代鳳奇

(中航工業(yè)南京機(jī)電(NEIAS，AVIC)，江蘇 南京 211106)

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。數(shù)控機(jī)床的維修也顯得格外重要。數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)主要包括了機(jī)械原理、數(shù)字控制、PLC控制、伺服驅(qū)動(dòng)控制、位置測(cè)量等5大領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障可劃分為以下幾類:機(jī)械故障、外圍電氣故障、伺服驅(qū)動(dòng)模塊故障及數(shù)控系統(tǒng)故障。與數(shù)控系統(tǒng)相比，由于伺服驅(qū)動(dòng)模塊中大多使用大功率的電子元器件，故使其故障率較高。且一旦故障，更換的費(fèi)用較高，所以伺服驅(qū)動(dòng)模塊的維修也是數(shù)控機(jī)床維修的重點(diǎn)與難點(diǎn)。下面結(jié)合LB15數(shù)控車的故障實(shí)例來(lái)淺談怎樣對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行維修。

1 設(shè)備概況

LB15數(shù)控車是日本OKUMA公司生產(chǎn)的高性能、高精度數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床配備了X，Z，T三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)單元，日本大畏數(shù)控系統(tǒng)，可以加工各種軸類及棒料復(fù)雜零件。該設(shè)備機(jī)械加工精度高，長(zhǎng)期承擔(dān)著各種繁重的加工任務(wù)。由于機(jī)床缺乏伺服驅(qū)動(dòng)模塊方面的資料，使得維修的難度增大。

2 故障現(xiàn)象

機(jī)床在加工過(guò)程中突然出現(xiàn)故障報(bào)警“SERVO AMP X AXIS”，此報(bào)警為X軸伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警。關(guān)閉機(jī)床電源后重起，伺服上電后再次出現(xiàn)該報(bào)警。但是關(guān)閉電源半小時(shí)后開(kāi)機(jī)，機(jī)床又能成功通過(guò)自檢，試加工一段時(shí)間后又再次出現(xiàn)相同報(bào)警。此時(shí)，初步判定為X軸的伺服驅(qū)動(dòng)模塊故障。通常，可將一臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)模塊看作兩部分:控制電路板和主電路。

3 伺服單元的工作原理

伺服單元的控制原理圖如1所示。

圖1 伺服單元控制原理圖

伺服單元包括控制電路(產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào))和主電路(將三相交流電整流后，受控制電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，再逆變?yōu)榭烧{(diào)的三相交流電去拖動(dòng)交流伺服電機(jī))。該系統(tǒng)的工作原理如下［1］:數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的速度指令信號(hào)VCMD(給定信號(hào))在比較器中，與檢測(cè)元件(編碼器)反饋而來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)F/V變換之后得到的TSA信號(hào)(反饋信號(hào))相與輸出一個(gè)誤差信號(hào)，這個(gè)誤差信號(hào)再經(jīng)過(guò)放大之后作為轉(zhuǎn)矩指令電壓，它在乘法器中又分別與轉(zhuǎn)子位置計(jì)算回路中輸出的sin θ和sin(θ～240°)相乘之后作為電流指令信號(hào)輸出。該指令又與電流反饋信號(hào)相與之后的電流誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大之后送到PWM控制回路，進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制，然后再將該脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)主電路中功率管組成的電源回路逆變?yōu)槿嘟涣麟娏鱽?lái)控制交流伺服電動(dòng)機(jī)。在此過(guò)程中，我們只須通過(guò)加工程序任意改變給定信號(hào)VCMD就可以改變伺服電機(jī)的運(yùn)行速度，從而進(jìn)行不同程度的粗、精加工。

4 故障判定

機(jī)床停機(jī)半小時(shí)后再開(kāi)機(jī)又能正常運(yùn)行一段時(shí)間，根據(jù)這一現(xiàn)象可以假設(shè)X軸的驅(qū)動(dòng)模塊并未完全損壞?？赡苁怯捎诳刂齐娐坊蛘咧麟娐分袀€(gè)別元器件的老化引起的模塊工作不穩(wěn)定。這種情況下，我們一般首先檢查主電路中是否有明顯的功率管擊穿現(xiàn)象。針對(duì)主電路，在靜態(tài)下用萬(wàn)用表分別測(cè)量X軸(故障軸)主電路中功率管的各管腳間并沒(méi)有短路擊穿的現(xiàn)象，記錄各管腳的阻值。與Z軸(完好軸)阻值相同。

