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常見故障

1 故障現(xiàn)象

　　中國臺灣 GOODWAY 公司生產(chǎn)的 GCL-15 型數(shù)控車床 , 采用 FANUC ０T 數(shù)控系統(tǒng),。 X 、 Z 分別采用 FANUC 5,、10 型 AC 伺服電動機驅(qū)動 , 主軸采用 FANUC 8S AC 主軸驅(qū)動,。機床帶液壓夾具、液壓尾架和 15 把刀的自動換刀裝置, 全封閉防護, 自動排屑,。機床本身價格高,、精度好 , 是該公司的主要加工設備之一。

　　該機床發(fā)生的故障現(xiàn)象為 : 機床開機時全部動作正常 , 伺服進給系統(tǒng)高速運動平穩(wěn),、低速無爬行 , 加工的零件 精度全部達到要求,。當機床正常工作 5-7h 后 ,Z 軸出現(xiàn)劇烈振蕩 ,CNC 報警 , 機床無法正常工作。這時 , 即使關機再啟動 , 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 , 如果關機時間足夠長 , 機床 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,。

2 故障初步分析

　　根據(jù)以上故障現(xiàn)象 , 分析其原因不外乎與 Z 軸有關的機械、電氣兩個方面,。在機械方面 , 可能是由于貼塑導軌的熱變形,、脫膠 , 滾珠絲杠、絲杠軸承的局部損壞或調(diào)整不當?shù)仍蛞鸬姆蔷鶆蛐载撦d變化 , 導致進給系統(tǒng)的不穩(wěn)定,。在電氣方面, 可能是由于某個元件的參數(shù)變化 , 引起系統(tǒng)的動態(tài)特性改變, 導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定等,。

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

　　由于數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)包含了 CNC ,、伺服驅(qū)動器、伺服電動機三大部分, 為了進一步分清原因, 維修的第二步是將 CNC 的 X 軸和 Z 鈾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 軸指令控制機床的 Z 軸伺服和電動機運動 ,CNC 的 Z 軸指令控制機床的 X 軸伺服和電動機運動 , 以判別故障發(fā) 生在 CNC 或伺服。經(jīng)更換發(fā)現(xiàn) , 此時 CNC 的 Z 軸 ( 帶 X 軸伺服及電動機 ) 運動正常 , 但 X 軸 (帶 Z 軸伺服及電動機)運動時出現(xiàn)振蕩,。據(jù)此,可以確認: 控制 Z 軸的 CNC 正常, 故障在 Z 軸伺服驅(qū)動或伺服電動機上,。

　　考慮到該機床 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 , 為了進一步縮小檢查范圍 , 維修的第三步是在恢復第二步 CNC 和 X ,、 Z 伺服間的正常連接后 , 將 X ,、 Z 的 PCB 板經(jīng)過調(diào)整設定后互換。經(jīng)互換發(fā)現(xiàn) , 這時 X 軸工作仍然正常 ,Z 軸故障依舊,?？梢?,Z 軸的 PCB 板正常。

　　根據(jù)以上試驗和檢查 , 可以確認故障是由于 Z 軸伺服主回路或伺服電動機的不良而引起的,。但由于 X ,、 Z 電動機的規(guī)格相差較大 , 現(xiàn)場無相同型號的伺服驅(qū)動和電動機可供交換?？紤]到伺服主電路和伺服電動機的結(jié)構相對比較簡單 , 故采用了原理分析法再進行了以下檢查,。

3 伺服主回路分析

　　經(jīng)過前面的檢查 , 故障范圍己縮小到伺服主回路與伺服電動機上。當時筆者認為伺服主回路 , 特別是逆變功率管由于長時間在高壓,、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,。。

　4 伺服電動機檢查與維修

　　對伺服電動機進行仔細的檢查 , 最終發(fā)現(xiàn)電動機的 V 相 絕緣電阻在故障時變小 , 當放置較長時間后 , 又恢復正常,。為此 , 按以下步驟拆開了伺服電動機 ( 圖 2):(1) 松開后蓋連接螺釘 6, 取下后蓋 11;(2) 取出橡膠蓋 12;(3) 取出編碼器連接螺釘 10, 脫開編碼器和電動機軸之間的連接 ;(4) 松開編碼器固定螺釘 9, 取下編碼器 ( 注意 : 由于實際編碼器和電動機軸之 間是錐度啃合 , 連接較緊 , 取編碼器時應使用專門的工具 , 小心取下 );(5) 松開安裝座的連接螺釘 8, 取下安裝座 7 ,。這時 , 露出電動機繞組 5 。經(jīng)檢查 , 發(fā)現(xiàn)該電動機繞組和引出線中間的連接部分由于長時間的冷卻水滲漏 , 絕緣已經(jīng)老化,。經(jīng)過重新連接,、處理 , 再根據(jù)圖 2 重新安裝上安裝座 7, 并固定編碼器連接螺釘 10, 使編碼器和電動機軸啃合。

5 轉(zhuǎn)子位置的調(diào)整

　　在完成伺服電動機的維修后 , 為了保證編碼器的安裝正確 , 又進行了轉(zhuǎn)子位置的檢查和調(diào)整 , 方法如下 :(1) 將電動機電樞線的 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 3a),編碼器接入+5V 電源 ( 編碼器插頭的 J ,、 N 腳間 );(3) 通過調(diào)壓器對電動機電樞加入勵磁電流。這時 , 因為 Iu=Iv+Iw, 且 Iv= Iw, 即使電動 機工作在圖 3b 所示的π /2 位置 , 因此伺服電動機 (永磁式 ) 將自動轉(zhuǎn)到 U 相的位置進行定位 ( 注意 : 加入的勵磁電流不可以太大 , 只要保證電動機能進行定位即可,。實際維修時調(diào)整在 3－5A);

　　(4) 在電動機完成 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 ) 同時為 1, 和電動機實際位置保持一 致 ;(5) 安裝編碼器固定螺釘 , 裝上后蓋 , 完成電動機維修,。