【正文】 連接錯誤，即：驅動器的L/M/N端子未與電動機插頭的A/B/C連接端一一對應，相序存在錯誤；重新連接后，故障消失，Z軸可以正常工作。案例一臺采用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，加工的零件精度全部達到要求。當機床正常工作5個小時后，Z軸出現(xiàn)劇烈振蕩，CNC報警，機床無法正常工作。故障出現(xiàn)后，即使關機再啟動，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，如果關機時間足夠長（如：第二天開機），機床又可以正常工作5個小時，并再次出現(xiàn)上述故障，如此周期性重復。分析與處理過程：該機床X、Z分別采用FANUC10型AC伺服電動機驅動，主軸采用FANUC 8S AC主軸驅動，機床帶液壓夾具、液壓尾架和自動換刀裝置，全封閉防護，自動排屑。因此，控制線路設計比較復雜，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。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軸無載荷的情況下，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。由于數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)包含了CNC、伺服驅動器、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MM7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，利用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）運行正常，但X軸（帶Z軸伺服及電動機）運行時出現(xiàn)振蕩。據(jù)此，可以確認故障在Z軸伺服驅動或伺服電動機上?？紤]到該車床X、Z軸采用的是同系列的AC伺服驅動，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的PCB板經(jīng)過調(diào)整設定后互換。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構相對比較簡單，故采用了原理分析法再進行了以下檢查。伺服主回路分析。經(jīng)過前面的檢查，故障范圍已經(jīng)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驅動主回路原理圖，如圖5－14所示。圖5－14 伺服驅動主回路原理圖說明：后來的事實證明該例進一步的判斷是不正確的，但為了如實反映當時的維修過程，并便于大家系統(tǒng)參考，現(xiàn)仍將本部分內(nèi)容列出。圖5－14是根據(jù)實物測繪的FZNUC 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：NFB1為進線斷路器，MCC為伺服主接觸器，ZNR為進線過電壓抑制器。VA～VF為直流整流電路，TA～TF為PWM逆變主回路。CCCR1為濾波電路，VVRT1為直流母線電壓控制回路。R3為直流母線電流檢測電阻，RR5為伺服電動機相電流檢測電路，R6～R8為伺服電動機能耗制動電阻。經(jīng)過靜態(tài)檢測，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VA～VF正常，則當輸入線電壓U1為200V時，A、B間的直流平均電壓應為：UAB = U1 = 270V考慮到電容器C1的作用，～，即300～325V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VA～VF無故障。對于直流母線控制回路，若VVTRR3工作正常，則C、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TA～TF組成的PWM逆變主回路輸出（T1的7端子），發(fā)現(xiàn)V相電壓有時遇時通的現(xiàn)象，由此判斷應在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）作互換，但故障現(xiàn)象不變。結論：經(jīng)過以上檢查，可以確認：故障原因應在伺服電動機上。維修過程簡述：（1）伺服電動機檢查與維修。在故障范圍確認以后，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，又恢復正常。為此，維修時按以下步驟拆開了伺服電動機（參見圖615）。1）松開后蓋聯(lián)接螺釘6，取下后蓋11；2）取出橡膠蓋12；3）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；4）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。