FANUC_i系列主轴伺服驱动系统故障诊断与维修

中图分类号:TM38314+2 文献标识码:A 文章编号:100126848(2006)0620074203

FANUC αi

系列主轴伺服驱动系统故障诊断与维修

宋文学1,黄万长2,王玉琨2

(1.西安航空技术高等专科学校,西安　710077; 2.陕西法士特齿轮有限责任公司,西安　710077;

3.西安微电机研究所,西安　710077)

摘　要:通过对FANUC αi 系列主轴驱动系统的原理和特点的分析,结合主轴驱动系统维修中的具体实例,分析了产生故障的原因、诊断思路、维修方法及维修注意事项。关键词:FANUC ;数控系统;伺服电动机;故障诊断;维修

F ault Diagnose and Maintain of FANUC

αi Series Axis Servo and Drive System SON G Wen 2xue 1,HUAN G Wan 2chang 2,WAN G Yu 2kun 3

(1.Xi πan Aero Technical College ; 2.Shaanxi Fashite Gear Co.,Lt d.;

3.Xi πan Micromotor Research Instit ute ,Xi πan 710077,China )

ABSTRACT :Analyzed t he p rincipal and character of FANUC αi series Axis Servo and Drive Sys 2tem ,t he paper set some fault of principal axis cont rol apparat us of numerical cont rol system

“FANUC αi ”as examples for reference ,analyzed materially fault reason ,Diagnosis ,maintaining met hod and disposal course.

KE Y WOR DS :FANUC ;NC system ;Servo motor ;Fault diagno se ;Maintain

收稿日期:2006207221

0　引　言

数控机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计技术等先进技术的典型机电一体化产品,其控制系统复杂,在运行中可能会产生各种各样的故障。通过科学的方法、行之有效的措施,迅速判别故障产生的原因,随时解决出现的问题,是保证数控机床安全,可靠运行,提高设备利用率的关键所在,也是当前数控机床使用过程中亟待解决的问题之一。数控机床的故障,既有主机故障,如机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分的故障,也有电气控制故障,如CNC 、PL C 、MDI/CR T 、伺服驱动单元、输入/输出单元的故障,控制系统主回路或高压大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元件及其组成的控制电路的故障。笔者结合工作

实践,介绍了FANUC αi 系列主轴伺服驱动系统的故障诊断与维修的几个案例。

1　FANU C αi 系列主轴伺服驱动系统

的原理及特点

FANUC αi 系列主轴伺服驱动系统控制电路如

图1所示。该驱动系统为电流、速度、位置三环闭环控制,使用最新的智能型功率控制器件(IPM ),放大器体积小,采用能量再生控制,节省能源。电动机采用永磁交流同步伺服电机,具有高速、大功率、响应快、速度稳,高速主轴定向及可高速高精度刚性攻丝等特点和功能。电网提供的220V 恒压恒频(CVCF )交流电经变换器(PSM )转换为恒压直流电,再经过逆变器(SPM )转换为变压变频(VVV F )交流电,对主轴电动机实现无级调速。主轴伺服单元根据数控系统的指令及编码器返回的速度检测反馈信号,采用正弦波脉宽调制(PWM )方法调整主轴电机的转速和电压。

2　几个维修案例

211　驱动系统出现交流伺服电机过热报警的故障

维修

21111故障现象

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47—微电机　2006年　第39卷　第6期(总第153期)

XH756B/1加工中心,主轴电机为FUNUCα18/7000i永磁交流同步伺服电机,在加工过程中出现9001#报警,电机过热,电机温度由22℃急剧上升到120℃。诊断号D GN408

中

图1　FUNUCα18/7000i主轴伺服单元控制原理图

显示电机温度120℃,温升太快且不正常。

21112分析判定

根据对主轴驱动系统原理的分析以及维修经

验,电机过热的原因,可能由以下原因引起:

1)电动机过载;

2)电动机冷却系统污染,影响散热;

3)电动机内部故障;

4)温度检测不良或连接故障;

