大型伺服壓力機(jī)的典型故障分析

文/方良·瑞鵠汽車(chē)模具股份有限公司 汪軍，付業(yè)宏·安徽成飛瑞鵠汽車(chē)模具有限公司

大型伺服壓力機(jī)的典型故障分析

文/方良·瑞鵠汽車(chē)模具股份有限公司 汪軍，付業(yè)宏·安徽成飛瑞鵠汽車(chē)模具有限公司

本文主要介紹機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)生產(chǎn)線在伺服控制方面出現(xiàn)的典型故障。從而為后續(xù)設(shè)備維護(hù)提供參考性建議。

機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與原理

瑞鵠汽車(chē)模具股份有限公司合資子公司安徽成飛瑞鵠汽車(chē)模具有限公司的機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)為日本AMINO公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，采用FANUC公司數(shù)控驅(qū)動(dòng)power-mate系統(tǒng)進(jìn)行伺服控制，結(jié)合機(jī)身框架、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、安全裝置及相關(guān)附件實(shí)現(xiàn)伺服傳動(dòng)沖壓功能。伺服壓力機(jī)采用AC伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源上驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)對(duì)稱(chēng)連桿增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行角度位移，滑塊隨同增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。

典型故障現(xiàn)象的分析與處理

案列一：0430伺服電機(jī)過(guò)熱報(bào)警

故障現(xiàn)象：伺服壓力機(jī)在開(kāi)啟過(guò)程中出現(xiàn)報(bào)警，機(jī)床不能動(dòng)作；機(jī)床出現(xiàn)0430伺服電機(jī)過(guò)熱報(bào)警（“0430 servo motor overheat”）。

原因分析：該故障為偶發(fā)情況，但頻率較高。伺服電機(jī)的電氣控制部分如圖1所示。

故障排查過(guò)程：

⑴檢查伺服電機(jī)溫度，使用測(cè)溫儀檢測(cè)伺服電機(jī)溫度在34℃，并不過(guò)熱發(fā)燙，符合要求。

從上式可知，對(duì)任給的ε>0，存在t1∈Τ，使得x(t)≤x*+ε，對(duì)于t>t1都成立.因此，當(dāng)t>t1時(shí)

⑵檢查伺服電機(jī)冷卻風(fēng)扇是否損壞，檢查發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

⑶檢查溫度開(kāi)關(guān)是否損壞，用萬(wàn)用表測(cè)量溫度開(kāi)關(guān)，阻值在180Ω，判斷溫度開(kāi)關(guān)正常。

⑷檢查是否強(qiáng)電干擾，反饋線屏蔽接觸不良，通過(guò)檢查反饋線與動(dòng)力電纜隔開(kāi)，反饋電纜屏蔽層接觸牢靠。

⑸檢查電機(jī)編碼器是否損壞，通過(guò)與其他伺服電機(jī)對(duì)調(diào)，故障依然存在。

圖1 伺服電機(jī)的控制方式

⑹經(jīng)過(guò)上述步驟檢查后，懷疑是伺服系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)器控制側(cè)板出現(xiàn)故障，拆除驅(qū)動(dòng)器側(cè)板與其他正常使用機(jī)床對(duì)調(diào)，機(jī)床送電后430報(bào)警依然存在。

⑺至此，電氣方面沒(méi)有故障，懷疑是否存在機(jī)械故障導(dǎo)致伺服電機(jī)負(fù)載過(guò)大，從而使電機(jī)與減速機(jī)連接部位卡死。脫開(kāi)伺服電機(jī)聯(lián)軸器手動(dòng)可以盤(pán)動(dòng)減速機(jī)，說(shuō)明電機(jī)負(fù)載不大，連接部位未卡死。

⑻經(jīng)過(guò)上述全面故障排查后，對(duì)照伺服電機(jī)的控制方式原理圖，排查故障陷于“山重水復(fù)疑無(wú)路”的艱難階段。為此經(jīng)過(guò)大家討論分析，認(rèn)為需要從細(xì)微處進(jìn)行檢查，尤其是對(duì)于電壓信號(hào)不足導(dǎo)致的機(jī)床誤報(bào)警。圖紙上要求伺服電機(jī)編碼器的輸入電壓為DC5V，用萬(wàn)用表測(cè)量控制柜5V直流電壓正常，而測(cè)量伺服電機(jī)編碼器，電壓波動(dòng)比較明顯有時(shí)候會(huì)在DC3V。從而徹底查明機(jī)床出現(xiàn)430伺服電機(jī)過(guò)熱報(bào)警的根源。

消除故障措施：

經(jīng)過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，從壓機(jī)控制柜到伺服電機(jī)電纜的距離有50m，而依據(jù)發(fā)那科對(duì)反饋線距離不超過(guò)30m的要求，可判斷是伺服壓機(jī)反饋線電纜過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致電壓出現(xiàn)壓降，若想徹底消除故障，需要進(jìn)行改善。

為此，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，決定在電氣柜到壓機(jī)底座距離的25m處，增加一套發(fā)那科的PDM信號(hào)轉(zhuǎn)換器（圖2），安裝在壓機(jī)底座位置，將原來(lái)的反饋線在底座位置斷開(kāi)，通過(guò)PDM信號(hào)中繼（圖3），再次測(cè)量電機(jī)反饋線電壓，電壓值穩(wěn)定在DC5V。此后，故障再未發(fā)生。

