數(shù)控機床維修實例之主軸伺服系統(tǒng)
發(fā)布時間：2020-10-07 14:41:42 點擊率：
數(shù)控機床維修實例之主軸伺服系統(tǒng)
電子工業(yè)的飛速發(fā)展，使各種集成度高、性能先進的調速驅動層出不窮，給數(shù)控機床的更新?lián)Q代提供了有利條件，但對于目前大中型企業(yè)還無法將舊數(shù)控機床全部改造的現(xiàn)實，修理舊的驅動系統(tǒng)，仍是數(shù)控機床維修戰(zhàn)線上的一項艱巨任務。下面就談談筆者在數(shù)控機床維修主回路采用錯位選觸無環(huán)流可逆調速驅動系統(tǒng)的數(shù)控臥、立式車床中所遇到的部分故障及處理方法，供同行們參考。
數(shù)控機床維修實例一
故障現(xiàn)象：1.8m數(shù)控臥車在停車時發(fā)出巨大響聲，同時車間總電源跳閘。
檢查：(1)車間電工對供電系統(tǒng)進行檢查，跳閘的自動空氣斷路器所在處，因環(huán)境潮濕開關盒內自動跳閘的連桿機構已腐蝕，另外三相觸點中有一相觸點只有一小部分能接觸。(2)車間供電變壓器容量小，超負荷運行。其正常的相電壓只有340V。(3)一只晶閘管已被燒壞，查看驅動電路，B相觸發(fā)脈沖短小，只有正常觸發(fā)脈沖幅值的四分之一，進一步查實為B相觸發(fā)電路中的放大管T3性能不好所致。
可控硅觸發(fā)脈沖電路如圖1所示，由于該圖原理簡單，在此不予說明。
分析：晶閘管在整流狀態(tài)下缺相和在逆變狀態(tài)下缺相結果是不同的。在整流狀態(tài)下總是觸發(fā)電位較高的晶閘管如SCR1，同時使前一相晶閘管SCR3承受反相電壓而關斷。在SCR3的關斷期間以反相阻斷狀態(tài)為主。即使后一個晶閘管不觸發(fā)，而SCR3到一定時刻也會因過零而自動關斷。但如果是在停車降速時，即在逆變的情況下(同樣也是觸發(fā)電位較高的晶閘管導通，并使前一個晶閘管承受反壓而關斷)，這時的晶閘管在關斷時有很長一段時間處于正向阻斷狀態(tài)。這樣，若后一個晶閘管不導通，由于電感L的放電作用，使該晶閘管再延續(xù)導通一個周期而進入正半周，晶閘管將繼續(xù)導通下去，同時阻礙后面的晶閘管導通。于是，晶閘管輸出的正向電壓與電動機電勢迭加產生很大的電流，這時即產生逆變顛覆，輕則燒壞保險絲，重則燒壞晶閘管。如果車間的電壓供電系統(tǒng)正常，沒有大的波動，也許不會燒壞晶閘管。交流電網電壓波動大，車間變壓器容量小，超負荷運行，再加之B相正組觸發(fā)脈沖幅值小，及車間供電系統(tǒng)的總開關盒的損壞等綜合原因造成了這次故障的發(fā)生。
處理：(1)更換自動空氣斷路器。(2)更換新的晶閘管。
數(shù)控機床維修實例二
故障現(xiàn)象：1.8m臥車在點動時，花盤來回擺動。
檢查：測量驅動控制系統(tǒng)中的±20V直流穩(wěn)壓電源的紋波為4V峰峰值，大大超過了規(guī)定的范圍。
分析：在控制系統(tǒng)的放大電路中，高、低通濾波器可以濾掉，如：測速機反饋，電流反饋，電壓反饋中的各次諧波干擾信號，但無法濾除系統(tǒng)本身直流電源電路中的諧波分量，因它存在于整個系統(tǒng)中，這些諧波進入放大器就會使放大器阻塞，使系統(tǒng)產生各種不正常的現(xiàn)象。在點動狀態(tài)下，因電機的轉速較低，這些諧波已超過了點動時的電壓值，造成了系統(tǒng)的振蕩，使主軸花盤來回擺動，而且一旦去除諧波信號，故障馬上消失。
