1、數(shù)控維修-FANUC伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障維修五第六章第一課 FANUC 伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障維修 60例    例225故障現(xiàn)象：一臺配套FANUC 6ME的加工中心，在長期使用后，只要工作臺移動到行程的中間段，X軸即出現(xiàn)緩慢的正、反向擺動。 分析與處理過程：由于機蓋在其他位置時工作均正常，因此，系統(tǒng)參數(shù)、伺服驅(qū)動器和機械部分應無問題。 考慮到機蓋已經(jīng)過長期使用，機蓋與伺服驅(qū)動系統(tǒng)之間的配合可能會發(fā)生部分改變，一旦匹配不良，可能引起伺服系統(tǒng)的局部振動。根據(jù)FANUC伺服驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定說明，維修時通過改變X軸伺服單元上的S6、S7、S11、S13等設(shè)定端的設(shè)定，消除了

2、機床的振動。     例226故障現(xiàn)象：一臺配套FANUC 6ME的加工中心，在長期使用后，手動操作Z軸時有振動和異常響聲，CRT顯示431號報警。 分析與處理過程：FANUC 6M系統(tǒng)出現(xiàn)431號報警的含義是“移動過程中Z軸誤差過大”。通過系統(tǒng)的位置跟隨誤差診斷參數(shù)DGN802檢查Z軸的位置誤差，發(fā)現(xiàn)此值超過了系統(tǒng)允許的范圍。 為了分清故障部位，考慮到機床伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，通過脫開電動機與絲杠的聯(lián)接再次開機試驗，發(fā)現(xiàn)伺服驅(qū)動系統(tǒng)工作正常，故障清除，從而初步判定故障原因在機床機械部分。 利用手動轉(zhuǎn)動機床Z軸，發(fā)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)動困難，絲杠的軸承發(fā)熱。經(jīng)仔細檢

3、查，發(fā)現(xiàn)Z軸導軌無潤滑，造成Z軸摩擦阻力過大；重新修理Z軸潤滑系統(tǒng)后，機床恢復正常。    例227故障現(xiàn)象：一臺配套FANUC 3M系統(tǒng)的數(shù)控銑，在快速移動時，X軸與Y軸電動機有異常聲，Z軸出現(xiàn)不規(guī)則的抖動，并且在主軸起動后，現(xiàn)象更為明顯。 分析與處理過程：根據(jù)故障現(xiàn)象，初步判定該故障與驅(qū)動系統(tǒng)公共電源部件有關(guān)。但利用萬用表檢查各軸驅(qū)動器和CNC系統(tǒng)的工作電壓，都滿足要求。為了進一步對輸入電源進行確認，維修時用示波器仔細檢查了電源的輸入波形，發(fā)現(xiàn)伺服驅(qū)動器直流整流的交流輸入電壓波形異常。再向前進行逐級檢查，最終發(fā)現(xiàn)驅(qū)動器的輸入匹配電阻存在問題，經(jīng)測量其阻值已經(jīng)變

4、大；換上電阻后，機床恢復正常。     例228故障現(xiàn)象：一臺配套FANUC 6ME系統(tǒng)的加工中心，X軸在靜止時機床工作正常，無報警；但在X軸運動過程中，出現(xiàn)振動，伴有噪聲。 分析與處理過程：由于機床在X軸靜止時機床工作正常，無報警，初步判定數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動器無故障?？紤]到X軸運動時定位正確，因此，進一步判定系統(tǒng)X位置環(huán)工作正常。 檢查X軸的振動情況，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，振動的頻率與運動速度有關(guān)，運動速度快振動頻率較高，運動速度慢則振動頻率低，初步認為故障與速度反饋環(huán)節(jié)有關(guān)。分析引起以上故障可能的原因有： 1)測速發(fā)電機不良。 2)測速發(fā)電機連接不良。 3)直流伺

