FANUC伺服系统的故障诊断及其维修.docx
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1、编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第19页 共19页FANUC伺服系统的故障诊断与维修阅读:586 伺服系统的故障诊断,虽然由于伺服驱动系统生产厂家的不同,在具体做法上可能有所区别,但其基本检查方法与诊断原理却是一致的。诊断伺服系统的故障,一般可利用状态指示灯诊断法、数控系统报警显示的诊断法、系统诊断信号的检查法、原理分析法等等。FANUC伺服驱动系统与FANUC数控系统一样,是数控机床中使用最广泛的伺服驱动系统之一。从总体上说,FANUC伺服驱动系统可以分为直流驱动与交流驱动两大类。如前所述,直流驱动又有SCR速度控制单元与PWM速度控制单元两种形式;交流驱动
2、分模拟式交流速度控制单元与数字式交流速度控制单元两种形式。在1985年以前生产的数控机床上,一般都采用直流伺服驱动,其配套的控制系统有FANUC的FS5、FS6、FS7系统等。随后生产的数控机床上,一般都采用交流伺服驱动,其配套的控制系统有FANUC的FS0、FSll、FSl5/16系统等。5.2.1 FANUC直流伺服系统的故障诊断与维修直流伺服系统一般用于20世纪80年代中期以前生产的数控机床上,这些数控机床虽然距今已经有二十多年,但由于当时数控系统的价格十分昂贵,通常只有在高、精、尖设备中才采用数控,因此,其机床的刚性、可靠性等各方面性能通常都较好,即使在今天,很多设备还是作为企业的关键
3、设备在使用中,故直流伺服系统的维修仍然是今天数控机床维修的重要内容。1SCR速度控制单元的常见故障与维修SCR速度控制单元的主要故障与可能的原因,常见的有以下几种。(1)速度控制单元熔断器熔断 造成速度控制单元熔断器烧断的原因有下述几种:1)机械故障造成负载过大。如:滑动面摩擦系数太大;齿轮啮合不良;工件干涉、碰撞;机械锁紧等。以上故障可通过测量电动机电流来判断确认。2)切削条件不合适。如:机床切削量过大,连续重切削等。3)控制单元故障。如:控制单元的元器件损坏,控制板上设定端设定错误,电位器调整不当等。4)速度控制单元与电动机间的联接错误。如:速度负反馈被接成正反馈,使电动机飞车或使系统振荡
4、。 5)电动机选用不合适或电动机不良。如:因为直流电动机的退磁,造成需要过大的励磁电流,从而引起速度控制单元熔断器烧断。直流电动机去磁的检查方法如图5-9所示。通过测量图5-9上的电压表和电流表指示值,并按下式计算,可以判别电动机反电势常数足Ke是否正常,从而确定电动机是否退磁。式中 V测量的电压值(V):I测量的电流值(A):Rm电枢电阻();n电动机转速(r/min)Ke电动机反电动势系数(V/1000 r/min)。若上式成立,则证明电动未退磁。不同型号的电动机,其电枢电阻和反电动势系数的值也是不相同的,对于常用的FANUC直流伺服电动机,它们的值可参考表5-1。表5-1达式 电动机参数
5、表型号电枢电阻Rm/反电动势系数Ke(V/1000 r/min)型号电枢电阻Rm/反电动势系数Ke(V/1000 r/min)00.521200.257950.8142300.32120100.28566)相序不正确。SCR速度控制单元由于存在晶闸管触发脉冲与主电路的同步问题,因此对电源的输入有相序的要求。若相序不正确,则接通电源后将造成速度控制单元的输入熔断器的熔断。相序检查可以通过用相序表或示波器进行,如图5-10所示。用相序表测量时,在主回路与同步电源R、S、T连接一一对应的前提下,测量R、S、T的相序,当相序正确时,相序表应按顺时针方向旋转(如图5-10a)。用示波器测量时,在主回路与
6、同步电源R、S、T连接一一对应的前提下,双线示波器按照图5-10b连接,当UAB、UCB的波形为图5-10b所示时(两个波形在相位上相差120),则表明相序正确。注意:在直流伺服驱动系统中,相序必须一一对应,因此不可以用观察交流电动机转向的方式,来检查相序。(2)状态指示灯显示的报警 FANUC公司生产的SCR速度控制单元,在控制线路板上带有3个状态指示灯,它们分别为PRDY、TGLS和OVC指示灯,其含义如下:PRDY:绿色指示灯,指示灯亮则表示速度控制单元工作正常。TGLS:红色指示灯,指示灯亮则表示与速度控制单元连接的测速发电机报警。OVC:红色指示灯,指示灯亮则表示速度控制单元发生过电
