0引言
随着我国工业自动化程度的提高,数控机床的应用也越来越普遍。数控机床的维修也显得格外重要。数控机床维修技术主要包括了机械原理、数字控制、PLC控制、伺服驱动控制、位置测量等5大领域。数控机床常见故障可划分为以下几类:机械故障、外围电气故障、伺服驱动模块故障及数控系统故障。与数控系统相比,由于伺服驱动模块中大多使用大功率的电子元器件,故使其故障率较高。且一旦故障,更换的费用较高,所以伺服驱动模块的维修也是数控机床维修的重点与难点。下面结合LB15数控车的故障实例来浅谈怎样对伺服驱动模块进行维修。
1设备概况LB15
数控车是日本OKUMA公司生产的高性能、高精度数控机床。该机床配备了X,Z,T三个伺服驱动单元,日本大畏数控系统,可以加工各种轴类及棒料复杂零件。该设备机械加工精度高,长期承担着各种繁重的加工任务。由于机床缺乏伺服驱动模块方面的资料,使得维修的难度增大。
2故障现象
机床在加工过程中突然出现故障报警“SERVOAMPXAXIS冶,此报警为X轴伺服驱动器报警。关闭机床电源后重起,伺服上电后再次出现该报警。但是关闭电源半小时后开机,机床又能成功通过自检,试加工一段时间后又再次出现相同报警。此时,初步判定为X轴的伺服驱动模块故障。通常,可将一台伺服驱动模块看作两部分:控制电路板和主电路。
3伺服单元的工作原理
伺服单元的控制原理图如1所示。伺服单元包括控制电路(产生驱动信号)和主电路(将三相交流电整流后,受控制电路的驱动信号控制,再逆变为可调的三相交流电去拖动交流伺服电机)。该系统的工作原理如下[1]:数控系统发出的速度指令信号VCMD(给定信号)在比较器中,与检测元件(编码器)反馈而来的信号经过F/V变换之后得到的TSA信号(反馈信号)相与输出一个误差信号，这个误差信号再经过放大之后作为转矩指令电压,它在乘法器中又分别与转子位置计算回路中输出的sin兹和sin(兹~240毅)相乘之后作为电流指令信号输出。该指令又与电流反馈信号相与之后的电流误差信号经过放大之后送到PWM控制回路,进行PWM脉宽调制,然后再将该脉宽调制信号经过主电路中功率管组成的电源回路逆变为三相交流电流来控制交流伺服电动机。在此过程中,我们只须通过加工程序任意改变给定信号VCMD就可以改变伺服电机的运行速度,从而进行不同程度的粗、精加工。
4故障判定
机床停机半小时后再开机又能正常运行一段时间,根据这一现象可以假设X轴的驱动模块并未完全损坏。可能是由于控制电路或者主电路中个别元器件的老化引起的模块工作不稳定。这种情况下,我们一般首先检查主电路中是否有明显的功率管击穿现象。针对主电路,在静态下用万用表分别测量X轴(故障轴)主电路中功率管的各管脚间并没有短路击穿的现象,记录各管脚的阻值。与Z轴(完好轴)阻值相同。针对控制电路板,采用了伺服驱动模块维修中常用的互换法。就是将完好的Z轴模块的控制电路板与X轴的控制板互换。但需要特别注意的是,维修伺服模块时不可盲目互换。那是因为假如控制电路板中六路驱动电路的任何一路故障,发出的错误驱动信号可能使主电路中的逆变电路发生直臂导通,产生短路烧毁功率管。为此使用在线测试仪V-I特性曲线对比Z轴(完好轴)测试X轴的驱动厚膜电路,驱动电路完好,可以将X轴与Z轴控制电路板互换。将Z轴与X轴的控制板互换后,开机空运行一段时间报警变为“SERVOAMPZAXIS冶说明故障在X轴的控制电路板,而与X轴主电路无关。
5维修过程
驱动厚膜电路也正常的情况下是什么原因导致的驱动模块报警呢?[2]该驱动厚膜电路型号为M5759L,是日本三菱产品,其关断IGBT时的VGE为-10V。如果关断电压低于-10V的话是有可能会导致保护电路输出报警的。此时开机测量每一路的关断电压却都是正常的。让机床空载运行一段时间后发现,控制电路板板载的+15V及+5V的电源指示灯闪烁,机床随后报警。再次测量关断电压为0V。故此着重检测X轴控制板的直流电源部分。输静态测量79M15,78M15,78M05三只管子并没有损坏。随后对比测量了X轴与Z轴驱动控制板中与板载直流电源相关的器件。发现X轴控制板中经整流后并联的两只开关管C2929,C-E间的阻值比Z轴的阻值要小更换两只开关管后开机报警消失,但运行一段时间后再次出现相同报警。再次检测发现X轴控制板C2929后端串联的一个电感线圈阻值只有1.4赘,对比Z轴线圈L的阻值为7.5赘左右,很明显存在疑点。更换该线圈后开机正常运行,故障排除。
6结语
伺服驱动模块是故障相对易发部件,要求维修者有丰富的专业知识。此次维修加深了对该种伺服单元主电路和控制电路的理解。同时在伺服电路修理方面积累了一些经验,为该类伺服驱动模块今后的正常使用进行了必要的技术储备。
作者：代凤奇 单位：中航工业南京机电