5、服電動機不良。 維修時首先檢查X軸伺服電動機的測速發(fā)電機連接，未發(fā)現(xiàn)不良。檢查X軸伺服電動機與內(nèi)裝式測速發(fā)電機，發(fā)現(xiàn)換向器表面積有較多的碳粉，用壓縮空氣進行清理后，故障未消除。 進一步利用數(shù)字萬用表，測量測速發(fā)電機換向片之間的電阻值，經(jīng)比較后發(fā)現(xiàn)，有一對極片間的電阻值比其他各對極片間的電阻值大了很多，說明測速發(fā)電機繞組內(nèi)部存在斷路現(xiàn)象。更換新的測速發(fā)電機后，機床恢復正常。    例229故障現(xiàn)象：一臺配套FANUC 6ME系統(tǒng)的加工中心， X軸在運動時速度不穩(wěn)；由運動到停止的過程中，在停止位置出現(xiàn)較大幅度的振蕩，有時不能完成定位，必須關(guān)機后，才能重新工作。 分析與

6、處理過程：仔細觀察機床的振動情況，發(fā)現(xiàn)X軸振蕩頻率較低，且無異常聲。從振蕩現(xiàn)象上看，故障現(xiàn)象與閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有關(guān)，如：系統(tǒng)增益設(shè)定過高、積分時間常數(shù)設(shè)定過大等。 檢查系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、伺服驅(qū)動器的增益、積分時間電位器調(diào)節(jié)等均在合適的范圍，且與故障前的調(diào)整完全一致，因此可以初步判斷X軸的振蕩與參數(shù)的設(shè)定與調(diào)節(jié)無關(guān)。 為了進一步驗證，維修時在記錄了原調(diào)整值的前提下，將以上參數(shù)進行了重新調(diào)節(jié)與試驗，發(fā)現(xiàn)故障依然存在，證明了判斷的正確性。 在以上處理的基礎(chǔ)上，將參數(shù)與調(diào)整值重新回到原設(shè)定后，對伺服電動機與測量系統(tǒng)進行了檢查。首先清理了測速發(fā)電機和伺服電動機的換向器表面，并用數(shù)字表檢查測速發(fā)電機繞組情況

7、。檢查發(fā)現(xiàn)，該伺服電動機的測速發(fā)電機轉(zhuǎn)子與電動機軸之間的連接存在松動，粘接部分已經(jīng)脫開；經(jīng)重新連接后，開機試驗，故障現(xiàn)象消失，機床恢復正常工作。    例230CNC顯示位置測量系統(tǒng)報警故障維修 故障現(xiàn)象：一臺配套FANUC 6M的加工中心，機床起動后，在自動方式運行下，CRT顯示416號報警。 分析與處理過程：FANUC 6M出現(xiàn)416號報警的含義是“X軸位置測量系統(tǒng)錯誤”。根據(jù)故障的含義以及FANUC 6M系統(tǒng)的實際配置，維修時按下列順序進行了檢查與確認： 1)檢查脈沖編碼器，未發(fā)現(xiàn)不良。 2)檢查電動機、驅(qū)動器各連接器，均已經(jīng)牢固連接。 3)用萬用表測量電動

8、機各電纜的連接，未發(fā)現(xiàn)問題。 4)交換驅(qū)動器的控制板未見異常。 5)重新起動機床，進行手動、回零操作，機床工作正常。 為了進一步判斷故障原因，在機床自動方式下進行空運轉(zhuǎn)試驗，在1h后又出現(xiàn)416號報警?？紤]到故障的不穩(wěn)定性，在發(fā)生故障的位置停止機床，再次按上述順序進行仔細復查，發(fā)現(xiàn)編碼器反饋信號線中有一根線接觸不良。換接備用線后，機床恢復正常工作。    例231工作數(shù)小時后出現(xiàn)劇烈振動的故障維修     故障現(xiàn)象：某采用FANUC 0T數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床，開機時全部動作正常，伺服進給系統(tǒng)高速運動平穩(wěn)、低速無爬行，加工的零件

9、精度全部達到要求。當機床正常工作57h后(時間不定)，Z軸出現(xiàn)劇烈振蕩，CNC報警，機床無法正常工作。這時，即使關(guān)機再起動，只要手動或自動移動Z軸，在所有速度范圍內(nèi)，都發(fā)生劇烈振蕩。但是，如果關(guān)機時間足夠長(如：第二天開機)，機床又可以正常工作57h，并再次出現(xiàn)以上故障，如此周期性重復。 分析與處理過程：該機床X、Z分別采用FANUC 5、10型AC伺服電動機驅(qū)動，主軸采用FANUC 8SAC主軸驅(qū)動，機床帶液壓夾具、液壓尾架和15把刀的自動換刀裝置，全封閉防護，自動排屑。因此，控制線路設(shè)計比較復雜，機床功能較強。 根據(jù)以上故障現(xiàn)象，首先從大的方面考慮，分析可能的原因不外乎機械、電氣兩個方面。

