数控机床主轴驱动系统故障维修50 例第七章第四课主轴驱动系统故障维修50 例[1]2009-05-15 05:55例301．机床剧烈抖动、驱动器显示AL-04报警故障现象：一台配套FANUC 6系统的立式加工中心, 在加工过程中，机床出现剧烈抖动、交流主轴驱动器显示AL-04报警。
分析与处理过程：FANUC交流主轴驱动系统AL-04报警的含义为“交流输入电路中的P1、F2、F3熔断器熔断”，故障可能的原因有：1)交流电源输出阻抗过高。
2)逆变晶体管模块不良。
3)整流二极管(或晶闸管)模块不良。
4)浪涌吸收器或电容器不良。
针对上述故障原因，逐一进行检查。
检查交流输入电源，在交流主轴驱动器的输入电源，测得R、S相输入电压为220V，但T相的交流输入电压仅为120V，表明驱动器的三相输入电源存在问题。
进一步检查主轴变压器的三相输出，发现变压器输入、输出，机床电源输入均同样存在不平衡，从而说明故障原因不在机床本身。
检查车间开关柜上的三相熔断器，发现有一相阻抗为数百欧姆。
将其拆开检查，发现该熔断器接线螺钉松动，从而造成三相输入电源不平衡；重新连接后，机床恢复正常。
例302．驱动器出现报警“A”的故障维修故障现象：一台配套FANUC 0T的数控车床，开机后，系统处在“急停”状态，显示“NOTREADY”，操作面板上的主轴报警指示灯亮。
分析与处理过程：根据故障现象，检查机床交流主轴驱动器，发现驱动器显示为“A”。
根据驱动器的报警显示，由本章前述可知，驱动器报警的含义是“驱动器软件出错”，这一报警在驱动器受到外部偶然干扰时较容易出现，解决的方法通常是对驱动器进行初始化处理。
在本机床按如下步骤进行了参数的初始化操作：1)切断驱动器电源，将设定端S1置TEST。
2)接通驱动器电源。
3)同时按住MODE、UP、DOWN、DATASET4个键4)当显示器由全暗变为“FFFFF”后，松开全部键, 并保持1s以上。
5)同时按住MODE、UP键，使参数显示FC-22。
6)按住DATASET键1s以上，显示器显示“GOOD”，标准参数写入完成。
7)切断驱动器电源，将S1(SH)重新置“DRIVE” 。
通过以上操作，驱动器恢复正常，报警消失，机床恢复正常工作。
例303．驱动器出现过电流报警的故障维修故障现象：一台配套FANUC 11M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。
分析与处理过程：经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。
但机床正常运行数天后，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，根据报警现象，分析可能存在的主要原因有：1)主轴驱动器控制板不良。
2)电动机连续过载。
3)电动机绕组存在局部短路。
在以上几点中，根据现场实际加工情况，电动机过载的原因可以排除。
考虑到换上元器件后，驱动器可以正常工作数天，故主轴驱动器控制板不良的可能性亦较小。
因此，故障原因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连接处绝缘套已经老化；经重新连接后，对地电阻恢复正常。
再次更换元器件后，机床恢复正常，故障不再出现。
例304．主轴驱动器AL-12报警的维修故障现象：一台配套FANUC 11M系统的卧式加工中心, 在加工过程中，主轴运行突然停止，驱动器显示12号报警。
分析与处理过程：交流主轴驱动器出现12号报警的含义是“直流母线过电流”，由本章前述可知，故障可能的原因如下：1)电动机输出端或电动机绕组局部短路。
2)逆变功率晶体管不良。
3)驱动器控制板故障。
根据以上原因，维修时进行了仔细检查。
确认电动机输出端、电动机饶组无局部短路。
然后断开驱动器(机床)电源，检查了逆变晶体管组件。
通过打开驱动器，拆下电动机电枢线，用万用表检查逆变晶体管组件的集电极(C1、C2)和发射极(E1、E2)、基极(B1、B2)之间，以及基极(B1、B2)和发射极(El、E2)之间的电阻值，与正常值(表7-25所示)比较，检查发现C1-E1之间短路，即晶体管组件己损坏。
为确定故障原因，又对驱动器控制板上的晶体管驱动回路进行了进一步的检查。
检查方法如下：1)取下直流母线熔断器F7，合上交流电源，输入旋转指令。
2)按表7-26、表7-27的引脚，通过驱动器的连接插座CN6、CN7，测定8个晶体管(型号为ETl91)的基极B与发射极E间的控制电压，并根据CN6、CN7插脚与各晶体管管脚的对应关系逐一检查(以发射极为参考，测量B-E正常值一般在2V 左右)。
检查发现1C~lB之间电压为0V，证明C~B极击穿，同时发现二极管D27也被击穿。
在更换上述部件后，再次起动主轴驱动器，显示报警成为AL-19。
根据本章前述，驱动器AL-19报警为U相电流检测电路过流报警。
为了进一步检查AL-19报警的原因，维修时对控制回路的电源进行了检查。
检查驱动器电源测试端子，交流输入电源正常；直流输出+24V、+15V、+5V均正常，但-15V电压为“0”。
进一步检查电源回路，发现集成稳压器(型号：7915)损坏。
更换7915后，-15V输出电压正常，主轴AL-19报警消除，机床恢复正常。
