大型伺服壓力機(jī)的典型故障分析

文/方良·瑞鵠汽車模具股份有限公司 汪軍，付業(yè)宏·安徽成飛瑞鵠汽車模具有限公司

大型伺服壓力機(jī)的典型故障分析

文/方良·瑞鵠汽車模具股份有限公司 汪軍，付業(yè)宏·安徽成飛瑞鵠汽車模具有限公司

本文主要介紹機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)生產(chǎn)線在伺服控制方面出現(xiàn)的典型故障。從而為后續(xù)設(shè)備維護(hù)提供參考性建議。

機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與原理

瑞鵠汽車模具股份有限公司合資子公司安徽成飛瑞鵠汽車模具有限公司的機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)為日本AMINO公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，采用FANUC公司數(shù)控驅(qū)動(dòng)power-mate系統(tǒng)進(jìn)行伺服控制，結(jié)合機(jī)身框架、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、安全裝置及相關(guān)附件實(shí)現(xiàn)伺服傳動(dòng)沖壓功能。伺服壓力機(jī)采用AC伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源上驅(qū)動(dòng)方式，通過減速器驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)對(duì)稱連桿增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行角度位移，滑塊隨同增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。

典型故障現(xiàn)象的分析與處理

案列一：0430伺服電機(jī)過熱報(bào)警

故障現(xiàn)象：伺服壓力機(jī)在開啟過程中出現(xiàn)報(bào)警，機(jī)床不能動(dòng)作；機(jī)床出現(xiàn)0430伺服電機(jī)過熱報(bào)警（“0430 servo motor overheat”）。

原因分析：該故障為偶發(fā)情況，但頻率較高。伺服電機(jī)的電氣控制部分如圖1所示。

故障排查過程：

⑴檢查伺服電機(jī)溫度，使用測(cè)溫儀檢測(cè)伺服電機(jī)溫度在34℃，并不過熱發(fā)燙，符合要求。

從上式可知，對(duì)任給的ε>0，存在t1∈Τ，使得x(t)≤x*+ε，對(duì)于t>t1都成立.因此，當(dāng)t>t1時(shí)

⑵檢查伺服電機(jī)冷卻風(fēng)扇是否損壞，檢查發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

⑶檢查溫度開關(guān)是否損壞，用萬用表測(cè)量溫度開關(guān)，阻值在180Ω，判斷溫度開關(guān)正常。

⑷檢查是否強(qiáng)電干擾，反饋線屏蔽接觸不良，通過檢查反饋線與動(dòng)力電纜隔開，反饋電纜屏蔽層接觸牢靠。

⑸檢查電機(jī)編碼器是否損壞，通過與其他伺服電機(jī)對(duì)調(diào)，故障依然存在。

圖1 伺服電機(jī)的控制方式

⑹經(jīng)過上述步驟檢查后，懷疑是伺服系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)器控制側(cè)板出現(xiàn)故障，拆除驅(qū)動(dòng)器側(cè)板與其他正常使用機(jī)床對(duì)調(diào)，機(jī)床送電后430報(bào)警依然存在。

⑺至此，電氣方面沒有故障，懷疑是否存在機(jī)械故障導(dǎo)致伺服電機(jī)負(fù)載過大，從而使電機(jī)與減速機(jī)連接部位卡死。脫開伺服電機(jī)聯(lián)軸器手動(dòng)可以盤動(dòng)減速機(jī)，說明電機(jī)負(fù)載不大，連接部位未卡死。

⑻經(jīng)過上述全面故障排查后，對(duì)照伺服電機(jī)的控制方式原理圖，排查故障陷于“山重水復(fù)疑無路”的艱難階段。為此經(jīng)過大家討論分析，認(rèn)為需要從細(xì)微處進(jìn)行檢查，尤其是對(duì)于電壓信號(hào)不足導(dǎo)致的機(jī)床誤報(bào)警。圖紙上要求伺服電機(jī)編碼器的輸入電壓為DC5V，用萬用表測(cè)量控制柜5V直流電壓正常，而測(cè)量伺服電機(jī)編碼器，電壓波動(dòng)比較明顯有時(shí)候會(huì)在DC3V。從而徹底查明機(jī)床出現(xiàn)430伺服電機(jī)過熱報(bào)警的根源。

消除故障措施：

經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，從壓機(jī)控制柜到伺服電機(jī)電纜的距離有50m，而依據(jù)發(fā)那科對(duì)反饋線距離不超過30m的要求，可判斷是伺服壓機(jī)反饋線電纜過長(zhǎng)導(dǎo)致電壓出現(xiàn)壓降，若想徹底消除故障，需要進(jìn)行改善。

為此，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，決定在電氣柜到壓機(jī)底座距離的25m處，增加一套發(fā)那科的PDM信號(hào)轉(zhuǎn)換器（圖2），安裝在壓機(jī)底座位置，將原來的反饋線在底座位置斷開，通過PDM信號(hào)中繼（圖3），再次測(cè)量電機(jī)反饋線電壓，電壓值穩(wěn)定在DC5V。此后，故障再未發(fā)生。