10、在機械方面，可能是由于貼塑導軌的熱變形、脫膠，滾珠絲杠、絲杠軸承的局部損壞或調(diào)整不當?shù)仍蛞鸬姆蔷鶆蛐载撦d變化，導致進給系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在電氣方面，可能是由于某個元器件的參數(shù)變化，引起系統(tǒng)的動態(tài)特性改變，導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定等等。 鑒于本機床采用的是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，為了分清原因，維修的第一步是松開Z軸伺服電動機和滾珠絲杠之間的機械聯(lián)接，在Z軸無負載的情況下，運行加工程序，以區(qū)分機械、電氣故障。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)：故障仍然存在，但發(fā)生故障的時間有所延長。因此，可以確認故障為電氣原因，并且和負載大小或溫升有關(guān)。     由于數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)包含了CNC、伺服驅(qū)動器、

11、伺服電動機等三大部分，為了進一步分清原因，維修的第二步是將CNC的X軸和Z軸的速度給定和位置反饋互換(CNC的M6與M8、M7與M9互換)，即：利用CNC的X軸指令控制機床的Z軸伺服和電動機運動，CNC的Z軸指令控制機床的X軸伺服和電動機運動，以判別故障發(fā)生在CNC或伺服。經(jīng)更換發(fā)現(xiàn)，此時CNC的Z軸(帶X軸伺服及電動機)運動正常，但X軸(帶Z軸伺服及電動機)運動時出現(xiàn)振蕩。據(jù)此，可以確認故障在Z軸伺服驅(qū)動或伺服電動機上。 考慮到該機床X、Z軸采用的是同系列的AC伺服驅(qū)動，其伺服PCB板型號和規(guī)格相同，為了進一步縮小檢查范圍，維修的第三步是在恢復第二步CNC和X、Z伺服間的正常連接后，將X、Z

12、的PCB板經(jīng)過調(diào)整設(shè)定后互換。經(jīng)互換發(fā)現(xiàn)，這時X軸工作仍然正常，Z軸故障現(xiàn)象不變。 根據(jù)以上試驗和檢查，可以確認故障是由于Z軸伺服主電路或伺服電動機的不良而引起的。但由于X、Z電動機的規(guī)格相差較大，現(xiàn)場無相同型號的伺服驅(qū)動和電動機可供交換，因此不可以再利用“互換法”進行進一步判別?？紤]到伺服主電路和伺服電動機的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，故采用了原理分析法再進行了以下檢查，具體步驟如下。1)伺服主回路分析。經(jīng)過前面的檢查，故障范圍已縮小到伺服主回路與伺服電動機上，當時編者主觀認為伺服主回路，特別是逆變功率管由于長時間在高壓、大電流情況下工作，參數(shù)隨著溫度變化而變值的可能性較大。為此測繪了實際AC驅(qū)動主回

13、路原理圖(如圖6-1所示)(說明：后來的事實證明筆者這一步的判斷是不正確的，但為了如實反映當時的維修過程，并便于讀者系統(tǒng)參考，現(xiàn)仍將本部分內(nèi)容列出)。圖6-1是根據(jù)實物測繪的FANUC AC伺服主回路原理圖(板號：A06B6050H103)。根據(jù)原理圖可以分析、判斷圖中各元器件的作用如下： NFBl為進線斷路器，MCC為伺服主接觸器，ZNR為進線過電壓抑制器。VAVF為直流整流電路，TATF為PWM逆變主回路。C1、C2、C3、R1為濾波電路，V1、V2、R2、T1為直流母線電壓控制回路。R3為直流母線電流檢測電阻，R4、R5為伺服電動機相電流檢測電阻，R6R8為伺服電動機能耗制動電阻。 經(jīng)靜

