數控車床變頻器故障維修實例

高浩國

（勝利油田勝機石油裝備有限公司，山東東營 257067）

目前，國產普及型數控車床的主軸一般配置變頻器，采用變頻方式實現主軸的變速。在數控車床使用現場有時發生相關變頻器故障，若不能及時排除這些故障其主軸就不能正常運轉，從而使整臺數控車床停機而影響生產。

1 實例一:變頻器破壞性故障

1．1 故障現象

現場一臺主軸配置日立SJ300－110HFE變頻器的CAK6163Di數控車床在執行加工程序循環自動運轉中，操作者突然聽到“嘭”的一聲、機床主軸自然減速停止就再也不能正常啟動運轉了。從此，機床送電后總電源斷路器馬上跳閘。

1．2 故障檢查

打開機床后面電控柜，聞到焦糊氣味、發現柜內有煙霧、變頻器仍在冒煙，初步判斷變頻器出現故障。去掉變頻器的R、S、T三相電源線及主軸電動機的U、V、W電源線，拆下變頻器控制線，把變頻器從機床拆除，對其拆檢:

（1）操作面板檢查:其 RUN、FUNC、STR、STOP/RESET等按鍵完好且壓下、彈起動作正常;小顯示窗完好;通訊水晶插頭完好。

（2）控制板檢查:控制板與操作面板通訊的水晶插頭完好。控制板與驅動板通訊的扁平電纜完好無斷線、短路現象。60針控制端子排完好無燒損現象。控制板正面上各個集成電路、貼片電阻、電容、二極管等元件無明顯燒損、爆裂、變色等跡象;各印刷線無明顯燒熔、燒斷等跡象;控制板背面的HD64F7065F60型DSP芯片完好、SN7534051、29LV200BC－70PFTN、M5V108DVP等集成電路完好、各個貼片電阻、電容、二極管等元件也無明顯燒損、爆裂、變色等跡象;各印刷線也無明顯燒斷等跡象。

（3）經檢查，8個680 μF的直流電解電容完好。

（4）驅動板檢查:該印刷電路板（PCB）正面有油污、煙灰，但無明顯損壞跡象;驅動板背面已被煙灰熏黑、已經全部布滿煙灰，其主電源R相、S相不僅粗條狀印刷銅線明顯燒損、熔化嚴重、而且已經燒損到印刷板基體，S相粗條狀印刷線也明顯燒損、熔化，印刷板基體燒損情況相比R相、S相較輕。鑒于這些明顯損壞情況，懷疑焊在驅動板背面的富士7MBR50SD120晶體模塊可能損壞。該晶體模塊是該驅動器的關鍵集成元件，它集成了多個整流二極管、逆變晶體管、晶閘管、熱敏電阻等元件，其內部等效電路圖見圖1。后來購到 1件富士7MBR50SD120晶體模塊，先后用MF500－B型萬用表檢查了2件晶體模塊（其測試結果見表1）。從測試結果可以看出:懷疑模塊與完好模塊的整流部分、再生制動部分的內部元件測試結果相近，而其逆變部分中懷疑模塊內部上排3列的晶體管測試值異常（已用黑粗體標出），改變萬用表極性、其2個測試值均為0．4 Ω（均屬于導通狀態），應為1個測試值較小（阻值范圍從數歐姆到數十歐姆均屬于導通狀態）、另1個數值無限大（屬于不通狀態）。故確診該懷疑模塊已經破壞性損壞。

表1 用MF500－B型萬用表檢查2件7MBR50SD120晶體模塊情況表

1．3 故障處理

該例變頻器故障已經準確定位到驅動板、屬破壞性故障。該變頻器是原裝進口的，若整臺采購不僅價格昂貴，而且采購周期長。可采用恢復故障驅動板或更換故障驅動板兩種方案來排除該例破壞性故障。

（1）采用恢復驅動板方案——元件級維修

把故障驅動板煙灰清理干凈。把已壞的富士7MBR50SD120晶體模塊從故障驅動板上拆焊下來，再把從市面采購的完好模塊焊上。焊時需注意:模塊的1、2、3、4、5、6、7、21、22、23、24、26 引腳均為雙焊點，雖焊點間距較大，但其工作電流大，需焊實、焊牢。模塊的 8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25 引腳均為單焊點且焊點間距較小，各個焊點不僅要焊實、焊牢，注意焊點間還不能焊短路了。通過測量知道驅動板已經燒損的R、S、T三相粗條狀主電源銅印刷線分別連接7MBR50SD120晶體模塊的1、2、3引腳，用3根4 mm2導線分別“飛線”焊于R－1、S－2、T－3間，使工作電流避開已經燒損的印刷線而直接從外引導線流過。這樣恢復驅動板后進行組裝，從而恢復驅動板以修復該變頻器來排除該例破壞性故障。