7、流报警。常见的故障现象与原因有:1)PRDY指示灯不亮。当系统通电后,如果表示速度控制单元的PRDY指示灯不亮,则造成故障的可能原因有:数控系统或伺服驱动器(速度控制单元)存在报警。故障诊断可以通过数控系统的报警显示、数控系统印制电路板上的报警指示以及机床的故障提示进行,并根据以上提示的内容与有关说明进行处理。速度控制单元熔断器熔断。速度控制单元的功率部分和触发电路板上,均安装有熔断器,当熔断器熔断时,PRDY指示灯不亮。伺服变压器过热、变压器温度检测开关动作。变压器的温度可以这样进行检查:在刚切断电源时,马上用手触摸变压器的铁心或线圈,若用手能承受得住变压器的温度(60),则说明变压器未过热
8、,故障原因可能是温度检测开关不良,应更换温度检测开关;若用手只能承受几秒钟,则说明变压器过热,需要断电半小时以上,待变压器冷却后再进行试验。如通电后仍过热,原因可能是负载过大或变压器不良(如变压器线圈局部短路,绝缘损坏等)。来自机床侧的原因。如操作、设定不当,系统处于急停状态等。系统的位置控制或驱动器速度控制的印制电路板不良。可以通过互换法或更换备件进行确认。辅助电源电压异常。即:+5V,+24V,+15V,-15V电源故障。安装、接触不良。如:速度控制单元与系统位置控制板之间的连接不良等。驱动器发生TGLS或OVC报警。按检查TGLS或OVC报警的方法处理。2)TGLS灯亮。TGLS灯亮表示
9、速度控制单元发生了测速发电机断线报警,其可能的原因是:作为速度反馈的部件(如:测速发电机或脉冲编码器)的测量信号线断线或连接不良。电动机的电枢线断线或连接不良。3) OVC灯亮。OVC灯亮表示速度控制单元发生了过电流报警,其可能的原因是:过电流设定不当。应检查速度控制单元上的过电流设定电位器RV3的设定是否正确。电动机负载过重。应改变切削条件或机械负荷,检查机械传动系统与进给系统的安装与连接。电动机运动有振动。应检查机械传动系统、进给系统的安装与连接是否可靠,测速机是否存在不良。负载惯量过大。位置环增益过高。应检查伺服系统的参数设定与调整是否正确、合理。交流输入电压过低。应检查电源电压是否满足
10、规定的要求。有关速度控制单元的设定与调节可以参见本章5.2.5节所述。(3)超过速度控制范围 速度控制单元超速的原因有下述几种:1)测速反馈连接错误,如:被接成正反馈或断线。2)在全闭环系统中,联轴器、电动机与工作台的连接不良,造成速度检测信号不正确或无速度检测信号。3)位置控制板发生故障,使来自F/V转速的速度反馈信号未输入到速度控制单元;4)速度控制单元设定不当。(4)机床振动 若坐标轴在数控机床停止时或移动过程中出现振动、爬行, 除系统本身设定、调整不当外,在驱动器上引起机床振动的原因主要有下述几种:1)机械系统连接不良,如:联轴器损坏等。2)脉冲编码器或测速发电机不良。对于脉冲编码器或
11、测速发电机不良的情况,可按下述方法进行测量检查。首先,将位置环、速度环断开,手动电动机旋转,观察速度控制单元印制电路板上F/V变换器的电压(检测端子CHl2),如果出现图5-11所示的电压突然下跌的波形,则说明反馈部件不良。3)电动机电枢线圈不良(如:内部短路)。这种情况可以通过测量电动机的空载电流进行确认,若空载电流随转速成正比增加,则说明电动机内部有短路现象。出现本故障一般应首先清理换向器、检查电刷等环节,再进行测量确认。如果故障现象依然存在,则可能是线圈匝间有短路现象,应对电动机进行维修处理。 4)速度控制单元不良。应首先检查速度控制单元的调整与设定,若调整与设定正确,可通过更换速度控制
