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西门子直流伺服驱动系统故障维修

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例1.进线快速熔断器熔断的故障维修

失效现象:与SIEMENS8MC配套的一个卧式加工中心,在电网突然断电后启动,系统不能启动。分析和处理过程:经过检查,该机床床X轴伺服驱动器的快速进线熔断器已熔断。本机床进给系统采用SIEMENS6 RA系列直流伺服驱动,并对伺服电机和驱动机构进行检查,未发现有损坏或短路现象。机器的机械部分也正常工作,直接更换熔断器,启动机器,恢复正常的工作。由于电网突然停电而造成的偶发故障是分析原因。

例2.SIEMENS 8MC测量系统故障的维修

故障现象:一台配套SIEMENS 8MC的卧式加工中心,当X轴运动到某一位置时,液压电动机自动断开,且出现报警提示:Y轴测量系统故障。断电再通电,机床可以恢复正常工作,但X轴运动到某一位置附近,均可能出现同一故障。

分析与处理过程:该机床为进口卧式加工中心,配套SIEMENS 8MC数控系统,SIEMENS 6RA系列直流伺服驱动。由于X轴移动时出现Y轴报警,为了验证系统的正确性,拨下了X轴测量反馈电缆试验,系统出现X轴测量系统故障报警,因此,可以排除系统误报警的原因。

检查X轴在出现报警的位置及附近,发现它对Y轴测量系统(光栅)并无干涉与影响,且仅移动Y轴亦无报 警,Y轴工作正常。再检查Y轴电动机电缆插头、光栅读数头和光栅尺状况,均未发现异常现象。

考虑到该设备属大型加工中心,电缆较多,电柜与机床之间的电缆长度较长,且所有电缆均固定在电缆架上,随机床来回移动。根据上述分析,初步判断由于电缆的弯曲,导致局部断线的可能性较大。

维修时有意将X轴运动到出现故障点位置,人为移动电缆线,仔细测量Y轴上每一根反馈信号线的连接情况,发现其中一根信号线在电缆不断移动的过程中,偶尔出现开路现象;利用电缆内的备用线替代断线后,机床恢复正常。

例3.驱动器故障引起跟随误差超差报警维修

故障现象:某配套SIEMENS PRIMOS系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机,开机后移动机床的Z轴,系统发生“ERR22跟随误差超差”报警。

分析与处理过程:数控机床发生跟随误差超过报警,其实质是实际机床不能到达指令的位置。引起这一故障的原因通常是伺服系统故障或机床机械传动系统的故障。

由于机床伺服进给系统为全闭环结构,无法通过脱开电动机与机械部分的连接进行试验。为了确认故障部位,伺服驱动器维修时首先在机床断电、松开夹紧机构的情况下,手动转动Z轴丝杠,未发现机械传动系统的异常,初步判定故障是由伺服系统或数控装置不良引起的。

为了进一步确定故障部位,西门子维修时在系统接通的情况下,利用手轮少量移动Z轴(移动距离应控制在系统设定的大允许跟随误差以内,防止出现跟随误差报警),测量Z轴直流驱动器的速度给定电压,经检查发现速度给定有电压输入,其值大小与手轮移动的距离、方向有关。由此可以确认数控装置工作正常,故障是由于伺服驱动器的不良引起的。

检查驱动器发现,驱动器本身状态指示灯无报警,基本上可以排除驱动器主回路的故障。考虑到该机床X、Z轴驱动器型号相同,通过逐一交换驱动器的控制板确认故障部位在6RA26**直流驱动器的A2板。

根据SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驱动器的原理图,逐一检查、测量各级信号,确认故障原因是由于A2板上的集成电压比较器N7(型号:LM348)不良引起的:更换后,机床恢复正常。

例4.故障现象:一台配套SIEMENS 850系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的进口卧式加工中心,在开机后,手动移动X轴,机床X轴工作台不运动,CNC出现X跟随误差超差报警。

分析与处理过程:由于机床其他坐标轴工作正常,X轴驱动器无报警,全部状态指示灯指示无故障,为了确定故障部位,考虑到6RA26**系列直流伺服驱动器的速度/电流调节板A2相同,维修时将X轴驱动器的A2板与Y轴驱动器的A2板进行了对调试验。经试验发现,X轴可以正常工作,但Y轴出现跟随超差报警。

根据这一现象,可以得出X轴驱动器的速度/电流调节器板不良的结论。根据SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驱动器原理图,测量检查发现,当少量移动X轴时驱动器的速度给定输入端57与69端子间有模拟量输入,测量驱动器检测端B1,速度模拟量电压正确,但速度比例调节器N4(LM301)的6脚输出始终为0V。

对照原理图逐一检查速度调节器LM301的反馈电阻R25、R27、R21,偏移调节电阻R10、R12、R13、R15、R14、R12,以及LM301的输入保护二极管V1、V2,给定滤波环节R1、C1、R20、V14,速度反馈滤波环节的R27、R28、R8、R3、C5、R4等外围元器件,确认全部元器件均无故障。

