数控机床主轴伺服系统故障检查及维修实例

电子工业的飞速发展，使各种集成度高、性能先进的调速驱动层出不穷，给数控机床的更新换代提供了有利条件，但对于目前大中型企业还无法将旧数控机床全部改造的现实，修理旧的驱动系统，仍是维修战线上的一项艰巨任务。下面就谈谈笔者在维修主回路采用错位选触无环流可逆调速驱动系统的数控卧、立式车床中所遇到的部分故障及处理方法，供同行们参考。 　　1　故障一 　　故障现象：1.8m数控卧车在停车时发出巨大响声，同时车间总电源跳闸。 　　检查：(1)车间电工对供电系统进行检查，跳闸的自动空气断路器所在处，因环境潮湿开关盒内自动跳闸的连杆机构已腐蚀，另外三相触点中有一相触点只有一小部分能接触。(2)车间供电变压器容量小，超负荷运行。其正常的相电压只有340V。(3)一只晶闸管已被烧坏，查看驱动电路，B相触发脉冲短小，只有正常触发脉冲幅值的四分之一，进一步查实为B相触发电路中的放大管T3性能不好所致。 　　可控硅触发脉冲电路如图1所示，由于该图原理简单，在此不予说明。 　　分析：晶闸管在整流状态下缺相和在逆变状态下缺相结果是不同的。在整流状态下总是触发电位较高的晶闸管如SCR1，同时使前一相晶闸管SCR3承受反相电压而关断。在SCR3的关断期间以反相阻断状态为主。即使后一个晶闸管不触发，而SCR3到一定时刻也会因过零而自动关断。但如果是在停车降速时，即在逆变的情况下(同样也是触发电位较高的晶闸管导通，并使前一个晶闸管承受反压而关断)，这时的晶闸管在关断时有很长一段时间处于正向阻断状态。这样，若后一个晶闸管不导通，由于电感L的放电作用，使该晶闸管再延续导通一个周期而进入正半周，晶闸管将继续导通下去，同时阻碍后面的晶闸管导通。于是，晶闸管输出的正向电压与电动机电势迭加产生很大的电流，这时即产生逆变颠覆，轻则烧坏保险丝，重则烧坏晶闸管。如果车间的电压供电系统正常，没有大的波动，也许不会烧坏晶闸管。交流电网电压波动大，车间变压器容量小，超负荷运行，再加之B相正组触发脉冲幅值小，及车间供电系统的总开关盒的损坏等综合原因造成了这次故障的发生。 　　处理：(1)更换自动空气断路器。(2)更换新的晶闸管。 2　故障二 　　故障现象：1.8m卧车在点动时，花盘来回摆动。 　　检查：测量驱动控制系统中的±20V直流稳压电源的纹波为4V峰峰值，大大超过了规定的范围。 　　分析：在控制系统的放大电路中，高、低通滤波器可以滤掉，如：测速机反馈，电流反馈，电压反馈中的各次谐波干扰信号，但无法滤除系统本身直流电源电路中的谐波分量，因它存在于整个系统中，这些谐波进入放大器就会使放大器阻塞，使系统产生各种不正常的现象。在点动状态下，因电机的转速较低，这些谐波已超过了点动时的电压值，造成了系统的振荡，使主轴花盘来回摆动，而且一旦去除谐波信号，故障马上消失。 　　处理：将电压板中的100MF和1000MF滤波电容换下焊上新电容，并测量纹波只有几个毫伏后将电源板安装好，开机试运行，故障消除。 　　3　故障三 　　故障现象：5m立车在运行加工中发出哐哐声后，烧保险。 　　检查：发现5FC5FG、5RG5RQ正反组全无脉冲输出(线路见图2)，测量结果，IC7反相器损坏，又发现1FG1FC输出波形较其他波形幅值低得多。 　　分析：5m立车主驱动直流电机的驱动电压由晶闸管全控桥反并联整流电路提供。12路触发脉冲中，有两路消失，另一路触发脉冲的幅值较其它正常触发脉冲要短三分之一，当出现哐哐的齿轮撞击声时，误以为液压马达联轴节处出现了问题，但过了一会儿两路保险丝烧坏，实际上，在这次故障的前一段时间里已烧过两次保险，当时只认为是偶然的电网不稳造成，因换上保险丝后，故障就消除了。由于5m立车加工运行时的转速较低，虽然可控硅整流电路是桥式整流，但是线路中触发脉冲丢失和幅值小同时存在时，也会造成电流不连续，输出的电压不稳，从而使电机的转速不稳。一开始出现的哐哐声，实际就是转速不稳的表现。由于电流断续而引起的烧保险故障能发生在运行后停车和正常运行的任何时刻。 　处理：将放大管T1(另一组触发电路中的放大管，功能如图2中的T7)及反相器IC7换下，故障消除。 4　故障四 　　故障现象：1.8m卧车主轴在停车时，发出巨大响声，但保险并未烧坏。 　　检查：用诊断板按照说明书中的步骤对系统参数重新调整，调整过程中，发现线时间应为15s，可是在故障时已调整为10s，另外增益电位器所调的位置也比要求的调得高，即使增益增大。 　　分析：所谓线时间是指系统的上升和下降时间。对于控制56kW的电动机的控制系统线时间由15s改成了10s，那么电机产生的机械惯性会在停车时在齿轮上发出巨大响声，从而使齿轮受到损害。 　　增大增益可以减少死区，使转速误差减小，但增益太大会使超调严重，给系统的暂态响应带来麻烦，加之线时间的减少，更加剧了机械的响声。 　　驱动系统中的各种参数都要进行严格的计算，并根据每台电机及机械的实际情况，反复进行调整而确定，尽管机床已运行多年，各参数有的也发生了变化，但这种变化是极微小的，在一般情况下，各电位器箭头的位置不应随意改动。 　　处理：(1)将线时间调整为15s。(2)将增益调小。 　　5　故障五 　　现象：46″立车主轴运转时突然停止，片刻后又继续运行，此种现象时有时无，毫无规律可循，当出现停车故障时，计算机也无任何故障信号显示，运行几天后，主轴就无法运转。 　　检查：主控板中的DFP信号消失，当用万用表测量T104晶体管C极时，DFP信号又出现，但时间不长又消失。再测量T104管的be、bc间的电压已不正常。 　　分析：如图3所示，DFP信号是在机床需要运行(此时计算机及驱动系统并无故障，由接口板送出的一个-4V的PRE启动电压，该信号送入T98的发射极从而使T105截止，T104导通，送出DFP的+20V信号，进入脉冲放大电路，控制可控硅触发脉冲的发出。若计算机和驱动系统有故障，则PRE为 0V，T104截止，T105导通，使DFP为0V，触发脉冲无法发出。
　　(摘自：中国机床网)