數(shù)控車床伺服準(zhǔn)備信號異常故障診斷與維修

趙 飛

（1.無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械技術(shù)學(xué)院，無錫 214121；2.江蘇大學(xué) 流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心，鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提升，數(shù)控機(jī)床得到了越來越廣泛的使用，極大地提升了機(jī)械加工精度和自動(dòng)化生產(chǎn)水平。數(shù)控機(jī)床作為復(fù)雜的機(jī)電一體化設(shè)備，在發(fā)生故障時(shí)如何快速維修對維持企業(yè)正常生產(chǎn)顯得非常重要[1,2]。本文對CK6140數(shù)控車床伺服系統(tǒng)的一個(gè)典型故障的維修實(shí)例進(jìn)行了分析。CK6140數(shù)控車床采用FANUC-0iTC數(shù)控系統(tǒng)，使用兩臺βiSV-20伺服放大器分別控制X、Z軸伺服電機(jī)，使用一臺三菱S500變頻器控制主軸正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速。

1 故障現(xiàn)象

機(jī)床啟動(dòng)后，數(shù)控系統(tǒng)啟動(dòng)后提示報(bào)警，如圖1所示。401報(bào)警信號表明伺服準(zhǔn)備信號異常，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床不能正常工作[3]。

2 故障分析

401報(bào)警意味著伺服放大器沒有正常啟動(dòng)。圖2為FANUC-0iTC數(shù)控系統(tǒng)連接框圖。

由圖2及FANUC技術(shù)手冊和文獻(xiàn)[4～8]可知，伺服放大器的正常啟動(dòng)需要三個(gè)前提條件：

1）24V控制電源接入及急停按鈕觸點(diǎn)閉合；

2）MCC端子輸出控制信號控制接觸器接入動(dòng)力電源；

3）X、Z軸伺服放大器間通信及電源線連接正常。

圖1 伺服準(zhǔn)備信號異常報(bào)警畫面

圖2 FANUC-0iTC數(shù)控系統(tǒng)連接框圖

按先易后難的順序，分析故障可能原因包括：機(jī)械故障、系統(tǒng)故障和電氣故障，故障分析的流程如圖3所示。

圖3 伺服準(zhǔn)備信號異常故障分析流程圖

由圖3可知，首先查找機(jī)械故障，檢查急停按鈕機(jī)構(gòu)是否異常，檢查方法是：重復(fù)按下和旋開急停旋鈕，若存在故障則更換急停按鈕。

若無機(jī)械故障，查找系統(tǒng)故障，檢查方法是：打開PMC梯形圖，按下、松開急停按鈕，查看X8.4觸點(diǎn)狀態(tài)有無變化，若無變化，檢查系統(tǒng)梯形圖邏輯關(guān)系。

若無系統(tǒng)故障，查找電氣故障，檢查方法是：根據(jù)電氣原理圖，分析電氣線路連接及電氣元件功能是否正常。

若存在故障對電氣故障點(diǎn)進(jìn)行維修。

3 故障診斷

依據(jù)故障分析流程，首先查找機(jī)械故障。重復(fù)按下和旋開急停旋鈕，檢查急停按鈕的機(jī)械結(jié)構(gòu)是否正常，經(jīng)檢查急停按鈕機(jī)械結(jié)構(gòu)正常，無機(jī)械故障。

接著查找系統(tǒng)故障。依照電氣原理圖[4]，在系統(tǒng)PMC梯形圖中搜索與急停按鈕相對應(yīng)的X8.4觸點(diǎn)，通過改變急停按鈕狀態(tài)，觀察PMC梯形圖中X8.4觸點(diǎn)的狀態(tài)變化，來驗(yàn)證急停按鈕的狀態(tài)能否被PMC正確讀取。具體操作如下：當(dāng)急停按鈕松開時(shí)，按SYSTEM鍵→選PMC→選PMCLAD→選SRCH→輸入X8.4→按下搜索鍵，發(fā)現(xiàn)X8.4觸點(diǎn)得電；按下急停按鈕后，X8.4觸點(diǎn)失電、G8.4線圈失電；因此急停按鈕的狀態(tài)能被PMC正確讀取，無系統(tǒng)故障。