針對(duì)控制電路板，采用了伺服驅(qū)動(dòng)模塊維修中常用的互換法。就是將完好的Z軸模塊的控制電路板與X軸的控制板互換。但需要特別注意的是，維修伺服模塊時(shí)不可盲目互換。那是因?yàn)榧偃缈刂齐娐钒逯辛夫?qū)動(dòng)電路的任何一路故障，發(fā)出的錯(cuò)誤驅(qū)動(dòng)信號(hào)可能使主電路中的逆變電路發(fā)生直臂導(dǎo)通，產(chǎn)生短路燒毀功率管。為此使用在線測(cè)試儀V－I特性曲線對(duì)比Z軸(完好軸)測(cè)試X軸的驅(qū)動(dòng)厚膜電路，驅(qū)動(dòng)電路完好，可以將X軸與Z軸控制電路板互換。將Z軸與X軸的控制板互換后，開(kāi)機(jī)空運(yùn)行一段時(shí)間報(bào)警變?yōu)椤癝ERVO AMP Z AXIS”說(shuō)明故障在X軸的控制電路板，而與X軸主電路無(wú)關(guān)。

5 維修過(guò)程

驅(qū)動(dòng)厚膜電路也正常的情況下是什么原因?qū)е碌尿?qū)動(dòng)模塊報(bào)警呢?［2］該驅(qū)動(dòng)厚膜電路型號(hào)為M5759L，是日本三菱產(chǎn)品，其關(guān)斷IGBT時(shí)的VGE為－10 V。如果關(guān)斷電壓低于－10V的話是有可能會(huì)導(dǎo)致保護(hù)電路輸出報(bào)警的。此時(shí)開(kāi)機(jī)測(cè)量每一路的關(guān)斷電壓卻都是正常的。讓機(jī)床空載運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，控制電路板板載的+15 V及+5 V的電源指示燈閃爍，機(jī)床隨后報(bào)警。再次測(cè)量關(guān)斷電壓為0 V。故此著重檢測(cè)X軸控制板的直流電源部分。輸靜態(tài)測(cè)量79M15，78M15，78M05三只管子并沒(méi)有損壞。隨后對(duì)比測(cè)量了X軸與Z軸驅(qū)動(dòng)控制板中與板載直流電源相關(guān)的器件。發(fā)現(xiàn)X軸控制板中經(jīng)整流后并聯(lián)的兩只開(kāi)關(guān)管C2929，C－E間的阻值比Z軸的阻值要小更換兩只開(kāi)關(guān)管后開(kāi)機(jī)報(bào)警消失，但運(yùn)行一段時(shí)間后再次出現(xiàn)相同報(bào)警。再次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)X軸控制板C2929后端串聯(lián)的一個(gè)電感線圈阻值只有1．4Ω，對(duì)比Z軸線圈L的阻值為7．5Ω左右，很明顯存在疑點(diǎn)。更換該線圈后開(kāi)機(jī)正常運(yùn)行，故障排除。

6 結(jié)語(yǔ)

伺服驅(qū)動(dòng)模塊是故障相對(duì)易發(fā)部件，要求維修者有豐富的專業(yè)知識(shí)。此次維修加深了對(duì)該種伺服單元主電路和控制電路的理解。同時(shí)在伺服電路修理方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，為該類伺服驅(qū)動(dòng)模塊今后的正常使用進(jìn)行了必要的技術(shù)儲(chǔ)備。

［1］ 陳 堅(jiān)．電力電子變換和控制技術(shù)［M］．北京:高等教育出版社，2011．

［2］ 沈 兵．?dāng)?shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)維修技術(shù)與實(shí)例［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011．