處理：將電壓板中的100MF和1000MF濾波電容換下焊上新電容，并測量紋波只有幾個毫伏后將電源板安裝好，開機試運行，故障消除。
數(shù)控機床維修實例三
故障現(xiàn)象：5m立車在運行加工中發(fā)出哐哐聲后，燒保險。
檢查：發(fā)現(xiàn)5FC5FG、5RG5RQ正反組全無脈沖輸出(線路見圖2)，測量結果，IC7反相器損壞，又發(fā)現(xiàn)1FG1FC輸出波形較其他波形幅值低得多。
分析：5m立車主驅動直流電機的驅動電壓由晶閘管全控橋反并聯(lián)整流電路提供。12路觸發(fā)脈沖中，有兩路消失，另一路觸發(fā)脈沖的幅值較其它正常觸發(fā)脈沖要短三分之一，當出現(xiàn)哐哐的齒輪撞擊聲時，誤以為液壓馬達聯(lián)軸節(jié)處出現(xiàn)了問題，但過了一會兒兩路保險絲燒壞，實際上，在這次故障的前一段時間里已燒過兩次保險，當時只認為是偶然的電網不穩(wěn)造成，因換上保險絲后，故障就消除了。
由于5m立車加工運行時的轉速較低，雖然可控硅整流電路是橋式整流，但是線路中觸發(fā)脈沖丟失和幅值小同時存在時，也會造成電流不連續(xù)，輸出的電壓不穩(wěn)，從而使電機的轉速不穩(wěn)。一開始出現(xiàn)的哐哐聲，實際就是轉速不穩(wěn)的表現(xiàn)。由于電流斷續(xù)而引起的燒保險故障能發(fā)生在運行后停車和正常運行的任何時刻。處理：將放大管T1(另一組觸發(fā)電路中的放大管，功能如圖2中的T7)及反相器IC7換下，故障消除。
數(shù)控機床維修實例四
故障現(xiàn)象：1.8m臥車主軸在停車時，發(fā)出巨大響聲，但保險并未燒壞。
檢查：用診斷板按照說明書中的步驟對系統(tǒng)參數(shù)重新調整，調整過程中，發(fā)現(xiàn)線時間應為15s，可是在故障時已調整為10s，另外增益電位器所調的位置也比要求的調得高，即使增益增大。
分析：所謂線時間是指系統(tǒng)的上升和下降時間。對于控制56kW的電動機的控制系統(tǒng)線時間由15s改成了10s，那么電機產生的機械慣性會在停車時在齒輪上發(fā)出巨大響聲，從而使齒輪受到損害。
增大增益可以減少死區(qū)，使轉速誤差減小，但增益太大會使超調嚴重，給系統(tǒng)的暫態(tài)響應帶來麻煩，加之線時間的減少，更加劇了機械的響聲。
驅動系統(tǒng)中的各種參數(shù)都要進行嚴格的計算，并根據(jù)每臺電機及機械的實際情況，反復進行調整而確定，盡管機床已運行多年，各參數(shù)有的也發(fā)生了變化，但這種變化是極微小的，在一般情況下，各電位器箭頭的位置不應隨意改動。
處理：(1)將線時間調整為15s。(2)將增益調小。
數(shù)控機床維修實例五
現(xiàn)象：46″立車主軸運轉時突然停止，片刻后又繼續(xù)運行，此種現(xiàn)象時有時無，毫無規(guī)律可循，當出現(xiàn)停車故障時，計算機也無任何故障信號顯示，運行幾天后，主軸就無法運轉。
檢查：主控板中的DFP信號消失，當用萬用表測量T104晶體管C極時，DFP信號又出現(xiàn)，但時間不長又消失。再測量T104管的be、bc間的電壓已不正常。
分析：如圖3所示，DFP信號是在機床需要運行(此時計算機及驅動系統(tǒng)并無故障，由接口板送出的一個-4V的PRE啟動電壓，該信號送入T98的發(fā)射極從而使T105截止，T104導通，送出DFP的+20號，進入脈沖放大電路，控制可控硅觸發(fā)脈沖的發(fā)出。若計算機和驅動系統(tǒng)有故障，則PRE為0V，T104截止，T105導通，使DFP為0V，觸發(fā)脈沖無法發(fā)出。
