供電電源引起數(shù)控機床故障的實例分析

宗靈寶　潘曙明　楊越

【摘 要】數(shù)控機床是機電一體化的產(chǎn)物，技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)復雜。按照功能結(jié)構(gòu)分為機械部分和電氣部分，其中電氣部分包括電源、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和一些電纜、接頭、開關(guān)等。其故障也是多種多樣、各不相同，故障原因一般都比較復雜，這就給數(shù)控機床的故障診斷和維修帶來不少困難。

【關(guān)鍵詞】供電電源；數(shù)控機床；故障維修

1 電源故障

電源是整個機床正常工作的能量來源，我們常用的數(shù)控和伺服系統(tǒng)，如西門子系統(tǒng)、海德漢系統(tǒng)等是由德國等西方國家設(shè)計制造的，由于他們國家的電力充足，電網(wǎng)質(zhì)量高，因此其電氣系統(tǒng)的電源設(shè)計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網(wǎng)來說就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現(xiàn)由電源而引起的故障。輕者會造成數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)死機，重者會毀壞系統(tǒng)局部甚至全部。

例如一臺德國產(chǎn)DMU60P加工中心在加工時由于廠房改造，旁邊有一臺大功率焊機突然開始焊接，造成該設(shè)備死機，重啟后系統(tǒng)提示“硬盤系統(tǒng)文件丟失”，系統(tǒng)無法正常啟動，只好更換硬盤并重新安裝系統(tǒng)。

又如一臺進口數(shù)控車床（西門子810D系統(tǒng)），開機后出現(xiàn)報警“NC/PLC無法連接”，經(jīng)檢查，系統(tǒng)NCU單元指示燈和數(shù)碼管均沒有顯示，而與之供電的電源模塊輸入電壓用萬用表測量正常，打開電源模塊后發(fā)現(xiàn)，模塊內(nèi)部主接觸器常閉的輔助觸點燒黑，接觸電阻過大，達到100多kΩ，造成上電后內(nèi)部5V和24V電源電路無法啟動，無法給NCU單元供電，更換此接觸器后，系統(tǒng)啟動恢復正常，分析其原因，可能是在開關(guān)機時，電網(wǎng)電壓沖擊過大造成的。

為了避免上述案例的發(fā)生，我們在給數(shù)控機床供電時應(yīng)盡量做到以下幾點：（1）提供獨立的配電箱而不與其他設(shè)備串用；（2）在資金允許的情況下，應(yīng)盡量配備三相交流穩(wěn)壓裝置；（3）電源始端有良好的接地；（4）進入數(shù)控機床的三相電源應(yīng)采用三相五線制，中線（N）與接地（PE）嚴格分開；（5）電柜內(nèi)電器件的布局和交、直流電線的敷設(shè)要相互隔離。我們在設(shè)計數(shù)控機床的供電系統(tǒng)時應(yīng)盡量做到。

2 電氣維修與故障排除實例

1）故障現(xiàn)象：某配套FANUC 6M的立式加工中心，由工廠自發(fā)電供電，工件加工過程中，系統(tǒng)突然斷電，顯示消失，機床停機后無法重新起動機床。

分析及處理過程：經(jīng)檢查，該機床電源輸入單元的電源指示（PIL）與報警（ALM）燈同時亮，表明電源模塊存在故障。檢查電源模塊輸入熔斷器F11、F12正常。對照原理圖檢查各元器件，發(fā)現(xiàn)VSll、NFll、DSll、Q14、Q15、D24、D25均正常，電源模塊一次側(cè)無短路，判定故障發(fā)生在開關(guān)電源的二次側(cè)。為了迅速判斷故障部位，維修時依次取下短接設(shè)定端S1、S2、S4、S5，當取下S5后，故障消失，由此判定故障發(fā)生在DC24V電源回路。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，線路中的DC24V電流檢測電阻R26不良，引起了24V過電流保護回路動作。更換R26后，機床恢復正常。

2）故障現(xiàn)象：某配套FANUC 6M的立式加工中心，開機時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)電源無法正常接通。

分析及處理過程：經(jīng)檢查，輸入單元PIL燈與ALM燈均亮，引起故障的原因可能是來自CPl-5/6的+24V/±15V/+5V電源模塊報警。當CPl-5/6接通后，由于中間繼電器AL的吸合，使RY1互鎖，RYl無法吸合。為了確認，維修時暫時斷開了CPl-5、6間的連接，再次進行試驗，ALM燈滅，CNC可以起動（CRT上顯示報警），證明了故障原因。通過對電源單元進行必要的維修處理（有關(guān)電源單元的維修，參見本節(jié)后述），排除電源模塊故障后，機床恢復正常。