5）松開安裝座聯(lián)接螺釘8，取下安裝座7。圖5－15 伺服電動機結構示意圖1－電樞線插座 2－連接線 3－轉子 4－外殼 5－繞組 6－后蓋聯(lián)接螺釘 7－安裝座聯(lián)接螺釘 8－安裝座聯(lián)接螺釘 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－編碼器電纜 14－編碼器電纜線 15－編碼器插座這時，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615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。（2）轉子位子的調(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，又進行了轉子位置的檢查和調(diào)整，方法如下：1）將電動機電樞線的V、W相（電樞插頭的B、C腳）相連。2）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5－16a），編碼器加入+5V電源（編碼器插頭的J、N腳間）。3）通過調(diào)壓器對電動機電樞加入激勵電流。這時，因為IU=IV+IW，且IV=IW，事實上相當于使電動機工作在圖5－16b所示的900位置，因此伺服電動機（永磁式）將自動轉到U相的位置進行定位。注意：加入的激勵電流不可以太大，只要保證電動機能進行定位即可（實際維修時調(diào)整在3～5A）。4）在電動機完成U相定位后，旋轉編碼器，使編碼器的轉子位置檢測信號CCCC8（編碼器插頭的C、P、L、M腳）同時為“1”，使轉子位置檢測信號和電動機實際位置一致。5）安裝編碼器固定螺釘，裝上后蓋，完成電動機維修。經(jīng)以上維修，車床恢復了正常。圖5－16 轉子位置調(diào)整示意圖例GSK980M數(shù)控磨床，在自動加工中，CNC經(jīng)常出現(xiàn)ALM33報警（指Z軸指令速度最大）。分析處理：此機床是專用數(shù)控機床，Z軸用于修整砂輪，當每次修整砂輪時，就會產(chǎn)生報警；原因是由于系統(tǒng)的參數(shù)設定步適合，但檢查系統(tǒng)參數(shù)未發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整Z軸運動速度，報警仍然出現(xiàn)；進一步測量電動機三項繞組，；這顯然不正確，拆下電機后檢查，發(fā)現(xiàn)該電動機引出線和內(nèi)部線組絕源層已經(jīng)多處磨損；修復絕源層或更換電動機后，故障排除。思考以下實例：例某采用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，加工的零件精度全部達到要求。當機床正常工作5~7H后（時間不定），Z軸出現(xiàn)振蕩，CNC報警，機床無法正常工作。這時，即使關機再起動，只要手動或自動移動Z軸，在所有速度范圍內(nèi)，都發(fā)生劇烈震蕩。但是，如果關機時間足夠長（如：第二天開機），機床又可以正常工作5~7h，并再次出現(xiàn)以上故障，如此周期性重復。例某采用FANUC 0T數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床，開機后，只要Z軸一移動，就出現(xiàn)劇烈震蕩，CNC無報警，機床無法正常工作。例一臺配套FANUC 11M的加工中心，開機時，CRT顯示SV008報警，Z軸發(fā)生周期性振動。例一臺配套FANUC 11ME系統(tǒng)的加工中心，在長期使用后，X軸作正向運動時發(fā)生振動。例一臺配套FANUC 15MA系統(tǒng)的加工中心，機床啟動后，在自動方式運行下顯示驅動器未準備好報警。例配套FANUC PM0系統(tǒng)的數(shù)控車床，在加工過程中，不定期的出現(xiàn)“伺服驅動器的準備好信號報警”。例某配套FANUC 0I系統(tǒng)的立式數(shù)控銑床，在加工過程中忽然出現(xiàn)移動過程中位置偏差過大及數(shù)字伺服報警。例1某數(shù)控車床，X軸運動時出現(xiàn)伺服驅動器的“準備好”信號斷開報警。 例1某配套FANUC 0M二手數(shù)控銑床，采用FANUC S系列三軸一體伺服驅動器，開機后，XY軸工作正常，但手動移動Z軸發(fā)現(xiàn)在較小的范圍內(nèi)，Z軸可以運動，但繼續(xù)移動Z軸，系統(tǒng)出現(xiàn)伺服報警。例1某數(shù)控車床在加工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)伺服電動機過熱報警。例1某數(shù)控機床在加工過程中，發(fā)現(xiàn)加工工件的X向尺寸出現(xiàn)無規(guī)律的變化。