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1、数控维修-FANUC伺服驱动系统故障维修五发布日期：2010-12-25浏览次数：28第六章第一课 FANUC 伺服驱动系统故障维修 60例 例225故障现象：一台配套FANUC 6ME的加工中心，在长期使用后，只要工作台移动到行程的中间段，X轴即出现缓慢的正、反向摆动。 分析与处理过程：由于机盖在其他位置时工作均正常，因此，系统参数、伺服驱动器和机械部分应无问题。 考虑到机盖已经过长期使用，机盖与伺服驱动系统之间的配合可能会发生部分改变，一旦匹配不良，可能引起伺服系统的局部振动。根据FANUC伺服驱动系统的调整与设定说明，维修时通过改变X轴伺服单元上的S6、S7、S11、S13等设定端的设定
2、，消除了机床的振动。 例226故障现象：一台配套FANUC 6ME的加工中心，在长期使用后，手动操作Z轴时有振动和异常响声，CRT显示431号报警。 分析与处理过程：FANUC 6M系统出现431号报警的含义是“移动过程中Z轴误差过大”。通过系统的位置跟随误差诊断参数DGN802检查Z轴的位置误差，发现此值超过了系统允许的范围。 为了分清故障部位，考虑到机床伺服系统为半闭环结构，通过脱开电动机与丝杠的联接再次开机试验，发现伺服驱动系统工作正常，故障清除，从而初步判定故障原因在机床机械部分。 利用手动转动机床Z轴，发现丝杠转动困难，丝杠的轴承发热。经仔细检查，发现Z轴导轨无润滑，造成Z轴摩擦阻力
3、过大；重新修理Z轴润滑系统后，机床恢复正常。 例227故障现象：一台配套FANUC 3M系统的数控铣，在快速移动时，X轴与Y轴电动机有异常声，Z轴出现不规则的抖动，并且在主轴起动后，现象更为明显。 分析与处理过程：根据故障现象，初步判定该故障与驱动系统公共电源部件有关。但利用万用表检查各轴驱动器和CNC系统的工作电压，都满足要求。为了进一步对输入电源进行确认，维修时用示波器仔细检查了电源的输入波形，发现伺服驱动器直流整流的交流输入电压波形异常。再向前进行逐级检查，最终发现驱动器的输入匹配电阻存在问题，经测量其阻值已经变大；换上电阻后，机床恢复正常。 例228故障现象：一台配套FANUC 6ME
4、系统的加工中心，X轴在静止时机床工作正常，无报警；但在X轴运动过程中，出现振动，伴有噪声。 分析与处理过程：由于机床在X轴静止时机床工作正常，无报警，初步判定数控系统与驱动器无故障。考虑到X轴运动时定位正确，因此，进一步判定系统X位置环工作正常。 检查X轴的振动情况，经观察发现，振动的频率与运动速度有关，运动速度快振动频率较高，运动速度慢则振动频率低，初步认为故障与速度反馈环节有关。分析引起以上故障可能的原因有： 1)测速发电机不良。 2)测速发电机连接不良。 3)直流伺服电动机不良。 维修时首先检查X轴伺服电动机的测速发电机连接，未发现不良。检查X轴伺服电动机与内装式测速发电机，发现换向器表
5、面积有较多的碳粉，用压缩空气进行清理后，故障未消除。 进一步利用数字万用表，测量测速发电机换向片之间的电阻值，经比较后发现，有一对极片间的电阻值比其他各对极片间的电阻值大了很多，说明测速发电机绕组内部存在断路现象。更换新的测速发电机后，机床恢复正常。 例229故障现象：一台配套FANUC 6ME系统的加工中心， X轴在运动时速度不稳；由运动到停止的过程中，在停止位置出现较大幅度的振荡，有时不能完成定位，必须关机后，才能重新工作。 分析与处理过程：仔细观察机床的振动情况，发现X轴振荡频率较低，且无异常声。从振荡现象上看，故障现象与闭环系统参数设定有关，如：系统增益设定过高、积分时间常数设定过大等