21113维修过程

为了判定是否为机械负载的原因,将主轴与伺

服电机脱离,空载试电机,在MDI方式下输入

M03S300,然后执行。出现9021#报警,原因是

主轴位置编码器通过齿轮与主轴相连,主轴脱离,

编码器就没有了。此时必须采取修改参数的方法,

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FANUCαi系列主轴伺服驱动系统故障诊断与维修　宋文学　黄万长　王玉琨

将编码器屏蔽掉。400211由“1”改为“0”,4394.5由“0”改为“1”,9021#报警消失。执

行M03S300,主轴转动起来,25分钟后,温度由22℃上升到56℃,检测三相电流基本平衡,18A

左右,指正偏摆幅度大,空载电流高,不正常,将电机拆下检查,发现定子和转子的空隙中充满了冷却油,原因是密封圈损坏,油位过高所致。从理论上分析,气隙中充满油后,磁阻变大,电机电流变大。

将油清理干净,用压缩空气吹干净,并用灯泡烤干定子绕阻,将电机装上,开机出现9031#报

警(温度传感器故障)。经检查,J Y2插头未插在主轴模块上,将脉冲发生器内置插头和电动机C3插头连接在接口上,故障排除。

212　驱动系统出现过电流报警的故障诊断与维修21211故障现象

一台配有FANUC 系统和αi 主轴驱动系统的卧式加工中心,在加工时主轴运行突然停止,驱动器显示过电流报警。21212分析判定

检查交流主轴驱动器主回路,发现再生制动回路、主回路的熔断器均熔断,经更换后机床恢复正常。但机床正常运行一段时间后,再次出现同样故障。

由于故障重复出现,证明该机床主轴系统存在问题。根据报警信息,分析可能存在的主要原因如下:

1)主轴驱动板控制不良;2)电动机连续过载;

3)电动机绕组存在局部短路;21213维修过程

根据实际加工情况,电动机过载的原因可以排除。由于更换熔断器后可以正常工作一段时间,故主轴驱动器控制板不良的可能性不大。因此,故障可能性最大的是电动机绕组存在局部短路。

维修时仔细测量电动机的绕组的各相电阻,发现u 相对地绝缘电阻较小,证明该相存在局部对地短路。拆开电动机检查发现,电动机内部绕组与引出线的绝缘套已经老化,更换绝缘套,重新连接后对地电阻恢复正常。再次更换熔断器后,机床恢复正常,故障不再出现。

213　驱动系统出现传感器报警的故障诊断与维修

案例中数控机床为大宇HM630数控加工中心,主轴电机为FUNUC α18/7000i 永磁交流同步伺服电机,主轴伺服板为AL 273。21311故障现象

机床正常运转,切削加工过程中,忽然断电

(供电系统出现短路),恢复供电后,重新开机,当程序执行到铣加工Φ260面时,产生9073#报警,提示报警信息为电机传感器的反馈信号断线。21312分析判定

正常工作的机床,为何出现9073#报警?调出报警履历表,发现断电时出现过9002#报警。报警内容为:电机负载扭矩大,它是产生9073#报警的直接原因。由于扭矩大,主轴震动剧烈,有可能造成电机传感器的反馈信号故障。21313维修过程

依据FANUC 公司提供的维修手册,重点检查信号电缆连线、插头,最后,在主轴电机的接线盒中发现电缆插头振松,重新插好插头,故障排除。

3　结　论

数控机床的自诊断功能很强,FANUC 公司提供了丰富的诊断信息,从硬件和软件控制上设计了几十种保护和报警,从而为数控机床的正常使用和维护维修提供了很大方便。在深入理解的基础上,依据FANUC 公司提供的手册,注意分析,顺藤摸瓜。熟悉并掌握主轴伺服的控制原理及各信号的连接、传输,是快速诊断,及时排除故障的关键。

参考文献

[1]　罗学科,谢富春.数控原理与数控机床[M ].北京:化学

工业出版社,2004.

[2]　白恩远.现代数控机床伺服及检测技术[M ].北京:国防

工业出版社,2005.

[3]　舒志兵等.交流伺服运动控制系统[M ].北京:清华大学

出版社,2006.

[4]　龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例[M ].北京:机

械工业出版社,2006.

作者简介:宋文学(1966—

),男,副教授,工学硕士,在读博士研究生,研究方向为制造信息化技术。

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7—微电机　2006年　第39卷　第6期(总第153期)