了C、伺服驱动器、伺服电动机三大部分,为了进一步分清原因,维修的第二步是将C的X轴和Z铀的速度给定和位置反馈互换(C的M6与M8,M7与M9互换),即：利用C的X轴指令控制机床的Z轴伺服和电动机运动,C的Z轴指令控制机床的X轴伺服和电动机运动,以判别故障发生在C或伺服。经更换发现,此时C的Z轴(带X轴伺服及电动机)运动正常,但X轴(带Z轴伺服及电动机)运动时出现振荡。据此,可以确认:控制Z轴的C正常,故障在Z轴伺服驱动或伺服电动机上。

　　考虑到该机床X、Z轴采用的是同系列的AC伺服驱动,其伺服PCB板型号和规格相同,为了进一步缩小检查范围,维修的第三步是在恢复第二步C和X、Z伺服间的正常连接后,将X、Z的PCB板经过调整设定后互换。经互换发现,这时X轴工作仍然正常,Z轴故障依旧。可见,Z轴的PCB板正常。

　　根据以上试验和检查,可以确认故障是由于Z轴伺服主回路或伺服电动机的不良而引起的。但由于X、Z电动机的规格相差较大,现场无相同型号的伺服驱动和电动机可供交换。考虑到伺服主电路和伺服电动机的结构相对比较简单,故采用了原理分析法再进行了以下检查。
3伺服主回路分析
　　经过前面的检查,故障范围己缩小到伺服主回路与伺服电动机上。当时笔者认为伺服主回路,特别是逆变功率管由于长时间在高压、大电流情况下工作,参数随着温度变化而变值的可能性较大。为此,测绘了实际AC驱动主回路原理图(图1)。

图1伺服驱动主回路原理图

　　图1中,NFBl为进线断路器,M为伺服主接触器,ZNR为进线过电压抑制器。VA－VF为直流整流电路,TA－IF为PWM逆变主回路。C1、C2、C3、R1组成滤波电路,V1、V2、R2、Tl组成直流母线电压控制回路。R3为直流母线电流检测电阻，R4、R5为伺服电动机相电流检测电阻,R6-R8为伺服电动机能耗制动电阻。

　　经静态测量,以上元件在开机时及发生故障停机后其参数均无明显变化,且在正常范围。

　　为此,对主回路的实际工作情况进行了以下分析和测量:对于直流整流电路,若VA-VF正常,则当输入线电压Ul为200V时,A、B间的直流平均电压应为:UAB=1.35×Ul=270V。考虑到电容器C1的作用,直流母线的实际平均电压应为整流电压的1.1-1.2倍左右,即:300-325V左右。实际测量(伺服单元的3的5脚与4的1脚间),此值为正常,可以判定VA-VF无故障。