FANUC直流伺服驱动

FANUC伺服系统的故障诊断与维修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、FS ll、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。

1．SCR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。

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K e 是否正常，从而确定电动机是否退磁。

1000n I V K R e m ⨯≈⨯-式中 V ——测量的电压值(V)：I ——测量的电流值(A)：R m ——电枢电阻(Ω)；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 电动机参数表6)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U AB、U CB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：①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。

②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。

③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，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)。

④来自机床侧的原因。

如操作、设定不当，系统处于急停状态等。

⑤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。

⑥辅助电源电压异常。

即：+5V，+24V，+15V，-15V电源故障。

⑦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。

⑧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：①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。

②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：①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。

②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。

③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。

④负载惯量过大。

⑤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。

⑥交流输入电压过低。

应检查电源电压是否满足规定的要求。

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(CH ll )端子，以及同步端(CHl3A~C)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RV l 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RVl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CH ll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。

2．PWM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：e k ssv v 67.16式中 V ——进给速度(mm/min)；e ss ——位置跟随误差(0.001mm)K V ——位置增益(1/S)。