6、。 检查系统的参数设定、伺服驱动器的增益、积分时间电位器调节等均在合适的范围，且与故障前的调整完全一致，因此可以初步判断X轴的振荡与参数的设定与调节无关。 为了进一步验证，维修时在记录了原调整值的前提下，将以上参数进行了重新调节与试验，发现故障依然存在，证明了判断的正确性。 在以上处理的基础上，将参数与调整值重新回到原设定后，对伺服电动机与测量系统进行了检查。首先清理了测速发电机和伺服电动机的换向器表面，并用数字表检查测速发电机绕组情况。检查发现，该伺服电动机的测速发电机转子与电动机轴之间的连接存在松动，粘接部分已经脱开；经重新连接后，开机试验，故障现象消失，机床恢复正常工作。 例230CNC
7、显示位置测量系统报警故障维修 故障现象：一台配套FANUC 6M的加工中心，机床起动后，在自动方式运行下，CRT显示416号报警。 分析与处理过程：FANUC 6M出现416号报警的含义是“X轴位置测量系统错误”。根据故障的含义以及FANUC 6M系统的实际配置，维修时按下列顺序进行了检查与确认： 1)检查脉冲编码器，未发现不良。 2)检查电动机、驱动器各连接器，均已经牢固连接。 3)用万用表测量电动机各电缆的连接，未发现问题。 4)交换驱动器的控制板未见异常。 5)重新起动机床，进行手动、回零操作，机床工作正常。 为了进一步判断故障原因，在机床自动方式下进行空运转试验，在1h后又出现416号
8、报警。考虑到故障的不稳定性，在发生故障的位置停止机床，再次按上述顺序进行仔细复查，发现编码器反馈信号线中有一根线接触不良。换接备用线后，机床恢复正常工作。 例231工作数小时后出现剧烈振动的故障维修 故障现象：某采用FANUC 0T数控系统的数控车床，开机时全部动作正常，伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行，加工的零件精度全部达到要求。当机床正常工作57h后(时间不定)，Z轴出现剧烈振荡，CNC报警，机床无法正常工作。这时，即使关机再起动，只要手动或自动移动Z轴，在所有速度范围内，都发生剧烈振荡。但是，如果关机时间足够长(如：第二天开机)，机床又可以正常工作57h，并再次出现以上故障，如此周期
9、性重复。 分析与处理过程：该机床X、Z分别采用FANUC 5、10型AC伺服电动机驱动，主轴采用FANUC 8SAC主轴驱动，机床带液压夹具、液压尾架和15把刀的自动换刀装置，全封闭防护，自动排屑。因此，控制线路设计比较复杂，机床功能较强。 根据以上故障现象，首先从大的方面考虑，分析可能的原因不外乎机械、电气两个方面。在机械方面，可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶，滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化，导致进给系统的不稳定。在电气方面，可能是由于某个元器件的参数变化，引起系统的动态特性改变，导致系统的不稳定等等。 鉴于本机床采用的是半闭环伺服系统，为了分清原因，维修
10、的第一步是松开Z轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接，在Z轴无负载的情况下，运行加工程序，以区分机械、电气故障。经试验发现：故障仍然存在，但发生故障的时间有所延长。因此，可以确认故障为电气原因，并且和负载大小或温升有关。 由于数控机床伺服进给系统包含了CNC、伺服驱动器、伺服电动机等三大部分，为了进一步分清原因，维修的第二步是将CNC的X轴和Z轴的速度给定和位置反馈互换(CNC的M6与M8、M7与M9互换)，即：利用CNC的X轴指令控制机床的Z轴伺服和电动机运动，CNC的Z轴指令控制机床的X轴伺服和电动机运动，以判别故障发生在CNC或伺服。经更换发现，此时CNC的Z轴(带X轴伺服及电动机)运动
11、正常，但X轴(带Z轴伺服及电动机)运动时出现振荡。据此，可以确认故障在Z轴伺服驱动或伺服电动机上。 考虑到该机床X、Z轴采用的是同系列的AC伺服驱动，其伺服PCB板型号和规格相同，为了进一步缩小检查范围，维修的第三步是在恢复第二步CNC和X、Z伺服间的正常连接后，将X、Z的PCB板经过调整设定后互换。经互换发现，这时X轴工作仍然正常，Z轴故障现象不变。 根据以上试验和检查，可以确认故障是由于Z轴伺服主电路或伺服电动机的不良而引起的。但由于X、Z电动机的规格相差较大，现场无相同型号的伺服驱动和电动机可供交换，因此不可以再利用“互换法”进行进一步判别。考虑到伺服主电路和伺服电动机的结构相对比较简单
