FANUC直流伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修——SCR速度控制單元的常見(jiàn)故障與維修

發(fā)布日期：2011-11-25 蘭生客服中心瀏覽：3345

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直流伺服系統(tǒng)一般用于20世紀(jì)80年代中期以前生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床上，這些數(shù)控機(jī)床雖然距今已經(jīng)有二十多年，但由于當(dāng)時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格十分昂貴，通常只有在高、精、尖設(shè)備中才采用數(shù)控，因此，其機(jī)床的剛性、可靠性等各方面性能通常都較好，即使在今天，很多設(shè)備還是作為企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備在使用中，故直流伺服系統(tǒng)的維修仍然是今天數(shù)控機(jī)床維修的重要內(nèi)容。

1．SCR速度控制單元的常見(jiàn)故障與維修

SCR速度控制單元的主要故障與可能的原因，常見(jiàn)的有以下幾種。

(1)速度控制單元熔斷器熔斷造成速度控制單元熔斷器燒斷的原因有下述幾種：

1)機(jī)械故障造成負(fù)載過(guò)大。如：滑動(dòng)面摩擦系數(shù)太大；齒輪嚙合不良；工件干涉、碰撞；機(jī)械鎖緊等。以上故障可通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)電流來(lái)判斷確認(rèn)。

2)切削條件不合適。如：機(jī)床切削量過(guò)大，連續(xù)重切削等。

3)控制單元故障。如：控制單元的元器件損壞，控制板上設(shè)定端設(shè)定錯(cuò)誤，電位器調(diào)整不當(dāng)?shù)取?/div>

4)速度控制單元與電動(dòng)機(jī)間的聯(lián)接錯(cuò)誤。如：速度負(fù)反饋被接成正反饋，使電動(dòng)機(jī)飛車(chē)或使系統(tǒng)振蕩。

5)電動(dòng)機(jī)選用不合適或電動(dòng)機(jī)不良。如：因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)的退磁，造成需要過(guò)大的勵(lì)磁電流，從而引起速度控制單元熔斷器燒斷。

直流電動(dòng)機(jī)去磁的檢查方法如圖5-9所示。通過(guò)測(cè)量圖5-9上的電壓表和電流表指示值，并按下式計(jì)算，可以判別電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)常數(shù)足K_e是否正常，從而確定電動(dòng)機(jī)是否退磁。

式中 V——測(cè)量的電壓值(V)：

I——測(cè)量的電流值(A)：

Rm——電樞電阻(Ω)；

n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)

Ke——電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)(V/1000 r/min)。

若上式成立，則證明電動(dòng)未退磁。

不同型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，其電樞電阻和反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)的值也是不相同的，對(duì)于常用的FANUC直流伺服電動(dòng)機(jī)。
6)相序不正確。SCR速度控制單元由于存在晶閘管觸發(fā)脈沖與主電路的同步問(wèn)題，因此對(duì)電源的輸入有相序的要求。若相序不正確，則接通電源后將造成速度控制單元的輸入熔斷器的熔斷。相序檢查可以通過(guò)用相序表或示波器進(jìn)行，如圖5-10所示。

用相序表測(cè)量時(shí)，在主回路與同步電源R、S、T連接一一對(duì)應(yīng)的前提下，測(cè)量R、S、T的相序，當(dāng)相序正確時(shí)，相序表應(yīng)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)(如圖5-10a)。

用示波器測(cè)量時(shí)，在主回路與同步電源R、S、T連接一一對(duì)應(yīng)的前提下，雙線示波器按照?qǐng)D5-10b連接，當(dāng)U_AB、U_CB的波形為圖5-10b所示時(shí)(兩個(gè)波形在相位上相差120°)，則表明相序正確。

注意：在直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，相序必須一一對(duì)應(yīng)，因此不可以用觀察交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方式，來(lái)檢查相序。

(2)狀態(tài)指示燈顯示的報(bào)警 FANUC公司生產(chǎn)的SCR速度控制單元，在控制線路板上帶有3個(gè)狀態(tài)指示燈，它們分別為PRDY、TGLS和OVC指示燈，其含義如下：

PRDY：綠色指示燈，指示燈亮則表示速度控制單元工作正常。
TGLS：紅色指示燈，指示燈亮則表示與速度控制單元連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)報(bào)警。

