数控机床主轴驱动系统故障维修案例
数控机床主轴驱动系统故障维修 50 例
第七章第四课主轴驱动系统故障维修 50 例[1]
2009-05-15 05:55
例301．机床剧烈抖动、驱动器显示AL-04报警
故障现象：一台配套FANUC 6系统的立式加工中心, 在加工过程中，机床出现剧烈抖动、交流主轴驱动器显示AL-04
报警。
分析与处理过程：FANUC交流主轴驱动系统AL-04报警的含义为“交流输入电路中的P1、F2、F3熔断器熔断”，故障可能的缘故有：
1)交流电源输出阻抗过高。
2)逆变晶体管模块不良。
3)整流二极管(或晶闸管)模块不良。
4)浪涌汲取器或电容器不良。
针对上述故障缘故，逐一进行检查。检查交流输入电源，在交流主轴驱动器的输入电源，测得R、S相输入电压为220V，但T相的交流输入电压仅为120V，表明驱动器的三相输入电源存在问题。
进一步检查主轴变压器的三相输出，发觉变压器输入、输出，机床电源输入均同样存在不平衡，从而讲明故障缘故不在机床本身。
检查车间开关柜上的三相熔断器，发觉有一相阻抗为数百欧姆。将其拆开检查，发觉该熔断器接线螺钉松动，从而造成三相输入电源不平衡；重新连接后，机床恢复正常。
例302．驱动器出现报警“A”的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 0T的数控车床，开机后，系统处在“急停”状态，显示“NOTREADY”，操作面板上的主轴报警指示灯亮。
分析与处理过程：依照故障现象，检查机床交流主轴驱动器，发觉驱动器显示为“A”。
依照驱动器的报警显示，由本章前述可知，驱动器报警的含义是“驱动器软件出错”，这一报警在驱动器受到外部偶然干扰时较容易出现，解决的方法通常是对驱动器进行初始化处理。在本机床按如下步骤进行了参数的初始化操作：
1)切断驱动器电源，将设定端S1置TEST。
2)接通驱动器电源。
3)同时按住MODE、UP、DOWN、DATASET4个键
4)当显示器由全暗变为“FFFFF”后，松开全部键, 并保持1s以上。
5)同时按住MODE、UP键，使参数显示FC-22。
6)按住DATASET键1s以上，显示器显示“GOOD”，标准参数写入完成。
7)切断驱动器电源，将S1(SH)重新置“DRIVE” 。
通过以上操作，驱动器恢复正常，报警消逝，机床恢复正常工作。
例303．驱动器出现过电流报警的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 11M系统的卧式加工中心，在加工时主轴运行突然停止，驱动器显示过电流报警。
分析与处理过程：经查交流主轴驱动器主回路，发觉再生制动回路、主回路的熔断器均熔断，经更换后机床恢复正常。但机床正常运行数天后，再次出现同样故障。
由于故障重复出现，证明该机床主轴系统存在问题，依照报警现象，分析可能存在的要紧缘故有：
1)主轴驱动器操纵板不良。
2)电动机连续过载。
3)电动机绕组存在局部短路。
在以上几点中，依照现场实际加工情况，电动机过载的缘故能够排除。考虑到换上元器件后，驱动器能够正常工作数天，故主轴驱动器操纵板不良的可能性亦较小。因此，故障缘故可能性最大的是电动机绕组存在局部短路。
维修时认真测量电动机绕组的各相电阻，发觉U相对地绝缘电阻较小，证明该相存在局部对地短路。
拆开电动机检查发觉，电动机内部绕组与引出线的连接处绝缘套差不多老化；经重新连接后，对地电阻恢复正常。
再次更换元器件后，机床恢复正常，故障不再出现。
例304．主轴驱动器AL-12报警的维修
故障现象：一台配套FANUC 11M系统的卧式加工中心, 在加工过程中，主轴运行突然停止，驱动器显示12号报警。
分析与处理过程：交流主轴驱动器出现12号报警的含义是“直流母线过电流”，由本章前述可知，故障可能的缘故如下：
1)电动机输出端或电动机绕组局部短路。
2)逆变功率晶体管不良。
3)驱动器操纵板故障。