案列二：滑塊回程到上死點(diǎn)有異響

原因分析：將回程位置設(shè)定在1000mm時(shí)，滑塊停止時(shí)存在嚴(yán)重異響，而將回程位置設(shè)定在800mm時(shí)，滑塊無響聲，但是蓄能器補(bǔ)壓頻繁，將平衡蓄能器油壓卸壓，發(fā)現(xiàn)左邊有一個(gè)蓄能器氣囊無氣壓，蓄能器采用HYDAC(賀德克)知名品牌產(chǎn)品，拆開氣囊發(fā)現(xiàn)是氣囊破損導(dǎo)致的，重新更換氣囊，并補(bǔ)充氮?dú)?。使用半年后又出現(xiàn)此類故障，且每次損壞的都是同一臺(tái)2000t機(jī)床，對(duì)生產(chǎn)造成極大影響。

圖2 增加PDM信號(hào)轉(zhuǎn)換器

圖3 反饋線斷開通過轉(zhuǎn)換器中繼

為了徹底查明原因，減少對(duì)生產(chǎn)的停機(jī)影響，尤其是重復(fù)故障更換新備件均不能徹底消除影響，為此我們成立技術(shù)公關(guān)，密切關(guān)注該機(jī)床在操作使用過程中是否存在不合理現(xiàn)象。通過日常巡檢多次觀察，操作者在操作使用時(shí)，由于受之前機(jī)械壓力機(jī)平衡器氣壓調(diào)整的影響，在設(shè)定上模重量時(shí)，習(xí)慣一次性設(shè)定為25t的最大值，然后在使用各類模具時(shí)對(duì)上模重量并不依據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。而按照?qǐng)D4分析，上模設(shè)定重量越大，則蓄能器加載壓力越大。當(dāng)設(shè)定上模達(dá)到25t時(shí)，到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)蓄能器壓力為24MPa，而此時(shí)運(yùn)行到下死點(diǎn)時(shí)壓力將會(huì)達(dá)到32MPa。查閱說明書發(fā)現(xiàn)該蓄能器最大壓力為33MPa。此情況下若長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷使用，將會(huì)大大降低氣囊使用壽命，從而導(dǎo)致氣囊頻繁破裂失效。

圖4 蓄能器液壓原理圖

為此，結(jié)合公司實(shí)際生產(chǎn)需求，一方面通過培訓(xùn)操作員工依據(jù)不同模具來進(jìn)行上模重量設(shè)定的同時(shí)，設(shè)備方面需要進(jìn)行自我保護(hù)措施，通過分析液壓原理圖，為了降低蓄能器最高壓力，重新標(biāo)定溢流閥壓力，將原來壓力25MPa標(biāo)定為22MPa后，目前使用一年時(shí)間未出現(xiàn)氣囊破損的故障。

案例三：伺服壓機(jī)原點(diǎn)丟失

故障描述：設(shè)備異常斷電，導(dǎo)致伺服壓力機(jī)原點(diǎn)丟失。

原因分析：按照設(shè)備廠家的設(shè)計(jì)值，滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，主螺桿顯示值為10mm，滑塊在上死點(diǎn)時(shí)，主螺桿顯示值為1285mm，A=設(shè)計(jì)值－實(shí)測(cè)值＋10mm（設(shè)計(jì)值為2.59mm）；實(shí)測(cè)值為滑塊開到下死點(diǎn)，用內(nèi)徑百分表檢測(cè)到螺桿硬擋塊距離。

圖5 No.檢索的地方

圖6 APC、APZ處數(shù)值顯示

圖7 在APZ處輸入“0”，在APC處輸入“1”

圖8 APC自動(dòng)恢復(fù)為“0”

原點(diǎn)恢復(fù)方法：

與數(shù)控機(jī)床采取的FANUC系統(tǒng)原點(diǎn)恢復(fù)方法比較類似，輸入1815到No.檢索的地方（圖5）用鼠標(biāo)左鍵單擊1，出現(xiàn)APZ、APC初始設(shè)定值，如圖6所示，在APZ的“*”處輸入“0”，在APC的“*”處輸入“1”，如圖7所示。

輸入結(jié)束的時(shí)候，需關(guān)閉與重啟電源。（這個(gè)時(shí)候會(huì)有一次power mate“PM”電源OFF），確認(rèn)NO.1240位置值會(huì)顯示出來，同時(shí)滑塊上下運(yùn)動(dòng)100mm，確認(rèn)基準(zhǔn)位置。若原點(diǎn)位置查找到后，觀察1815參數(shù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)APC自動(dòng)恢復(fù)為“0”，此時(shí)原點(diǎn)標(biāo)定成功，如圖8所示。

結(jié)束語

對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的維修人員而言，隨著伺服壓力機(jī)越來越多的應(yīng)用，設(shè)備維護(hù)變成了一個(gè)全新的課題，需要加強(qiáng)新技能、新知識(shí)的涉獵與深入研究。一方面要加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及規(guī)范操作，另一方面要通過結(jié)合伺服系統(tǒng)的一些參數(shù)調(diào)整伺服應(yīng)用，同時(shí)還要敢于創(chuàng)新維修方法，這樣才能做好伺服壓力機(jī)的保駕護(hù)航。