（2）采用更換故障驅動板方案——印刷電路板（PCB）級維修

直接從市面購買印刷電路板——更換其驅動板。在更換該印刷電路板時須注意3點:①把7MBR50SD120晶體模塊底面以及與其接觸的散熱片頂面涂上導熱硅脂（一定要涂勻、否則影響傳導散熱效果）。②把驅動板J61端子引線短接。③把主電路端子排的下排PD（+1）、P（+）兩個大端子短接。這樣，更換驅動板后進行組裝，以修復該變頻器來排除該例破壞性故障。

2 實例二:變頻器參數故障

2．1 故障現象

現場1臺主軸配置艾默生TD2000－4T0075G變頻器的數控車床出現故障:機床在加工完工件后、主軸制動減速過程中變頻器報警（故障報警代碼為E002），變頻器出現該報警后，機床主軸不能正常啟動運轉，只能通過按下變頻器操作面板的“停止/復位”按鍵或切斷機床電源再重新上電的辦法取消該報警信息后才能重新啟動主軸。該報警出現的越來越頻繁。

2．2 故障分析與處理

該故障機床在現場不到2 min就能加工完1個工件，工作過程中主軸啟動、停止頻繁。變頻器該報警是由于減速時間太短引起減速運行過電流造成的。因此，想通過調整變頻器參數以延長主軸減速時間來排除該參數故障。把“F10減速時間參數”由原來“9“調整延長為“16”后報警消失。具體方法:按“編程鍵”（PRG）1次→按“增加鍵”9次→按“功能與參數存儲鍵”（FUNC/DATA）1次→按“增加鍵”7次、把其數值由“9”增加到“16”為止→按“功能與參數存儲鍵”（FUNC/DATA）1次→按PRG“編程鍵”1次→返回原狀態、機床正常運轉。

3 實例三:相關變頻器參數故障

3．1 故障現象

現場1臺數控車床的床頭箱內1對相互嚙合的傳動齒輪斷齒，機床不能正常運轉加工現場工件。

3．2 故障分析與處理

該機床所加工工件要求工藝轉速為620 r/min，該轉速正是通過這對已經斷齒的嚙合齒輪獲得，而且這個轉速是機械換檔的最高速了，下一檔轉速是520 r/min。該機床若采用520 r/min轉速加工該工件就達不到工藝精度要求了。生產訂單工期很緊，若重新加工或市面采購該對齒輪，機床得停機等配件至少3天，生產上等不及。該機床已經改造過、且主軸配置了艾默生TD2000－4T0075G變頻器，故想通過調整變頻器參數來達到620 r/min的工藝轉速，對其“F05基本運行頻率參數”進行調整（由50調整提高到60）。具體方法:按“編程鍵”（PRG）1次→按“增加鍵”4次→按“功能與參數存儲鍵”（FUNC/DATA）1次→按“增加鍵”多次、直到把其數值由50增加到60為止→按“功能與參數存儲鍵”（FUNC/DATA）1次→ 按“編程鍵”（PRG）1次→返回原狀態。該參數修改后，通過變頻器調速使機床達到了620 r/min的工藝轉速，有效保證了生產訂單的按期完成。

4 結語

本文介紹了3例數控機床相關變頻器故障。對實例1不僅介紹故障現象、故障檢查內容，還提出了元件級、印刷電路板級兩個維修方案。對實例2不僅介紹故障現象、分析故障原因，也給出了具體排除故障方法。對實例3不僅介紹故障情況，也給出了具體排除故障方法。排除這些現場故障不僅減少了機床故障停機等配件時間，節省了機床配件加工、購買、維修等費用。

［1］黃俊，王兆安．電力電子變流技術［M］．3版．北京:機械工業出版社，1997．

［2］黃家善，王廷才．電力電子技術［M］．北京:機械工業出版社，2007．

［3］宋書中．交流調速系統［M］．北京:機械工業出版社，2001．

［4］龔仲華．數控機床故障診斷與維修500例［M］．北京:機械工業出版社，2004．

［5］廖曉鐘．電氣傳動與調速系統［M］．北京:中國電力出版社，1998．