供電電源引起數控機床故障的實例分析

宗靈寶　潘曙明　楊越

【摘 要】數控機床是機電一體化的產物，技術先進、結構復雜。按照功能結構分為機械部分和電氣部分，其中電氣部分包括電源、數控系統、伺服系統、檢測系統和一些電纜、接頭、開關等。其故障也是多種多樣、各不相同，故障原因一般都比較復雜，這就給數控機床的故障診斷和維修帶來不少困難。

【關鍵詞】供電電源；數控機床；故障維修

1 電源故障

電源是整個機床正常工作的能量來源，我們常用的數控和伺服系統，如西門子系統、海德漢系統等是由德國等西方國家設計制造的，由于他們國家的電力充足，電網質量高，因此其電氣系統的電源設計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網來說就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現由電源而引起的故障。輕者會造成數據丟失、系統死機，重者會毀壞系統局部甚至全部。

例如一臺德國產DMU60P加工中心在加工時由于廠房改造，旁邊有一臺大功率焊機突然開始焊接，造成該設備死機，重啟后系統提示“硬盤系統文件丟失”，系統無法正常啟動，只好更換硬盤并重新安裝系統。

又如一臺進口數控車床（西門子810D系統），開機后出現報警“NC/PLC無法連接”，經檢查，系統NCU單元指示燈和數碼管均沒有顯示，而與之供電的電源模塊輸入電壓用萬用表測量正常，打開電源模塊后發現，模塊內部主接觸器常閉的輔助觸點燒黑，接觸電阻過大，達到100多kΩ，造成上電后內部5V和24V電源電路無法啟動，無法給NCU單元供電，更換此接觸器后，系統啟動恢復正常，分析其原因，可能是在開關機時，電網電壓沖擊過大造成的。

為了避免上述案例的發生，我們在給數控機床供電時應盡量做到以下幾點：（1）提供獨立的配電箱而不與其他設備串用；（2）在資金允許的情況下，應盡量配備三相交流穩壓裝置；（3）電源始端有良好的接地；（4）進入數控機床的三相電源應采用三相五線制，中線（N）與接地（PE）嚴格分開；（5）電柜內電器件的布局和交、直流電線的敷設要相互隔離。我們在設計數控機床的供電系統時應盡量做到。

2 電氣維修與故障排除實例

1）故障現象：某配套FANUC 6M的立式加工中心，由工廠自發電供電，工件加工過程中，系統突然斷電，顯示消失，機床停機后無法重新起動機床。

分析及處理過程：經檢查，該機床電源輸入單元的電源指示（PIL）與報警（ALM）燈同時亮，表明電源模塊存在故障。檢查電源模塊輸入熔斷器F11、F12正常。對照原理圖檢查各元器件，發現VSll、NFll、DSll、Q14、Q15、D24、D25均正常，電源模塊一次側無短路，判定故障發生在開關電源的二次側。為了迅速判斷故障部位，維修時依次取下短接設定端S1、S2、S4、S5，當取下S5后，故障消失，由此判定故障發生在DC24V電源回路。進一步檢查發現，線路中的DC24V電流檢測電阻R26不良，引起了24V過電流保護回路動作。更換R26后，機床恢復正常。

2）故障現象：某配套FANUC 6M的立式加工中心，開機時發現系統電源無法正常接通。

分析及處理過程：經檢查，輸入單元PIL燈與ALM燈均亮，引起故障的原因可能是來自CPl-5/6的+24V/±15V/+5V電源模塊報警。當CPl-5/6接通后，由于中間繼電器AL的吸合，使RY1互鎖，RYl無法吸合。為了確認，維修時暫時斷開了CPl-5、6間的連接，再次進行試驗，ALM燈滅，CNC可以起動（CRT上顯示報警），證明了故障原因。通過對電源單元進行必要的維修處理（有關電源單元的維修，參見本節后述），排除電源模塊故障后，機床恢復正常。