例305．主轴驱动器AL-01报警的维修故障现象：一台配套FANUC 21系统的立式加工中心，在加工过程中，主轴运行突然停止，系统显示ALM2001、ALM4 09报警，交流主轴驱动器显示AL-01报警。
分析与处理过程：该机床配套的系统为FANUC 21系统，CRT上显示的报警含义如下：ALM2001：SPDL SERVOAL (主轴驱动器报警)。
ALM409：SERVO ALARM (SERIAC ERR)(伺服驱动器报警)。
主轴驱动器AL-01：主轴电动机过热报警。
上述报警可以通过复位键清除，清除后系统能够起动，主轴无报警，但在正常执行各轴的手动参考点返回动作后，当Z 轴向下移动时，又发生上述报警。
由于实际机床发生报警时，只是Z轴向下移动，主轴电动机并没有旋转，同时也不发热。
考虑到主轴电动机是伴随着Z 轴一起上下移动，据此可以大致判定故障是由于Z轴移动，引起主轴电动机电缆弯曲，产生接触不良所致。
打开主轴电动机接线盒检查，发现接线盒内插头上的主轴电动机热敏电阻接线松动；重新连接后，故障排除，机床恢复正常。
例306．主轴高速出现异常振动的故障维修故障现象：某配套FANUC 0TA2系统的数控车床，当主轴在高速(3000r/min以上)旋转时，机床出现异常振动。
分析与处理过程：数控机床的振动与机械系统的设计、安装、调整以及机械系统的固有频率、主轴驱动系统的固有频率等因素有关，其原因通常比较复杂。
但在本机床上，由于故障前交流主轴驱动系统工作正常，可以在高速下旋转；且主轴在超过3000r/min时，在任意转速下振动均存在，可以排除机械共振的原因。
检查机床机械传动系统的安装与连接，未发现异常，且在脱开主轴电动机与机床主轴的连接后，从控制面板上观察主轴转速、转矩显示，发现其值有较大的变化，因此初步判定故障在主轴驱动系统的电气部分。
经仔细检查机床的主轴驱动系统连接，最终发现该机床的主轴驱动器的接地线连接不良，将接地线重新连接后，机床恢复正常。
例307．主轴声音沉闷并出现过电流报警的故障维修故障现象：一台配套FIDIA l2系统、FANUC l5型直流主轴驱动的数控仿型铣床，主轴在起动后，运转过程中声音沉闷；当主轴制动时，CRT显示“FEED HOLD”，主轴驱动装置的“过电流”报警指示灯亮。
分析与处理过程：为了判别主轴过电流报警产生的原因，维修时首先脱开了主轴电动机与主轴间的联接，检查机械传动系统，未发现异常，因此排除了机械上的原因。
接着又测量、检查了电动机的绕组、对地电阻及电动机的连接情况，在对换向器及电刷进行检查时，发现部分电刷已到达使用极限，换向器表面有严重的烧熔痕迹。
针对以上问题，维修时首先更换了同型号的电刷；并拆开电动机，对换向器的表面进行了修磨处理，完成了对电动机的维修。
重新安装电动机后再进行试车，当时故障消失；但在第二天开机时，又再次出现上述故障，并且在机床通电约30min 之后，故障就自动消失。
根据以上现象，由于排除了机械传动系统、主轴电动机、连接方面的原因，故而可以判定故障原因在主轴驱动器上。
对照主轴伺服驱动系统的原理图，重点针对电流反馈环节的有关线路，进行了分析检查；对电路板中有可能虚焊的部位进行了重新焊接，对全部接插件进行了表面处理，但故障现象仍然不变。
由于维修现场无驱动器备件，不可能进行驱动器的电路板互换处理，为了确定故障的大致部位，针对机床通电约30min 后，故障可以自动消失这一特点，维修时采用局部升温的方法。
通过吹风机在距电路板8~10cm处，对电路板的每一部分进行了局部升温，结果发现当对触发线路升温后，主轴运转可以马上恢复正常。
由此分析，初步判定故障部位在驱动器的触发线路上。
通过示波器观察触发部分线路的输出波形，发现其中的一片集成电路在常温下无触发脉冲产生，引起整流回路U相的4只晶闸管(正组与反组各2只)的触发脉冲消失：更换此芯片后故障排除。
维修完成后，进一步分析故障原因，在主轴驱动器工作时，三相全控桥整流主回路，有一相无触发脉冲，导致直流母线整流电压波形脉动变大，谐波分量提高，产生电动机换向困难，电动机运行声音沉闷。
当主轴制动时，由于驱动器采用的是回馈制动，控制线路首先要关断正组的触发脉冲，并触发反组的晶闸管，使其逆变。
逆变时同样由于缺一相触发脉冲，使能量不能及时回馈电网，因此电动机产生过流，驱动器产生过流报警，保护电路动作。
例308~例311．主轴只有漂移转速的故障维修例308．故障现象：一台配套FANUC 7系统的数控铣床，主轴在自动或手动操作方式下，转速达不到指令转速，仅有1~2r/min，正、反转情况相同，系统无任何报警。
分析与处理过程：由于本机床具有主轴换档功能，为了验证机械传动系统动作，维修时在MDI方式下进行了高、低换档动作试验，发现机床动作正常，说明机械传动系统的变速机构工作正常，排除了档位啮合产生的原因。
检查主轴驱动器的电缆连接以及主轴驱动器上的状态指示灯，都处于正常工作状态，可以初步判定主轴驱动器工作正常。
进一步测量主轴驱动器的指令电压输入VCMD，发现在任何S指令下，VCMD总是为“0”，即驱动器无转速指令输入。
检查CNC控制柜，发现位置控制板上的主轴模拟输出的插头XN松动；重新安装后，机床恢复正常。
例309．故障现象：一台配套FANUC ll系统的进口卧式加工中心，S指令无效，主轴转速仅为1~2r/min，无任何报警。