電子工業(yè)的飛速發(fā)展，使各種集成度高、性能先進的調速驅動層出不窮，給數(shù)控機床的更新?lián)Q代提供了有利條件，但對于目前大中型企業(yè)還無法將舊數(shù)控機床全部改造的現(xiàn)實，修理舊的驅動系統(tǒng)，仍是數(shù)控機床維修戰(zhàn)線上的一項艱巨任務。下面就談談筆者在數(shù)控機床維修主回路采用錯位選觸無環(huán)流可逆調速驅動系統(tǒng)的數(shù)控臥、立式車床中所遇到的部分故障及處理方法，供同行們參考。
數(shù)控機床維修實例一
故障現(xiàn)象：1.8m數(shù)控臥車在停車時發(fā)出巨大響聲，同時車間總電源跳閘。
檢查：(1)車間電工對供電系統(tǒng)進行檢查，跳閘的自動空氣斷路器所在處，因環(huán)境潮濕開關盒內自動跳閘的連桿機構已腐蝕，另外三相觸點中有一相觸點只有一小部分能接觸。(2)車間供電變壓器容量小，超負荷運行。其正常的相電壓只有340V。(3)一只晶閘管已被燒壞，查看驅動電路，B相觸發(fā)脈沖短小，只有正常觸發(fā)脈沖幅值的四分之一，進一步查實為B相觸發(fā)電路中的放大管T3性能不好所致。
可控硅觸發(fā)脈沖電路如圖1所示，由于該圖原理簡單，在此不予說明。
分析：晶閘管在整流狀態(tài)下缺相和在逆變狀態(tài)下缺相結果是不同的。在整流狀態(tài)下總是觸發(fā)電位較高的晶閘管如SCR1，同時使前一相晶閘管SCR3承受反相電壓而關斷。在SCR3的關斷期間以反相阻斷狀態(tài)為主。即使后一個晶閘管不觸發(fā)，而SCR3到一定時刻也會因過零而自動關斷。但如果是在停車降速時，即在逆變的情況下(同樣也是觸發(fā)電位較高的晶閘管導通，并使前一個晶閘管承受反壓而關斷)，這時的晶閘管在關斷時有很長一段時間處于正向阻斷狀態(tài)。這樣，若后一個晶閘管不導通，由于電感L的放電作用，使該晶閘管再延續(xù)導通一個周期而進入正半周，晶閘管將繼續(xù)導通下去，同時阻礙后面的晶閘管導通。于是，晶閘管輸出的正向電壓與電動機電勢迭加產生很大的電流，這時即產生逆變顛覆，輕則燒壞保險絲，重則燒壞晶閘管。如果車間的電壓供電系統(tǒng)正常，沒有大的波動，也許不會燒壞晶閘管。交流電網電壓波動大，車間變壓器容量小，超負荷運行，再加之B相正組觸發(fā)脈沖幅值小，及車間供電系統(tǒng)的總開關盒的損壞等綜合原因造成了這次故障的發(fā)生。
處理：(1)更換自動空氣斷路器。(2)更換新的晶閘管。
數(shù)控機床維修實例二
故障現(xiàn)象：1.8m臥車在點動時，花盤來回擺動。
檢查：測量驅動控制系統(tǒng)中的±20V直流穩(wěn)壓電源的紋波為4V峰峰值，大大超過了規(guī)定的范圍。
分析：在控制系統(tǒng)的放大電路中，高、低通濾波器可以濾掉，如：測速機反饋，電流反饋，電壓反饋中的各次諧波干擾信號，但無法濾除系統(tǒng)本身直流電源電路中的諧波分量，因它存在于整個系統(tǒng)中，這些諧波進入放大器就會使放大器阻塞，使系統(tǒng)產生各種不正常的現(xiàn)象。在點動狀態(tài)下，因電機的轉速較低，這些諧波已超過了點動時的電壓值，造成了系統(tǒng)的振蕩，使主軸花盤來回擺動，而且一旦去除諧波信號，故障馬上消失。
處理：將電壓板中的100MF和1000MF濾波電容換下焊上新電容，并測量紋波只有幾個毫伏后將電源板安裝好，開機試運行，故障消除。