3）故障現象：一臺配套FANUC 6ME的立式加工中心，在機床加工時，出現快速運動過程中發生碰撞，引起機床的突然停機，再次開機后，系統顯示ALM401，伺服驅動器主回路無法接通。

分析及處理過程：FANUC 6M系統出現ALM401報警的含義是伺服驅動器的“VRDY”信號斷開，即：驅動器未準備好。根據伺服驅動系統的故障分析方法，檢查3軸驅動器的主回路電源輸入，發現只有V相有電壓輸入。逐級測量主回路電源，最終發現輸入單元的伺服主回路熔斷器F4、F6熔斷，在確認驅動器無損壞的前提下，換上F4、F6后，機床恢復正常工作。

4）故障現象：一臺配置SIEMENS 6M系統的進口立式加工中心，在用戶使用時，發現電源無法正常接通。

分析及處理過程：機床型號及系統規格同例11，經分析檢查，確認故障原因為PLC引起的互鎖。在本例中，檢查PLC輸出，確認PLC的互鎖信號無輸出。對照PLC程序與機床電氣原理圖，逐一檢查PLC程序中的邏輯條件，發現可能引起PLC互鎖的條件均已滿足，且PLC已正常運行，輸出模塊上的公共24V電源正常，排除了以上可能的原因。為了確認故障部位，維修時取下PLC輸出模塊進行檢查，經仔細檢查，發現故障的原因是模塊地址設定錯誤引起的。對于SIEMENS S5-130WB的輸入、輸出模塊，需要通過設定端進行模塊地址設定。在本機床上，用戶在機床出現其他故障時，曾調換過PLC的輸出模塊，但在調換時，未考慮到改變模塊的地址設定，從而引起上述報警，恢復地址設定后，故障排除，機床可以正常起動。

維修體會與維修要點：

（1）在FANUC系統中，電源單元故障的原因多發生在電網供電不良的地區。由于加工過程中的外部突然斷電或在工廠自發電供電的情況下工作，是引起電源單元故障的主要原因。

（2）在一般情況下，電源單元的故障以進線的浪涌吸收器（VSll）的故障居多。當VSll故障，但維修現場無器件時，為了保證機床的正常生產，通常的做法是暫時取消VSll，確保機床的使用，待備件到位后，再予以更換。

（3）在電網電壓波動太大（特別是自發電的場合），偶然也有整流橋、開關管、續流管損壞的情況。對于以上器件，在無備件時，一般可以直接利用其他同規格的整流橋、開關管、續流管進行替代。在安裝尺寸不同時，有時也可以將整流橋安裝到電源單元的外部。

（4）FANUC不同的系統中，電源模塊的型號有所不同，常見的電源單元有如下規格：

①FANUC l0系統用電源單元：A16B-1210-0510；

②FANUC ll系統用電源單元：A16B-1210-0560；

③FANUC l2系統用電源單元：A20B-1000-0770；

④FANUC 0系統用電源單元A：A16B-1211-0850

⑤FANUC 0系統用電源單元B：A16B-1212-0110：

⑥FANUC 0系統用電源單元AI：A16B-1212-0100（常用）。

（5）FANUC6/11等系統電源控制，由于采用了“輸入單元”進行電源通/斷控制，因此，其控制線路比直接電源加入型系統要復雜。通過測繪輸入單元的電氣原理圖，再對照原理圖進行維修是最有效、最可靠的方法。

（6）在某些機床上，由于機床互鎖的需要，使用了外部電源切斷信號，這時應根據機床電氣原理圖，綜合分析故障原因，排除外部電源切斷的因素，才能起動。

以上是數控機床在使用中會經常遇見的幾類故障，在實際的故障診斷與維修中，還應該具體情況具體對待，根據故障發生時機床的狀態、操作方式進項調查與分析，多和操作者進行交流，從中找出故障點，排除故障。