因此,确认故障原因是由于LM301集成运放不良引起的;更换LM301后,机床恢复正常工作,故障排除。

例5.CNC故障引起跟随误差超差报警维修

故障现象:某配套SIEMENS PRIMOS系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机,开机后移动机床的Z轴,系统发生“ERR22跟随误差超差”报警。

分析与处理过程:故障分析过程同前例,但在本例中,当利用手轮少量移动Z轴,测量Z轴直流驱动器的速度给定电压始终为0,因此可以初步判定故障在数控装置或数控与驱动器的连接电缆上。

检查数控装置与驱动器的电缆连接正常,确认故障引起的原因在数控装置。打开数控装置检查,发现Z轴的速度给定输出D/A转换器的数字输入正确,但无模拟量输出,从而确认故障是由于D/A转换器不良引起的。

更换Z轴的速度给定输出的12位D/A转换器DAC0800后,机床恢复

西门子直流伺服驱动系统故障维修

例6.故障现象:某配套SIEMENS PRIMOS系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机,开机后发生“ERR21,Y轴测量系统错误”报警。

分析与处理过程:数控系统发生测量系统报警的原因一般有如下几种:

1)数控装置的位置反馈信号接口电路不良。

2)数控装置与位置检测元器件的连接电缆不良。

3)位置测量系统本身不良。

由于本机床伺服驱动系统采用的是全闭环结构,检测系统使用的是HEIDENHAIN公司的光栅。为了判定故障部位,维修时首先将数控装置输出的X、Y轴速度给定,将驱动使能以及X、Y轴的位置反馈进行了对调,使数控的X轴输出控制Y轴,Y轴输出控制X轴。经对调后,操作数控系统,手动移动Y轴,机床X轴产生运动,且工作正常,证明数控装置的位置反馈信号接口电路无故障。


但操作数控系统,手动移动X轴,机床Y轴不运动,同时数控显示“ERR21,X轴测量系统错误”报警。由此确认,报警是由位置测量系统不良引起的,与数控装置的接口电路无关。检查测量系统电缆连接正确、可靠,排除了电缆连接的问题。

利用示波器检查位置测量系统的前置放大器EXE601/5-F的Ual和Ua2、*Ua1和Ua2输出波形,发现Ua1相无输出。进一步检查光栅输出(前置放大器EXE601/5-F的输入)信号波形,发现Ie1无信号输入。检查本机床光栅安装正确,确认故障是由于光栅不良引起的:更换光栅LS903后,机床恢复正常工作。

例7. 故障现象:某配套SIEMENS PRIMOS系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的数控滚齿机,开机后发生“ERR21,X轴测量系统错误”报警。

分析与处理过程:故障分析过程同前例,但在本例中,利用示波器检查位置测量系统的前置放大器EXE601/5-F的Ual和Ua2、*Ual和*Ua2输出波形,发现同样Ual无输出。进一步检查光栅输出(前置放大器EXE601/5-F的输入)信号波形,发现Ie1,信号输入正确,确认故障是由于前置放大器EXE601/5-F不良引起的。

根据EXE601/5-F的原理(详见后述)逐级测量前置放大器EXE601/5-F的信号,发现其中的一只LM339集成电压比较器不良;更换后,机床恢复正常工作。

例8.驱动器未准备好的故障维修

故障现象:一台配套SIEMENS 850系统、6RA26**系列直流伺服驱动系统的卧式加工中心,在加工过程中突然停机,开机后面板上的“驱动故障”指示灯亮,机床无法正常起动。

分析与处理过程:根据面板上的“驱动故障”指示灯亮的现象,结合机床电气原理图与系统PLC程序分析,确认机床的故障原因为Y轴驱动器未准备好。

检查电柜内驱动器,测量6RA26**驱动器主回路电源输入,只有V相有电压,进一步按机床电气原理图对照检查,发现6RA26**驱动器进线快速熔断器的U、W相熔断。用万用表测量驱动器主回路进线端1U、1W,确认驱动器主回路内部存在短路。

由于6RA26**交流驱动器主回路进线直接与晶闸管相连,因此可以确认故障原因是由于晶闸管损坏引起的。

逐一测量主回路晶闸管V1-V6,确认V1、V2不良(己短路);更换同规格备件后,机床恢复正常。由于驱动器其他部分均无故障,换上晶闸管模块后,机床恢复正常工作,分析原因可能是瞬间电压波动或负载波动引起的偶然故障。

例9.外部故障引起电动机不转的故障维修

故障现象:一台配套SIEMENS 6M系统的进口立式加工中心,在换刀过程中发现刀库不能正常旋转。

通过对机床电气原理图的分析,得出该机床的刀库旋转控制采用6 RA**系列直流伺服驱动,刀库转速由机床制造厂制造的“刀库给定值变换/位置控制”板控制。实地分析,观察刀库旋转动作,发现刀库旋转过程中, PLC输入了旋转信号,刀库机械插销拔出,但是6RA26**驱动器的转换给定模拟量没有输入。因为模拟量的输出来自“刀库指定值转换/定位控制”板,根据机床制造商提供的“刀库指定值转换/定位控制”板的示意图对模拟器进行逐层测量,发现模拟器上的开关(型号DG201)损坏,更换了同型号备件后,机床恢复了正常工作。

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