14、態(tài)測量，以上元器件在開機時及發(fā)生故障停機后其參數(shù)均無明顯變化，且在正常范圍。 為進一步分析判斷，在發(fā)生故障時，對主回路的實際工作情況進行了以下分析測量： 對于直流整流電路，若VAVF正常，則當輸入線電壓Ul為200V時，A、B間的直流平均電壓應為： UAB=1.35×Ul=270V 考慮到電容器C1的作用，直流母線的實際平均電壓應為整流電壓的1.11.2倍左右，即300325V左右。實際測量(在實際伺服單元上，為CN3的5腳與CN4的1腳間)，此值為正常，可以判定VAVF無故障。    對于直流母線控制回路，若V1、V2、T1、R2、R3工作正常，則C、

15、D間的直流電壓應略低于A、B間的電壓，實際測量(在實際伺服單元上，為CN4的1腳與CN4的5腳間)，此值正常，可以判斷以上元器件無故障。    但測量TATF組成的PWM逆變主回路輸出(T1的5、6、7端子)，發(fā)現(xiàn)V相電壓有時通時斷的現(xiàn)象，由此判斷故障應在V相。 為了進一步確認，維修時將U相的逆變晶體管(TA、TB)和V相的逆變晶體管(TC、TD)作了互換，但故障現(xiàn)象不變。 經(jīng)以上檢查，可以確認：故障原因應在伺服電動機上。 2)伺服電動機檢查與維修。在故障范圍確認后，對伺服電動機進行了仔細的檢查，最終發(fā)現(xiàn)電動機的V相絕緣電阻在故障時變小，當放置較長時間后，又恢復正

16、常。為此，維修時按以下步驟拆開了伺服電動機(參見圖6-2)。9-編碼器固定螺釘 10-編碼器聯(lián)接螺釘 11-后蓋 12-橡膠蓋 13-編碼器軸 14-編碼器電纜 15-編碼器插座松開后蓋聯(lián)接螺釘6，取下后蓋11。 取出橡膠蓋12。 取出編碼器聯(lián)接螺釘10，脫開編碼器和電動機軸之間的聯(lián)接。 松開編碼器固定螺釘9，取下編碼器。注意：由于實際編碼器和電動機軸之間是錐度嚙合，聯(lián)接較緊，取編碼器時應使用專門的工具，小心取下。 松開安裝座聯(lián)接螺釘8，取下安裝座7。 這時，可以露出電動機繞組5，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該電動機繞組和引出線中間的連接部分由于長時間的冷卻水滲漏，絕緣已經(jīng)老化；經(jīng)過重新連接、處理，再根據(jù)圖6

17、-2重新安裝上安裝座7，并固定編碼器連接螺釘10，使編碼器和電動機軸嚙合。     3)轉(zhuǎn)子位置的調(diào)整。在完成伺服電動機的維修后，為了保證編碼器的安裝正確，又進行了轉(zhuǎn)子位置的檢查和調(diào)整，方法如下： 將電動機電樞線的V、W相(電樞插頭的B、C腳)相連。 將U相(電樞插頭的A腳)和直流調(diào)壓器的“+”端相聯(lián)，V、W和直流調(diào)壓器的“”端相聯(lián)(見圖6-3a)，編碼器加入+5V電源(編碼器插頭的J、N腳間)。通過調(diào)壓器對電動機電樞加入勵磁電流。這時，因為Iu=Iv+Iw，且Iv=Iw，事實上相當于使電動機工作在圖6-3b所示的90º位置，因此伺服電動機(永磁式)將自動轉(zhuǎn)到U相的位置進行定位。注意：加入的勵磁電流不可以太大，只要保證電動機能進行定位即可（實際維修時調(diào)整在35A)。 在電動機完成U相定位后，旋轉(zhuǎn)編碼器，使編碼器的轉(zhuǎn)子位置檢測信號C1、C2、C4、C8(編碼器插頭的C、P、L、M腳)同時為“1”，使轉(zhuǎn)子位置檢測信號和電動機實際位置一致； 安裝編碼器固定螺釘，裝上后蓋，完成電動機維修。    在數(shù)控機床維修過程中，有時會遇到一些比較特殊的故障，例如：有的機床在剛開機時，系統(tǒng)和機床工作正常，但當工作一段時間后，將出現(xiàn)某一故障。這種故障有的通過關(guān)機清除后，機