12、，故采用了原理分析法再进行了以下检查，具体步骤如下。1)伺服主回路分析。经过前面的检查，故障范围已缩小到伺服主回路与伺服电动机上，当时编者主观认为伺服主回路，特别是逆变功率管由于长时间在高压、大电流情况下工作，参数随着温度变化而变值的可能性较大。为此测绘了实际AC驱动主回路原理图(如图6-1所示)(说明：后来的事实证明笔者这一步的判断是不正确的，但为了如实反映当时的维修过程，并便于读者系统参考，现仍将本部分内容列出)。图6-1是根据实物测绘的FANUC AC伺服主回路原理图(板号：A06B6050H103)。根据原理图可以分析、判断图中各元器件的作用如下： NFBl为进线断路器，MCC为伺服主
13、接触器，ZNR为进线过电压抑制器。VAVF为直流整流电路，TATF为PWM逆变主回路。C1、C2、C3、R1为滤波电路，V1、V2、R2、T1为直流母线电压控制回路。R3为直流母线电流检测电阻，R4、R5为伺服电动机相电流检测电阻，R6R8为伺服电动机能耗制动电阻。 经静态测量，以上元器件在开机时及发生故障停机后其参数均无明显变化，且在正常范围。 为进一步分析判断，在发生故障时，对主回路的实际工作情况进行了以下分析测量： 对于直流整流电路，若VAVF正常，则当输入线电压Ul为200V时，A、B间的直流平均电压应为： UAB=1.35Ul=270V 考虑到电容器C1的作用，直流母线的实际平均电压
14、应为整流电压的1.11.2倍左右，即300325V左右。实际测量(在实际伺服单元上，为CN3的5脚与CN4的1脚间)，此值为正常，可以判定VAVF无故障。 对于直流母线控制回路，若V1、V2、T1、R2、R3工作正常，则C、D间的直流电压应略低于A、B间的电压，实际测量(在实际伺服单元上，为CN4的1脚与CN4的5脚间)，此值正常，可以判断以上元器件无故障。 但测量TATF组成的PWM逆变主回路输出(T1的5、6、7端子)，发现V相电压有时通时断的现象，由此判断故障应在V相。 为了进一步确认，维修时将U相的逆变晶体管(TA、TB)和V相的逆变晶体管(TC、TD)作了互换，但故障现象不变。 经以
15、上检查，可以确认：故障原因应在伺服电动机上。 2)伺服电动机检查与维修。在故障范围确认后，对伺服电动机进行了仔细的检查，最终发现电动机的V相绝缘电阻在故障时变小，当放置较长时间后，又恢复正常。为此，维修时按以下步骤拆开了伺服电动机(参见图6-2)。9-编码器固定螺钉 10-编码器联接螺钉 11-后盖 12-橡胶盖 13-编码器轴 14-编码器电缆 15-编码器插座松开后盖联接螺钉6，取下后盖11。 取出橡胶盖12。 取出编码器联接螺钉10，脱开编码器和电动机轴之间的联接。 松开编码器固定螺钉9，取下编码器。注意：由于实际编码器和电动机轴之间是锥度啮合，联接较紧，取编码器时应使用专门的工具，小心
16、取下。 松开安装座联接螺钉8，取下安装座7。 这时，可以露出电动机绕组5，经检查，发现该电动机绕组和引出线中间的连接部分由于长时间的冷却水渗漏，绝缘已经老化；经过重新连接、处理，再根据图6-2重新安装上安装座7，并固定编码器连接螺钉10，使编码器和电动机轴啮合。 3)转子位置的调整。在完成伺服电动机的维修后，为了保证编码器的安装正确，又进行了转子位置的检查和调整，方法如下： 将电动机电枢线的V、W相(电枢插头的B、C脚)相连。 将U相(电枢插头的A脚)和直流调压器的“+”端相联，V、W和直流调压器的“”端相联(见图6-3a)，编码器加入+5V电源(编码器插头的J、N脚间)。通过调压器对电动机电枢加入励磁电流。这时，因为Iu=Iv+Iw，且Iv=Iw，事实上相当于使电动机工作在图6-3b所示的90位置，因此伺服电动机(永磁式)将自动转到U相的位置进行定
