數控車床伺服準備信號異常故障診斷與維修

趙 飛

（1.無錫職業技術學院 機械技術學院，無錫 214121；2.江蘇大學 流體機械工程技術研究中心，鎮江 212013）

0 引言

隨著社會經濟的發展和科技水平的提升，數控機床得到了越來越廣泛的使用，極大地提升了機械加工精度和自動化生產水平。數控機床作為復雜的機電一體化設備，在發生故障時如何快速維修對維持企業正常生產顯得非常重要[1,2]。本文對CK6140數控車床伺服系統的一個典型故障的維修實例進行了分析。CK6140數控車床采用FANUC-0iTC數控系統，使用兩臺βiSV-20伺服放大器分別控制X、Z軸伺服電機，使用一臺三菱S500變頻器控制主軸正反轉及轉速。

1 故障現象

機床啟動后，數控系統啟動后提示報警，如圖1所示。401報警信號表明伺服準備信號異常，導致數控機床不能正常工作[3]。

2 故障分析

401報警意味著伺服放大器沒有正常啟動。圖2為FANUC-0iTC數控系統連接框圖。

由圖2及FANUC技術手冊和文獻[4～8]可知，伺服放大器的正常啟動需要三個前提條件：

1）24V控制電源接入及急停按鈕觸點閉合；

2）MCC端子輸出控制信號控制接觸器接入動力電源；

3）X、Z軸伺服放大器間通信及電源線連接正常。

圖1 伺服準備信號異常報警畫面

圖2 FANUC-0iTC數控系統連接框圖

按先易后難的順序，分析故障可能原因包括：機械故障、系統故障和電氣故障，故障分析的流程如圖3所示。

圖3 伺服準備信號異常故障分析流程圖

由圖3可知，首先查找機械故障，檢查急停按鈕機構是否異常，檢查方法是：重復按下和旋開急停旋鈕，若存在故障則更換急停按鈕。

若無機械故障，查找系統故障，檢查方法是：打開PMC梯形圖，按下、松開急停按鈕，查看X8.4觸點狀態有無變化，若無變化，檢查系統梯形圖邏輯關系。

若無系統故障，查找電氣故障，檢查方法是：根據電氣原理圖，分析電氣線路連接及電氣元件功能是否正常。

若存在故障對電氣故障點進行維修。

3 故障診斷

依據故障分析流程，首先查找機械故障。重復按下和旋開急停旋鈕，檢查急停按鈕的機械結構是否正常，經檢查急停按鈕機械結構正常，無機械故障。

接著查找系統故障。依照電氣原理圖[4]，在系統PMC梯形圖中搜索與急停按鈕相對應的X8.4觸點，通過改變急停按鈕狀態，觀察PMC梯形圖中X8.4觸點的狀態變化，來驗證急停按鈕的狀態能否被PMC正確讀取。具體操作如下：當急停按鈕松開時，按SYSTEM鍵→選PMC→選PMCLAD→選SRCH→輸入X8.4→按下搜索鍵，發現X8.4觸點得電；按下急停按鈕后，X8.4觸點失電、G8.4線圈失電；因此急停按鈕的狀態能被PMC正確讀取，無系統故障。

圖4 伺服放大器外圍電氣接線圖

圖4為伺服放大器外圍電氣接線圖。依據伺服系統啟動電氣動作過程，伺服系統啟動電氣動作流程如下：24V控制電源接入→急停按鈕觸點閉合→X軸伺服放大器MCC輸出端子導通→接觸器KM2線圈得電→220V動力電源接入，X軸伺服放大器啟動→X軸伺服放大器與Z軸伺服放大器連接線正常→Z軸伺服放大器啟動→伺服系統啟動完成。

按照伺服系統啟動電氣動作流程，逐步查找電氣故障。

首先檢查24V直流控制電源：啟動系統后，通過觀察，X軸和Z軸伺服放大器風扇均在正常工作，而風扇的供電來自直流24V控制電源，因此伺服放大器24V直流控制電源接入正常。同時確認此時急停按鈕位于松開狀態，其內部觸點此時為閉合狀態；接著根據X軸伺服放大器MCC端子電氣接線圖，檢查X軸伺服放大器MCC端子外部電路是否正常。

加載在MCC端子處的電壓來源于變壓器TC1的輸出端102、103；經空氣開關QF3、接觸器KM1的兩對主觸點、KM2線圈后最終匯聚到MCC端子CX29-1和CX29-3；關閉電源開關后，按照此電氣接線圖逐步檢查電路將萬用表撥至蜂鳴檔，首先測量KM1上端子108、109間線路連接情況，按下接觸器KM1上的按鈕，此時萬用表發出蜂鳴聲，萬用表上顯示的阻值很小，表明端子108、109間線路連接正常；隨后測量KM1上108端子到KM2上108端子的連接情況，此時萬用表發出蜂鳴聲，表明線路連接正常；接著測量KM1上108端子到KM2上110端子的連接情況，此時萬用表無讀數，表明線路斷路，該段線路存在故障；進一步檢測KM2上108端子到KM2上110端子的連接情況，此時萬用表無讀數，表明KM2線圈斷路。

因此故障原因為接觸器KM2內部線圈發生斷路，導致KM2主觸點無法吸合，伺服放大器無法接入三相交流電源。

4 故障排除

依據故障原因，更換接觸器KM2，并重新連接好相關線路后，使用萬用表再次測量KM2線圈接線端108與110間的阻值，萬用表讀數為0.525千歐，讀數正常。打開電源開關，重新啟動系統，系統啟動后，無報警提示。

在手輪方式下：選定X軸，搖動手輪；X軸進給正常；選定Z軸，搖動手輪；Z軸進給正常，說明故障已排除。

5 結束語

1）數控機床伺服準備信號異常故障出現后，往往需要從機械、系統、電氣等三個方面考慮故障產生的可能原因，同時應本著先易后難的順序進行故障排查。

2）應結合FANUC維修手冊及機床電氣原理圖，深入理解FANUC伺服系統工作原理，列出故障排除流程，逐一排查故障可能原因，最終排除故障。