OVC：紅色指示燈，指示燈亮則表示速度控制單元發(fā)生過(guò)電流報(bào)警。

常見(jiàn)的故障現(xiàn)象與原因有：

1)PRDY指示燈不亮。當(dāng)系統(tǒng)通電后，如果表示速度控制單元的PRDY指示燈不亮，則造成故障的可能原因有：

①數(shù)控系統(tǒng)或伺服驅(qū)動(dòng)器(速度控制單元)存在報(bào)警。故障診斷可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警顯示、數(shù)控系統(tǒng)印制電路板上的報(bào)警指示以及機(jī)床的故障提示進(jìn)行，并根據(jù)以上提示的內(nèi)容與有關(guān)說(shuō)明進(jìn)行處理。

②速度控制單元熔斷器熔斷。速度控制單元的功率部分和觸發(fā)電路板上，均安裝有熔斷器，當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)，PRDY指示燈不亮。
③伺服變壓器過(guò)熱、變壓器溫度檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。變壓器的溫度可以這樣進(jìn)行檢查：在剛切斷電源時(shí)，馬上用手觸摸變壓器的鐵心或線圈，若用手能承受得住變壓器的溫度(≤60℃)，則說(shuō)明變壓器未過(guò)熱，故障原因可能是溫度檢測(cè)開(kāi)關(guān)不良，應(yīng)更換溫度檢測(cè)開(kāi)關(guān)；若用手只能承受幾秒鐘，則說(shuō)明變壓器過(guò)熱，需要斷電半小時(shí)以上，待變壓器冷卻后再進(jìn)行試驗(yàn)。如通電后仍過(guò)熱，原因可能是負(fù)載過(guò)大或變壓器不良(如變壓器線圈局部短路，絕緣損壞等)。

④來(lái)自機(jī)床側(cè)的原因。如操作、設(shè)定不當(dāng)，系統(tǒng)處于急停狀態(tài)等。

⑤系統(tǒng)的位置控制或驅(qū)動(dòng)器速度控制的印制電路板不良�？梢酝ㄟ^(guò)互換法或更換備件進(jìn)行確認(rèn)。

⑥輔助電源電壓異常。即：+5V，+24V，+15V，-15V電源故障。

⑦安裝、接觸不良。如：速度控制單元與系統(tǒng)位置控制板之間的連接不良等。

⑧驅(qū)動(dòng)器發(fā)生TGLS或OVC報(bào)警。按檢查T(mén)GLS或OVC報(bào)警的方法處理。

2)TGLS燈亮。TGLS燈亮表示速度控制單元發(fā)生了測(cè)速發(fā)電機(jī)斷線報(bào)警，其可能的原因是：

①作為速度反饋的部件(如：測(cè)速發(fā)電機(jī)或脈沖編碼器)的測(cè)量信號(hào)線斷線或連接不良。

②電動(dòng)機(jī)的電樞線斷線或連接不良。

3) OVC燈亮。OVC燈亮表示速度控制單元發(fā)生了過(guò)電流報(bào)警，其可能的原因是：

①過(guò)電流設(shè)定不當(dāng)。應(yīng)檢查速度控制單元上的過(guò)電流設(shè)定電位器RV3的設(shè)定是否正確。

②電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)重。應(yīng)改變切削條件或機(jī)械負(fù)荷，檢查機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)與進(jìn)給系統(tǒng)的安裝與連接。

③電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)有振動(dòng)。應(yīng)檢查機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)的安裝與連接是否可靠，測(cè)速機(jī)是否存在不良。

④負(fù)載慣量過(guò)大。

⑤位置環(huán)增益過(guò)高。應(yīng)檢查伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定與調(diào)整是否正確、合理。

⑥交流輸入電壓過(guò)低。應(yīng)檢查電源電壓是否滿(mǎn)足規(guī)定的要求。

有關(guān)速度控制單元的設(shè)定與調(diào)節(jié)可以參見(jiàn)本章5.2.5節(jié)所述。

(3)超過(guò)速度控制范圍速度控制單元超速的原因有下述幾種：

1)測(cè)速反饋連接錯(cuò)誤，如：被接成正反饋或斷線。

2)在全閉環(huán)系統(tǒng)中，聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)與工作臺(tái)的連接不良，造成速度檢測(cè)信號(hào)不正確或無(wú)速度檢測(cè)信號(hào)。