圖4 伺服放大器外圍電氣接線圖

圖4為伺服放大器外圍電氣接線圖。依據(jù)伺服系統(tǒng)啟動(dòng)電氣動(dòng)作過程，伺服系統(tǒng)啟動(dòng)電氣動(dòng)作流程如下：24V控制電源接入→急停按鈕觸點(diǎn)閉合→X軸伺服放大器MCC輸出端子導(dǎo)通→接觸器KM2線圈得電→220V動(dòng)力電源接入，X軸伺服放大器啟動(dòng)→X軸伺服放大器與Z軸伺服放大器連接線正?！鶽軸伺服放大器啟動(dòng)→伺服系統(tǒng)啟動(dòng)完成。

按照伺服系統(tǒng)啟動(dòng)電氣動(dòng)作流程，逐步查找電氣故障。

首先檢查24V直流控制電源：啟動(dòng)系統(tǒng)后，通過觀察，X軸和Z軸伺服放大器風(fēng)扇均在正常工作，而風(fēng)扇的供電來自直流24V控制電源，因此伺服放大器24V直流控制電源接入正常。同時(shí)確認(rèn)此時(shí)急停按鈕位于松開狀態(tài)，其內(nèi)部觸點(diǎn)此時(shí)為閉合狀態(tài)；接著根據(jù)X軸伺服放大器MCC端子電氣接線圖，檢查X軸伺服放大器MCC端子外部電路是否正常。

加載在MCC端子處的電壓來源于變壓器TC1的輸出端102、103；經(jīng)空氣開關(guān)QF3、接觸器KM1的兩對主觸點(diǎn)、KM2線圈后最終匯聚到MCC端子CX29-1和CX29-3；關(guān)閉電源開關(guān)后，按照此電氣接線圖逐步檢查電路將萬用表撥至蜂鳴檔，首先測量KM1上端子108、109間線路連接情況，按下接觸器KM1上的按鈕，此時(shí)萬用表發(fā)出蜂鳴聲，萬用表上顯示的阻值很小，表明端子108、109間線路連接正常；隨后測量KM1上108端子到KM2上108端子的連接情況，此時(shí)萬用表發(fā)出蜂鳴聲，表明線路連接正常；接著測量KM1上108端子到KM2上110端子的連接情況，此時(shí)萬用表無讀數(shù)，表明線路斷路，該段線路存在故障；進(jìn)一步檢測KM2上108端子到KM2上110端子的連接情況，此時(shí)萬用表無讀數(shù)，表明KM2線圈斷路。

因此故障原因?yàn)榻佑|器KM2內(nèi)部線圈發(fā)生斷路，導(dǎo)致KM2主觸點(diǎn)無法吸合，伺服放大器無法接入三相交流電源。

4 故障排除

依據(jù)故障原因，更換接觸器KM2，并重新連接好相關(guān)線路后，使用萬用表再次測量KM2線圈接線端108與110間的阻值，萬用表讀數(shù)為0.525千歐，讀數(shù)正常。打開電源開關(guān)，重新啟動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動(dòng)后，無報(bào)警提示。

在手輪方式下：選定X軸，搖動(dòng)手輪；X軸進(jìn)給正常；選定Z軸，搖動(dòng)手輪；Z軸進(jìn)給正常，說明故障已排除。

5 結(jié)束語

1）數(shù)控機(jī)床伺服準(zhǔn)備信號異常故障出現(xiàn)后，往往需要從機(jī)械、系統(tǒng)、電氣等三個(gè)方面考慮故障產(chǎn)生的可能原因，同時(shí)應(yīng)本著先易后難的順序進(jìn)行故障排查。

2）應(yīng)結(jié)合FANUC維修手冊及機(jī)床電氣原理圖，深入理解FANUC伺服系統(tǒng)工作原理，列出故障排除流程，逐一排查故障可能原因，最終排除故障。