例1某數(shù)控車床在加工過程中，被加工零件的Z軸尺寸逐漸變小，而且每次變化量與機床的切削力有關，當切削力增加時，變化量也會隨之增大。例1一臺FANUC系統(tǒng)的加工中心，開機時發(fā)生“伺服驅動系統(tǒng)過載”及“在移動過程中，位置跟隨誤差超差”。第六章 數(shù)控機床刀架故障診斷與分析一、回轉刀架換刀有四方刀架、六角刀架即在其上裝四把刀、六把刀或更多刀具；數(shù)控車床六角回轉刀架，它適合盤類零件加工；回轉刀架全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，它的動作分為4個步驟：刀架抬起刀架轉位刀架壓緊轉位液壓缸復位二、刀庫圖6－1三、刀具交換裝置凸輪機械手換刀實例四、自動換刀裝置故障維修實例例數(shù)控車床刀架電動機起不動，刀架不能動作；分析：電機風葉阻力過大，蝸桿軸承損壞；例數(shù)控車床刀架上刀體抬起但轉動不到位；分析：粗定位銷在錐孔中卡死或斷裂，應與下刀體的四邊對齊，而且齒牙盤必須嚙合。思考題：南京JN系列數(shù)控加工尺寸不能控制；該機床位采用南京江南機床數(shù)控工程公司的JN系列機床數(shù)控系統(tǒng)而改造的經(jīng)濟型數(shù)控車床，其刀架為LD4I型電動刀架?，F(xiàn)象：該機床在產(chǎn)品加工的過程中，發(fā)生其加工尺寸不能控制現(xiàn)象，操作者每次在系統(tǒng)中修改參數(shù)后，數(shù)碼顯示器顯示的尺寸后與實際加工出來的尺寸相差很大，且尺寸的變化無規(guī)律可尋，即使不修改系統(tǒng)的加工參數(shù)，加工出來的產(chǎn)品尺寸也在不停地變化。因該機床主要是進行內(nèi)孔加工，因此尺寸的變化主要反應在X軸上。分析及處理過程：為了確定故障部位，采用替換法，將X軸的驅動信號與Z軸的驅動信號進行交換，即用Z軸控制信號去驅動X軸，而用X軸控制信號去驅動Z軸。替換后故障依然存在，這說明X軸的驅動信號無故障，同時也說明故障源應在X軸步進電動機及其傳動機構、滾珠絲杠等硬件上。檢查上述傳動機構、滾珠絲杠等硬件均無故障，進一步檢查X軸軸向重復定位精度也在其技術指標之內(nèi)。是何原因產(chǎn)生X軸加工尺寸不能控制呢？思考檢查分析故障的思路，發(fā)現(xiàn)在分析檢查中忽略了一個重要的部件——電動刀架。檢查電動刀架的每一個刀號的重復定位精度，發(fā)現(xiàn)電動刀架定位不準。分析電動刀架定位不準的原因，若是電動刀架自身的機械定位不準，故障應該是固定不變的，不應該出現(xiàn)加工尺寸不能控制的現(xiàn)象，定有其他的原因造成該故障現(xiàn)象。檢查電動刀架的轉動情況，發(fā)現(xiàn)電動刀架在抬起時，有一鐵屑卡在里面。鐵屑使定位不準，這就是故障源。拆開電動刀架，用壓縮空氣將電動刀架定位齒盤上的鐵屑吹干凈，重新裝配好電動刀架后，故障排除。五、廣數(shù)刀架現(xiàn)以目前使用較多的端齒盤式四工位自動刀架可能出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象加以分析，確定其排除方法。其它類型的刀架，雖其結構、尺寸、元器件類型號各有差異，但故障原因大多雷同，也可參照此法加以排除。刀架不能啟動機械方面的原因：刀架預緊力過大。當用六角扳手插入蝸桿端部旋轉時不易轉動，而用力時，可以轉動，但下次夾緊后刀架仍不能啟動。此種現(xiàn)象出現(xiàn)，可確定刀架不能啟動的原因是預緊力過大，可通過調(diào)小刀架電機夾緊電流排除之。刀架內(nèi)部機械卡死。當從蝸桿端部轉動蝸桿時，順時針方向轉不動，其原因是機械卡死。首先，檢查夾緊裝置反靠定位銷是否在反靠棘輪槽內(nèi)，若在，則需將反靠棘輪與螺桿連接銷孔回轉一個角度重新打孔連接；其次，檢查主軸螺母是否鎖死，如螺母鎖死，應重新調(diào)整；再次，由于潤滑不良造成旋轉件研死，此時，應拆開，觀察實際情況，加以潤滑處理。電器方面的原因：電源不通、電機不轉。檢查溶芯是否完好、電源開關是否良好接通、開關位置是否正確。當用萬用表測量電容時，電壓值是否在規(guī)定范圍內(nèi)，可通過更換保險、調(diào)整開關位置、使接通部位接觸良好等相應措施來排除。除此以外，電源不通的原因還可考慮刀架至控制器斷線、刀架內(nèi)部斷線、電刷式霍爾元件位置變化導致不能正常通斷等情況。電源通，電機反轉?？纱_定為電機相序接反。通過檢查線路，變換相序排除之。手動換刀正常、機控不換刀。此時應重點檢查微機與刀架控制器引線、微機I/O接口及刀架到位回答信號。刀架連續(xù)運轉、到位不停由于刀架能夠連續(xù)運轉，所以，機械方面出現(xiàn)故障的可能性較小，主要從電氣方面檢查。檢查刀架到位信號是否發(fā)出，若沒有到位信號，則是發(fā)訊盤故障。此時可檢查：發(fā)訊盤彈性觸頭是否磨壞、發(fā)訊盤地線是否斷路或接觸不良或漏接，是否需要更換彈性片觸頭或重修，針對其線路中的繼電器接觸情況、到位開關接觸情況、線路連接情況相應地進行線路故障排除。當僅出現(xiàn)某號刀不能定