案列二：滑塊回程到上死點(diǎn)有異響

原因分析：將回程位置設(shè)定在1000mm時(shí)，滑塊停止時(shí)存在嚴(yán)重異響，而將回程位置設(shè)定在800mm時(shí)，滑塊無(wú)響聲，但是蓄能器補(bǔ)壓頻繁，將平衡蓄能器油壓卸壓，發(fā)現(xiàn)左邊有一個(gè)蓄能器氣囊無(wú)氣壓，蓄能器采用HYDAC(賀德克)知名品牌產(chǎn)品，拆開(kāi)氣囊發(fā)現(xiàn)是氣囊破損導(dǎo)致的，重新更換氣囊，并補(bǔ)充氮?dú)?。使用半年后又出現(xiàn)此類(lèi)故障，且每次損壞的都是同一臺(tái)2000t機(jī)床，對(duì)生產(chǎn)造成極大影響。

圖2 增加PDM信號(hào)轉(zhuǎn)換器

圖3 反饋線斷開(kāi)通過(guò)轉(zhuǎn)換器中繼

為了徹底查明原因，減少對(duì)生產(chǎn)的停機(jī)影響，尤其是重復(fù)故障更換新備件均不能徹底消除影響，為此我們成立技術(shù)公關(guān)，密切關(guān)注該機(jī)床在操作使用過(guò)程中是否存在不合理現(xiàn)象。通過(guò)日常巡檢多次觀察，操作者在操作使用時(shí)，由于受之前機(jī)械壓力機(jī)平衡器氣壓調(diào)整的影響，在設(shè)定上模重量時(shí)，習(xí)慣一次性設(shè)定為25t的最大值，然后在使用各類(lèi)模具時(shí)對(duì)上模重量并不依據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。而按照?qǐng)D4分析，上模設(shè)定重量越大，則蓄能器加載壓力越大。當(dāng)設(shè)定上模達(dá)到25t時(shí)，到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)蓄能器壓力為24MPa，而此時(shí)運(yùn)行到下死點(diǎn)時(shí)壓力將會(huì)達(dá)到32MPa。查閱說(shuō)明書(shū)發(fā)現(xiàn)該蓄能器最大壓力為33MPa。此情況下若長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷使用，將會(huì)大大降低氣囊使用壽命，從而導(dǎo)致氣囊頻繁破裂失效。

圖4 蓄能器液壓原理圖

為此，結(jié)合公司實(shí)際生產(chǎn)需求，一方面通過(guò)培訓(xùn)操作員工依據(jù)不同模具來(lái)進(jìn)行上模重量設(shè)定的同時(shí)，設(shè)備方面需要進(jìn)行自我保護(hù)措施，通過(guò)分析液壓原理圖，為了降低蓄能器最高壓力，重新標(biāo)定溢流閥壓力，將原來(lái)壓力25MPa標(biāo)定為22MPa后，目前使用一年時(shí)間未出現(xiàn)氣囊破損的故障。

案例三：伺服壓機(jī)原點(diǎn)丟失

故障描述：設(shè)備異常斷電，導(dǎo)致伺服壓力機(jī)原點(diǎn)丟失。

原因分析：按照設(shè)備廠家的設(shè)計(jì)值，滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，主螺桿顯示值為10mm，滑塊在上死點(diǎn)時(shí)，主螺桿顯示值為1285mm，A=設(shè)計(jì)值－實(shí)測(cè)值＋10mm（設(shè)計(jì)值為2.59mm）；實(shí)測(cè)值為滑塊開(kāi)到下死點(diǎn)，用內(nèi)徑百分表檢測(cè)到螺桿硬擋塊距離。

圖5 No.檢索的地方

圖6 APC、APZ處數(shù)值顯示

圖7 在APZ處輸入“0”，在APC處輸入“1”

圖8 APC自動(dòng)恢復(fù)為“0”

原點(diǎn)恢復(fù)方法：

與數(shù)控機(jī)床采取的FANUC系統(tǒng)原點(diǎn)恢復(fù)方法比較類(lèi)似，輸入1815到No.檢索的地方（圖5）用鼠標(biāo)左鍵單擊1，出現(xiàn)APZ、APC初始設(shè)定值，如圖6所示，在APZ的“*”處輸入“0”，在APC的“*”處輸入“1”，如圖7所示。

輸入結(jié)束的時(shí)候，需關(guān)閉與重啟電源。（這個(gè)時(shí)候會(huì)有一次power mate“PM”電源OFF），確認(rèn)NO.1240位置值會(huì)顯示出來(lái)，同時(shí)滑塊上下運(yùn)動(dòng)100mm，確認(rèn)基準(zhǔn)位置。若原點(diǎn)位置查找到后，觀察1815參數(shù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)APC自動(dòng)恢復(fù)為“0”，此時(shí)原點(diǎn)標(biāo)定成功，如圖8所示。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的維修人員而言，隨著伺服壓力機(jī)越來(lái)越多的應(yīng)用，設(shè)備維護(hù)變成了一個(gè)全新的課題，需要加強(qiáng)新技能、新知識(shí)的涉獵與深入研究。一方面要加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及規(guī)范操作，另一方面要通過(guò)結(jié)合伺服系統(tǒng)的一些參數(shù)調(diào)整伺服應(yīng)用，同時(shí)還要敢于創(chuàng)新維修方法，這樣才能做好伺服壓力機(jī)的保駕護(hù)航。