3）故障現(xiàn)象：一臺配套FANUC 6ME的立式加工中心，在機床加工時，出現(xiàn)快速運動過程中發(fā)生碰撞，引起機床的突然停機，再次開機后，系統(tǒng)顯示ALM401，伺服驅(qū)動器主回路無法接通。

分析及處理過程：FANUC 6M系統(tǒng)出現(xiàn)ALM401報警的含義是伺服驅(qū)動器的“VRDY”信號斷開，即：驅(qū)動器未準備好。根據(jù)伺服驅(qū)動系統(tǒng)的故障分析方法，檢查3軸驅(qū)動器的主回路電源輸入，發(fā)現(xiàn)只有V相有電壓輸入。逐級測量主回路電源，最終發(fā)現(xiàn)輸入單元的伺服主回路熔斷器F4、F6熔斷，在確認驅(qū)動器無損壞的前提下，換上F4、F6后，機床恢復正常工作。

4）故障現(xiàn)象：一臺配置SIEMENS 6M系統(tǒng)的進口立式加工中心，在用戶使用時，發(fā)現(xiàn)電源無法正常接通。

分析及處理過程：機床型號及系統(tǒng)規(guī)格同例11，經(jīng)分析檢查，確認故障原因為PLC引起的互鎖。在本例中，檢查PLC輸出，確認PLC的互鎖信號無輸出。對照PLC程序與機床電氣原理圖，逐一檢查PLC程序中的邏輯條件，發(fā)現(xiàn)可能引起PLC互鎖的條件均已滿足，且PLC已正常運行，輸出模塊上的公共24V電源正常，排除了以上可能的原因。為了確認故障部位，維修時取下PLC輸出模塊進行檢查，經(jīng)仔細檢查，發(fā)現(xiàn)故障的原因是模塊地址設(shè)定錯誤引起的。對于SIEMENS S5-130WB的輸入、輸出模塊，需要通過設(shè)定端進行模塊地址設(shè)定。在本機床上，用戶在機床出現(xiàn)其他故障時，曾調(diào)換過PLC的輸出模塊，但在調(diào)換時，未考慮到改變模塊的地址設(shè)定，從而引起上述報警，恢復地址設(shè)定后，故障排除，機床可以正常起動。

維修體會與維修要點：

（1）在FANUC系統(tǒng)中，電源單元故障的原因多發(fā)生在電網(wǎng)供電不良的地區(qū)。由于加工過程中的外部突然斷電或在工廠自發(fā)電供電的情況下工作，是引起電源單元故障的主要原因。

（2）在一般情況下，電源單元的故障以進線的浪涌吸收器（VSll）的故障居多。當VSll故障，但維修現(xiàn)場無器件時，為了保證機床的正常生產(chǎn)，通常的做法是暫時取消VSll，確保機床的使用，待備件到位后，再予以更換。

（3）在電網(wǎng)電壓波動太大（特別是自發(fā)電的場合），偶然也有整流橋、開關(guān)管、續(xù)流管損壞的情況。對于以上器件，在無備件時，一般可以直接利用其他同規(guī)格的整流橋、開關(guān)管、續(xù)流管進行替代。在安裝尺寸不同時，有時也可以將整流橋安裝到電源單元的外部。

（4）FANUC不同的系統(tǒng)中，電源模塊的型號有所不同，常見的電源單元有如下規(guī)格：

①FANUC l0系統(tǒng)用電源單元：A16B-1210-0510；

②FANUC ll系統(tǒng)用電源單元：A16B-1210-0560；

③FANUC l2系統(tǒng)用電源單元：A20B-1000-0770；

④FANUC 0系統(tǒng)用電源單元A：A16B-1211-0850

⑤FANUC 0系統(tǒng)用電源單元B：A16B-1212-0110：

⑥FANUC 0系統(tǒng)用電源單元AI：A16B-1212-0100（常用）。

（5）FANUC6/11等系統(tǒng)電源控制，由于采用了“輸入單元”進行電源通/斷控制，因此，其控制線路比直接電源加入型系統(tǒng)要復雜。通過測繪輸入單元的電氣原理圖，再對照原理圖進行維修是最有效、最可靠的方法。

（6）在某些機床上，由于機床互鎖的需要，使用了外部電源切斷信號，這時應(yīng)根據(jù)機床電氣原理圖，綜合分析故障原因，排除外部電源切斷的因素，才能起動。

以上是數(shù)控機床在使用中會經(jīng)常遇見的幾類故障，在實際的故障診斷與維修中，還應(yīng)該具體情況具體對待，根據(jù)故障發(fā)生時機床的狀態(tài)、操作方式進項調(diào)查與分析，多和操作者進行交流，從中找出故障點，排除故障。