12、单元的印制电路板或进行维修处理。5)外部干扰。对于固定不变的干扰,可检查F/V变换器(CH2检测端子),电流检测(CHll)端子,以及同步端(CHl3AC)的波形,检查是否存在干扰,并采取相应的措施。对于偶然性干扰,只有通过有效的屏蔽、可靠的接地等措施,尽可能予以避免。6)系统振荡。应观察电动机电流的波形是否有振荡,引起振荡的可能原因是RVl调整不当,测速机不良,或是丝杠的间隙太大等原因。(5)超调 当速度控制单元本身无故障时,造成系统超调的原因有下述几种:1)伺服系统速度环增益太低或位置环增益太高。可以通过调整速度控制单元电位器RVl,提高速度环增益;或通过改变系统的机床参数,降低位置环增益
13、进行优化。此外,还可以通过改变速度控制单元的S6、S7、S9设定等措施解决。2)提高伺服进给系统和机械进给系统的刚性。(6)单脉冲进给精度差 产生这种现象的原因有以下几种:1)机械传动系统的间隙、死区或精度不足。应重新调整机械传动系统消除间隙,减小摩擦阻力,提高机械传动系统的灵敏度。2)伺服系统速度环或位置环增益太低。这时可以通过调整速度控制单元的电位器RVl解决。(7)低速爬行 在伺服进给系统元器件本身无故障时,造成低速爬行的原因有以下几种:1.)系统不稳定,产生低速振荡。 2)机械传动系统惯量过大。对于这种情况,有时可以通过改变印制电路板上速度控制单元的S8设定(使其断开),以及重新调整R
14、Vl解决。(8)圆弧切削时切削面出现条纹 造成这一现象的原因有以下几种:1)伺服系统增益设定不当。可以通过降低位置增益、提高速度环增益解决。2)检查、确认速度控制单元的CHll端子上的电流波形,确认电流是否连续。3)检查机械传动系统是否有连接松动、间隙等。2PWM速度控制单元的常见故障与维修(1)CRT无报警显示的故障维修 FANUC PWM速度控制单元发生故障时,通常情况下系统显示器上可以显示出报警号,维修时可以根据报警提示进行。但是,除CRT可以显示报警号的故障外,还有部分故障在CRT上不一定能予以显示或不能予以指明具体的故障原因,这些故障主要有以下几类:1)机床失控。2)移动和停止时机床
15、振动。3)定位精度和加工精度差。4)速度控制单元和位置控制单元动作不正确。对于以上故障的产生原因、检查和处理方法可以归纳如下:1)机床失控。机床失控指的是机床在开机时或工作过程中突然改变速度、改变位置的情况,如:伺服起动时突然冲击,工作台停止时的突然向某一方向快速运动,正常加工过程中的突然加速等等。其故障的原因、检查和处理方法见表5-2。当圆弧插补出现45方向上的椭圆时,可以通过调整伺服进给轴的位置增益进行调整。坐标轴的位置增益由下式计算: 式中 V进给速度(mm/min); ess位置跟随误差(0.001mm) KV位置增益(1/S)。位置跟随误差可以通过数控系统的诊断参数检查,诊断参数号在
16、不同的系统上有不同的定义,在FANUC 0C上为DGN800804;对于其余系统,详见本书第2章第2.3.3节。调整速度控制单元上的电位器RV4(F/V转换器电压补偿),可以改变同一进给速度下的位置跟随误差。调整RV4,使DGN800804的值在上式计算所得的理论值的+10以内,且参与圆弧插补的两轴的位置跟随误差的差值必须控制在1以内。(2)速度控制单元上的指示灯报警 在FANUCPWM速度控制单元的控制板上,右下部有7个报警指示灯,它们分别是BRK、HVAL、HCAL、OVC、LVAL、TGLS以及DCAL;在它们的下方还有PRDY(位置控制已准备好信号)和VRDY(速度控制单元已准备好信号
17、) 2个状态指示灯,其含义见表5-5。表5-5 速度控制单元状态指示灯一览表代 号含 义备 注代 号含 义备 注PRDY位置控制准备好 绿色 OVC驱动器过载报警 红色VRDY速度控制单元准备好 绿色 TGLS电动机转速太高 红色BRK驱动器主回路熔断器跳闸 红色 DCAL直流母线过电压报警 红色HCAL驱动器过电流报警 红色 LVAL驱动器欠电压报警 红色HVAL驱动器过电压报警 红色在正常的情况下,一旦电源接通,首先PRDY灯亮,然后是VRDY灯亮,如果不是这种情况,则说明速度控制单元存在故障。出现故障时,根据指示灯的提示,可按以下方法进行故障诊断。1)BRK报警。BRK为主回路熔断器跳闸
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