依照以上缘故，维修时进行了认真检查。确认电动机输出端、电动机饶组无局部短路。然后断开驱动器(机床)电源，检查了逆变晶体管组件。通过打开驱动器，拆下电动机电枢线，用万用表检查逆变晶体管组件的集电极(C1、C2)和发射极(E1、E2)、基极(B1、B2)之间，以及基极(B1、B2)和发射极(El、E2)之间的电阻值，与正常值(表7-25所示)比较，检查发觉C1-E1之间短路，即晶体管组件己损坏。为确定故障缘故，又对驱动器操纵板上的晶体管驱动回路进行了进一步的检查。检查方法如下：
1)取下直流母线熔断器F7，合上交流电源，输入旋转指令。
2)按表7-26、表7-27的引脚，通过驱动器的连接插座CN6、CN7，测定8个晶体管(型号为ETl91)的基极B与发射极E间的操纵电压，并依照CN6、CN7插脚与各晶体管管脚的对应关系逐一检查(以发射极为参考，测量B-E正常值一般在2V 左右)。检查发觉1C~lB之间电压为0V，证明C~B极击穿，同时发觉二极管D27也被击穿。
在更换上述部件后，再次起动主轴驱动器，显示报警成为AL-19。依照本章前述，驱动器AL-19报警为U相电流检测电路过流报警。
为了进一步检查AL-19报警的缘故，维修时对操纵回路的电源进行了检查。
检查驱动器电源测试端子，交流输入电源正常；直流输出+24V、+15V、+5V均正常，但-15V电压为“0”。进一步检查电源回路，发觉集成稳压器(型号：7915)损坏。更换7915后，-15V输出电压正常，主轴AL-19报警消除，机床恢复正常。
例305．主轴驱动器AL-01报警的维修
故障现象：一台配套FANUC 21系统的立式加工中心，在加工过程中，主轴运行突然停止，系统显示ALM2001、ALM4 09报警，交流主轴驱动器显示AL-01报警。
分析与处理过程：该机床配套的系统为FANUC 21系统，CRT上显示的报警含义如下：
ALM2001：SPDL SERVOAL (主轴驱动器报警)。
ALM409：SERVO ALARM (SERIAC ERR)(伺服驱动器报警)。
主轴驱动器AL-01：主轴电动机过热报警。
上述报警能够通过复位键清除，清除后系统能够起动，主轴无报警，但在正常执行各轴的手动参考点返回动作后，当Z 轴向下移动时，又发生上述报警。
由于实际机床发生报警时，只是Z轴向下移动，主轴电动机并没有旋转，同时也不发热。考虑到主轴电动机是伴随着Z 轴一起上下移动，据此能够大致判定故障是由于Z轴移动，引起主轴电动机电缆弯曲，产生接触不良所致。
打开主轴电动机接线盒检查，发觉接线盒内插头上的主轴电动机热敏电阻接线松动；重新连接后，故障排除，机床恢复正常。
例306．主轴高速出现异常振动的故障维修
故障现象：某配套FANUC 0TA2系统的数控车床，当主轴在高速(3000r/min以上)旋转时，机床出现异常振动。
分析与处理过程：数控机床的振动与机械系统的设计、安装、调整以及机械系统的固有频率、主轴驱动系统的固有频率等因素有关，其缘故通常比较复杂。
但在本机床上，由于故障前交流主轴驱动系统工作正常，能够在高速下旋转；且主轴在超过3000r/min时，在任意转速下振动均存在，能够排除机械共振的缘故。
检查机床机械传动系统的安装与连接，未发觉异常，且在脱开主轴电动机与机床主轴的连接后，从操纵面板上观看主轴转速、转矩显示，发觉其值有较大的变化，因此初步判定故障在主轴驱动系统的电气部分。
经认真检查机床的主轴驱动系统连接，最终发觉该机床的主轴驱动器的接地线连接不良，将接地线重新连接后，机床恢复正常。
例307．主轴声音沉闷并出现过电流报警的故障维修
故障现象：一台配套FIDIA l2系统、FANUC l5型直流主轴驱动的数控仿型铣床，主轴在起动后，运转过程中声音沉闷；当主轴制动时，CRT显示“FEED HOLD”，主轴驱动装置的“过电流”报警指示灯亮。
分析与处理过程：为了判不主轴过电流报警产生的缘故，维修时首先脱开了主轴电动机与主轴间的联接，检查机械传动系统，未发觉异常，因此排除了机械上的缘故。
接着又测量、检查了电动机的绕组、对地电阻及电动机的连接情况，在对换向器及电刷进行检查时，发觉部分电刷已到达使用极限，换向器表面有严峻的烧熔痕迹。
针对以上问题，维修时首先更换了同型号的电刷；并拆开电动机，对换向器的表面进行了修磨处理，完成了对电动机的维修。
重新安装电动机后再进行试车，当时故障消逝；但在第二天开机时，又再次出现上述故障，同时在机床通电约30min
之后，故障就自动消逝。