數(shù)控機床維修實例三
故障現(xiàn)象：5m立車在運行加工中發(fā)出哐哐聲后，燒保險。
檢查：發(fā)現(xiàn)5FC5FG、5RG5RQ正反組全無脈沖輸出(線路見圖2)，測量結果，IC7反相器損壞，又發(fā)現(xiàn)1FG1FC輸出波形較其他波形幅值低得多。
分析：5m立車主驅動直流電機的驅動電壓由晶閘管全控橋反并聯(lián)整流電路提供。12路觸發(fā)脈沖中，有兩路消失，另一路觸發(fā)脈沖的幅值較其它正常觸發(fā)脈沖要短三分之一，當出現(xiàn)哐哐的齒輪撞擊聲時，誤以為液壓馬達聯(lián)軸節(jié)處出現(xiàn)了問題，但過了一會兒兩路保險絲燒壞，實際上，在這次故障的前一段時間里已燒過兩次保險，當時只認為是偶然的電網不穩(wěn)造成，因換上保險絲后，故障就消除了。
由于5m立車加工運行時的轉速較低，雖然可控硅整流電路是橋式整流，但是線路中觸發(fā)脈沖丟失和幅值小同時存在時，也會造成電流不連續(xù)，輸出的電壓不穩(wěn)，從而使電機的轉速不穩(wěn)。一開始出現(xiàn)的哐哐聲，實際就是轉速不穩(wěn)的表現(xiàn)。由于電流斷續(xù)而引起的燒保險故障能發(fā)生在運行后停車和正常運行的任何時刻。處理：將放大管T1(另一組觸發(fā)電路中的放大管，功能如圖2中的T7)及反相器IC7換下，故障消除。
數(shù)控機床維修實例四
故障現(xiàn)象：1.8m臥車主軸在停車時，發(fā)出巨大響聲，但保險并未燒壞。
檢查：用診斷板按照說明書中的步驟對系統(tǒng)參數(shù)重新調整，調整過程中，發(fā)現(xiàn)線時間應為15s，可是在故障時已調整為10s，另外增益電位器所調的位置也比要求的調得高，即使增益增大。
分析：所謂線時間是指系統(tǒng)的上升和下降時間。對于控制56kW的電動機的控制系統(tǒng)線時間由15s改成了10s，那么電機產生的機械慣性會在停車時在齒輪上發(fā)出巨大響聲，從而使齒輪受到損害。
增大增益可以減少死區(qū)，使轉速誤差減小，但增益太大會使超調嚴重，給系統(tǒng)的暫態(tài)響應帶來麻煩，加之線時間的減少，更加劇了機械的響聲。
驅動系統(tǒng)中的各種參數(shù)都要進行嚴格的計算，并根據(jù)每臺電機及機械的實際情況，反復進行調整而確定，盡管機床已運行多年，各參數(shù)有的也發(fā)生了變化，但這種變化是極微小的，在一般情況下，各電位器箭頭的位置不應隨意改動。
處理：(1)將線時間調整為15s。(2)將增益調小。
數(shù)控機床維修實例五
現(xiàn)象：46″立車主軸運轉時突然停止，片刻后又繼續(xù)運行，此種現(xiàn)象時有時無，毫無規(guī)律可循，當出現(xiàn)停車故障時，計算機也無任何故障信號顯示，運行幾天后，主軸就無法運轉。
檢查：主控板中的DFP信號消失，當用萬用表測量T104晶體管C極時，DFP信號又出現(xiàn)，但時間不長又消失。再測量T104管的be、bc間的電壓已不正常。
分析：如圖3所示，DFP信號是在機床需要運行(此時計算機及驅動系統(tǒng)并無故障，由接口板送出的一個-4V的PRE啟動電壓，該信號送入T98的發(fā)射極從而使T105截止，T104導通，送出DFP的+20號，進入脈沖放大電路，控制可控硅觸發(fā)脈沖的發(fā)出。若計算機和驅動系統(tǒng)有故障，則PRE為0V，T104截止，T105導通，使DFP為0V，觸發(fā)脈沖無法發(fā)出。