SINUMERIK 840D加工中心主軸故障的分析與處理

摘要：由SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)下的加工中心主軸在使用過程中出現(xiàn)以下異常：主軸空轉(zhuǎn)時(shí)正常，但在換擋或帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警25201、21612、300504、300508錯(cuò)誤。本文針對(duì)該問題進(jìn)行了各方面的分析與排查，最終異常報(bào)警得以消除。

關(guān)鍵字：840D、主軸、報(bào)警

1.問題描述

SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)下的TH65100 125B/D型五軸加工中心在主軸空轉(zhuǎn)時(shí)并無異常，但在換擋或帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)25201、21612、300504、300508報(bào)警錯(cuò)誤。該加工中心采用全閉環(huán)控制， NCU版本為571.3，各軸均由SIMODRIVE 611D交流伺服驅(qū)動(dòng)控制，且各軸控制單元采用雙軸控制。

2.硬件部分的分析判斷

報(bào)警號(hào)25201、21612內(nèi)容的基本含義是“t通道%1軸%2軸進(jìn)給時(shí)VDI信號(hào)驅(qū)動(dòng)使能被復(fù)位”，與驅(qū)動(dòng)部分的硬件有關(guān)。而報(bào)警號(hào)300504、300508則表示“主軸電機(jī)測(cè)量系統(tǒng)零標(biāo)記監(jiān)控”，一般涉及到反饋信號(hào)弱、反饋回路受到電磁干擾、反饋回路硬件損壞等原因。

2.1 611D交流伺服驅(qū)動(dòng)的判斷

首先，該機(jī)床各伺服軸均采用6SN1118-0DM23-0AA0型雙軸模塊控制，與主軸的控制模塊一致，故對(duì)換控制模塊再反復(fù)測(cè)試主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，故障現(xiàn)象沒有變化。

其次，用全新的同型號(hào)模塊替換原有6SN1123-1AA00-0LA3主軸功率模塊，重新測(cè)試，故障現(xiàn)象依然存在。

由此可以判定引發(fā)25201、21612兩個(gè)報(bào)警的原因與系統(tǒng)控制及驅(qū)動(dòng)模塊無關(guān)。

2.2 主軸電機(jī)編碼器及反饋電纜的判斷

反復(fù)核查編碼器安裝、反饋線纜及插頭接口等硬件聯(lián)接情況，故障現(xiàn)象不變。

因主軸電機(jī)為1PH7型電機(jī)，內(nèi)部轉(zhuǎn)子為籠式結(jié)構(gòu)，沒有磁極的區(qū)別，因而不

需要相應(yīng)的檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)。ERN1381型主軸編碼器也就沒有C相和D相信號(hào)，更換時(shí)就不需重新調(diào)整。用同型號(hào)的ERN1381主軸編碼器進(jìn)行替換后，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象沒有變化。

從主軸驅(qū)動(dòng)模塊上重新放一條編碼器電纜到主軸端，檢測(cè)故障仍然沒有變化。

從上三項(xiàng)措施的檢測(cè)結(jié)果看，排除了故障起源于編碼器及反饋電纜的可能性。

2.3、參數(shù)設(shè)置及PLC診斷的應(yīng)用

2.3.1 全閉環(huán)改半閉環(huán)的檢測(cè)

2.3.2 主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的主軸使能監(jiān)測(cè)

主軸出現(xiàn)故障后，MCP面板上的“主軸使能”信號(hào)燈隨之熄滅，其對(duì)應(yīng)的接口參數(shù)為DB36.DBX2.1，故可在機(jī)床PLC診斷界面下查看該參數(shù)的狀態(tài)變化，也可通過監(jiān)控主軸使能相關(guān)的PLC程序，分析控制主軸使能輸出的條件。通過程序分析，影響DB36.DBX2.1參數(shù)信號(hào)的主要有各軸伺服使能及相關(guān)的中間變量，未發(fā)現(xiàn)有直接導(dǎo)致使能復(fù)位的必要條件。

2.3.3 主軸換擋過程的故障分析

在主軸空轉(zhuǎn)狀態(tài)下，分別用M41，M42，M40指令代碼進(jìn)行低檔、高檔、空檔三個(gè)檔位的切換，均會(huì)產(chǎn)生同類報(bào)警，且發(fā)生在電機(jī)的減速擺動(dòng)階段。

主軸三個(gè)檔位的接口參數(shù)分別對(duì)應(yīng)DB33.DBB82的低三位，通過PLC診斷功能監(jiān)測(cè)各檔位信號(hào)狀態(tài)，檔位信號(hào)輸出準(zhǔn)確。當(dāng)手動(dòng)改變控制主軸檔位電磁閥的閥芯，主軸能夠完成檔位的切換，但在AUTO模式下采用M指令進(jìn)行檔位切換，則會(huì)出現(xiàn)主軸伺服報(bào)警，換擋無法完成。這說明控制主軸換擋的電磁閥、機(jī)械撥叉等均正常，但因主軸機(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致位置信號(hào)丟失的可能性較大。

2.4、主軸電機(jī)的監(jiān)測(cè)診斷

以上措施均未能排除故障，最大嫌疑便指向主軸電機(jī)。根據(jù)主軸電機(jī)在空轉(zhuǎn)及帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)表現(xiàn)出的振動(dòng)大和異音現(xiàn)象，初步斷定主軸電機(jī)軸承已嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向竄動(dòng)過大，系統(tǒng)無法正常讀取編碼器反饋信號(hào)，從而出現(xiàn)上述報(bào)警。

經(jīng)由西門子維修中心專業(yè)拆解檢測(cè)后，主軸電機(jī)診斷報(bào)告也證實(shí)了故障主因確是軸承磨損嚴(yán)重，同時(shí)，編碼器插頭處輕微的電化學(xué)腐蝕也是引發(fā)編碼器零標(biāo)記丟失的次要因素。

在更換兩端軸承后，主軸電機(jī)重新裝配并在各工況下運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，故障現(xiàn)象得以消除。

3、結(jié)束語

此次加工中心主軸故障的處理，經(jīng)過了一系列的推理和判斷，逐一排除各種可能，最終縮小并鎖定故障源。全過程涵蓋了系統(tǒng)硬件判斷、參數(shù)設(shè)置、PLC診斷以及機(jī)械傳動(dòng)檢測(cè)等常用維修方法，為類似故障的處理提供了參考，具有一定的代表性。

【參考文獻(xiàn)】

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2.《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 /文懷興，夏田，化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5

3.《西門子數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試與維修》/劉朝華，國防工業(yè)出版社，2010.10