依照以上现象，由于排除了机械传动系统、主轴电动机、连接方面的缘故，故而能够判定故障缘故在主轴驱动器上。
对比主轴伺服驱动系统的原理图，重点针对电流反馈环节的有关线路，进行了分析检查；对电路板中有可能虚焊的部位进行了重新焊接，对全部接插件进行了表面处理，但故障现象仍然不变。
由于维修现场无驱动器备件，不可能进行驱动器的电路板互换处理，为了确定故障的大致部位，针对机床通电约30min 后，故障能够自动消逝这一特点，维修时采纳局部升温的方法。通过吹风机在距电路板8~10cm处，对电路板的每一部分进行了局部升温，结果发觉当对触发线路升温后，主轴运转能够立即恢复正常。由此分析，初步判定故障部位在驱动器的触发
线路上。
通过示波器观看触发部分线路的输出波形，发觉其中的一片集成电路在常温下无触发脉冲产生，引起整流回路U相的4只晶闸管(正组与反组各2只)的触发脉冲消逝：更换此芯片后故障排除。
维修完成后，进一步分析故障缘故，在主轴驱动器工作时，三相全控桥整流主回路，有一相无触发脉冲，导致直流母线整流电压波形脉动变大，谐波重量提高，产生电动机换向困难，电动机运行声音沉闷。
当主轴制动时，由于驱动器采纳的是回馈制动，操纵线路首先要关断正组的触发脉冲，并触发反组的晶闸管，使其逆变。逆变时同样由于缺一相触发脉冲，使能量不能及时回馈电网，因此电动机产生过流，驱动器产生过流报警，爱护电路动作。
例308~例311．主轴只有漂移转速的故障维修
例308．故障现象：一台配套FANUC 7系统的数控铣床，主轴在自动或手动操作方式下，转速达不到指令转速，仅有1~2r/min，正、反转情况相同，系统无任何报警。
分析与处理过程：由于本机床具有主轴换档功能，为了验证机械传动系统动作，维修时在MDI方式下进行了高、低换档动作试验，发觉机床动作正常，讲明机械传动系统的变速机构工作正常，排除了档位啮合产生的缘故。
检查主轴驱动器的电缆连接以及主轴驱动器上的状态指示灯，都处于正常工作状态，能够初步判定主轴驱动器工作正常。
进一步测量主轴驱动器的指令电压输入VCMD，发觉在任何S指令下，VCMD总是为“0”，即驱动器无转速指令输入。
检查CNC操纵柜，发觉位置操纵板上的主轴模拟输出的插头XN松动；重新安装后，机床恢复正常。
例309．故障现象：一台配套FANUC ll系统的进口卧式加工中心，S指令无效，主轴转速仅为1~2r/min，无任何报警。
分析与处理过程：测量主轴驱动器的速度指令PcMD信号，发觉在O-4500r/min的任何S指令下，VCMD总是为0，进一步测量CNC的S模拟输出，其值亦为“0”，表明CNC的主轴速度操纵指令未输出。
由于CNC无报警显示，故主轴速度操纵指令未输出可能的缘故是主轴未满足转速输出的条件。对比系统的接口信号，通过对PLC程序梯形图的分析发觉：PLC程序中主轴高/低速换档的标志位、机床的高/低落速档检测开关输入信号均为“0”，这与实际情况不符。
通过手动操纵电磁阀，使机床换到低速档后，机床的低速档检测开关输入信号正确，PLC中主轴低速换档的标志位随之变为正确的状态，满足了主轴条件。在此条件下再次启动主轴，机床恢复正常。
为了进一步推断机床故障的缘故，通过MDI方式，执行M42(换高速档指令)后，发觉M42指令不能完成。检查高速档电磁阀差不多得电，但高速档到位信号为“0”，由此判定故障缘故在机床的机械或液压部分。
检查主轴箱内部，发觉机床的换档机构的拨叉松动，在低速档时，由于拨叉向下动作，能够通过自重落下，因此机床能够正常工作；换高速档时，拨叉向上运动，拔出后不能插入齿轮。经重新安装后，机床恢复正常。
例310．故障现象：一台配套FANUC 0M的二手数控铣床，采纳FANUC S系列主轴驱动器，开机后，不论输入S**M03或S**M04指令，主轴仅仅出现低速旋转，实际转速无法达到指令值。
分析与处理过程：在数控机床上，主轴转速的操纵，一般是数控系统依照不同的S代码，输出不同的主轴转速模拟量值，通过主轴驱动器实现主轴变速的。
在本机床上，检查主轴驱动器无报警，且主轴出现低速旋转，能够差不多确认主轴驱动器无故障。
依照故障现象，为了确定故障部位，利用万用表测量系统的主轴模拟量输出，发觉在不同的S**指令下，其值改变，由此确认数控系统工作正常。