3)位置控制板發(fā)生故障，使來(lái)自F/V轉(zhuǎn)速的速度反饋信號(hào)未輸入到速度控制單元；

4)速度控制單元設(shè)定不當(dāng)。

(4)機(jī)床振動(dòng) 若坐標(biāo)軸在數(shù)控機(jī)床停止時(shí)或移動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)、爬行, 除系統(tǒng)本身設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)外，在驅(qū)動(dòng)器上引起機(jī)床振動(dòng)的原因主要有下述幾種：

1)機(jī)械系統(tǒng)連接不良，如：聯(lián)軸器損壞等。

2)脈沖編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)不良。對(duì)于脈沖編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)不良的情況，可按下述方法進(jìn)行測(cè)量檢查。首先，將位置環(huán)、速度環(huán)斷開(kāi)，手動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，觀察速度控制單元印制電路板上F/V變換器的電壓(檢測(cè)端子CHl2)，如果出現(xiàn)圖5-11所示的電壓突然下跌的波形，則說(shuō)明反饋部件不良。

3)電動(dòng)機(jī)電樞線圈不良(如：內(nèi)部短路)。這種情況可以通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的空載電流進(jìn)行確認(rèn)，若空載電流隨轉(zhuǎn)速成正比增加，則說(shuō)明電動(dòng)機(jī)內(nèi)部有短路現(xiàn)象。出現(xiàn)本故障一般應(yīng)首先清理?yè)Q向器、檢查電刷等環(huán)節(jié)，再進(jìn)行測(cè)量確認(rèn)。如果故障現(xiàn)象依然存在，則可能是線圈匝間有短路現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行維修處理。

4)速度控制單元不良。應(yīng)首先檢查速度控制單元的調(diào)整與設(shè)定，若調(diào)整與設(shè)定正確，可通過(guò)更換速度控制單元的印制電路板或進(jìn)行維修處理。

5)外部干擾。對(duì)于固定不變的干擾，可檢查F/V變換器(CH2檢測(cè)端子)，電流檢測(cè)(CHll)端子，以及同步端(CHl3A~C)的波形，檢查是否存在干擾，并采取相應(yīng)的措施。對(duì)于偶然性干擾，只有通過(guò)有效的屏蔽、可靠的接地等措施，盡可能予以避免。

6)系統(tǒng)振蕩。應(yīng)觀察電動(dòng)機(jī)電流的波形是否有振蕩，引起振蕩的可能原因是RVl調(diào)整不當(dāng)，測(cè)速機(jī)不良，或是絲杠的間隙太大等原因。

(5)超調(diào) 當(dāng)速度控制單元本身無(wú)故障時(shí)，造成系統(tǒng)超調(diào)的原因有下述幾種：

1)伺服系統(tǒng)速度環(huán)增益太低或位置環(huán)增益太高。可以通過(guò)調(diào)整速度控制單元電位器RVl，提高速度環(huán)增益；或通過(guò)改變系統(tǒng)的機(jī)床參數(shù)，降低位置環(huán)增益進(jìn)行優(yōu)化。此外，還可以通過(guò)改變速度控制單元的S6、S7、S9設(shè)定等措施解決。

2)提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)和機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的剛性。

(6)單脈沖進(jìn)給精度差產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有以下幾種：

1)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙、死區(qū)或精度不足。應(yīng)重新調(diào)整機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)消除間隙，減小摩擦阻力，提高機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的靈敏度。
2)伺服系統(tǒng)速度環(huán)或位置環(huán)增益太低。這時(shí)可以通過(guò)調(diào)整速度控制單元的電位器RVl解決。

(7)低速爬行在伺服進(jìn)給系統(tǒng)元器件本身無(wú)故障時(shí)，造成低速爬行的原因有以下幾種：

1.)系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生低速振蕩。

2)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)慣量過(guò)大。對(duì)于這種情況，有時(shí)可以通過(guò)改變印制電路板上速度控制單元的S8設(shè)定(使其斷開(kāi))，以及重新調(diào)整RVl解決。

(8)圓弧切削時(shí)切削面出現(xiàn)條紋造成這一現(xiàn)象的原因有以下幾種：

1)伺服系統(tǒng)增益設(shè)定不當(dāng)。可以通過(guò)降低位置增益、提高速度環(huán)增益解決。
2)檢查、確認(rèn)速度控制單元的CHll端子上的電流波形，確認(rèn)電流是否連續(xù)。

3)檢查機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是否有連接松動(dòng)、間隙等。

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