浅谈LB15数控机床伺服驱动模块的维修.pdf

经验交流 2 0 1 5 年 第4 期 第2 8 卷， 总 第1 3 8 期 机械研究 与应用 浅谈 L B 1 5数控机床伺服驱动模块的维修 代风奇 中航工业南京机 电 NE I A S ， A V I C ， 江苏 南京 2 1 1 i o 6 摘要 介绍了L B 1 5数控机床伺服驱动模块的工作原理， 以及运用互换法进行故障维修的方法。该方法能够快速准 确的判定故障点， 对于数控机床的故障的判定和维修具有一定的参考价值。 关键词 伺服原理 ； 故障判定； 故障维修 中图分类号 T G 6 5 9 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 5 0 4 0 2 0 2 0 2 M a i nt e n an c e o f Se r v o-Dr i y e n M o du l e o f LB1 5 Nume r i c a l Co nt r o l M a c hi n e To o l DAI Fe n g qi N E I A S ， A V I C ， № n g J i a n g s u 2 1 1 1 0 6 ，C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e s t h e wo r k i n g p ri n c i p l e o f L B1 5 C NC s e r v o -d r i v e n mod u l e a n d s o me f a i l u r e ma i n t e - n a n c e me t h o d s f o r t h e s e r v o d r i v e n mo d u l e wi t h t h e s wa p me t h o d ．Th i s me t h o d c a n d e t e r mi n e t h e f a u l t p o i n t s q u i c k l y a n d a c ． c u r a t e l y。a n d i t h a s s o me r e f e r e n c e v a l u e for t h e f a u l t d i a g n o s i s a n d ma i n t e n a n c e o f n u me r i c al c o n t r o l ma c h i n e t o o l s ． Ke y wo r d sS e l v o p rin c i p l e；f a u l t i d e n t i f i c a t i o n；f a i l u r e ma i n t e n a n c e O 引 言 随着我国工业 自动化程度的提高 ， 数控机床的应 用也越来越普遍。数控机床的维修也显得格外重要。 数控机床维修技术主要包括 了机械原理 、 数字控制 、 P L C控制 、 伺服驱动控制、 位置测量 等 5大领域。数 控机床常见故障可划分为以下几类 机械故障、 外围 电气故障、 伺服驱动模块故障及数控系统故障。与数 控系统相比， 由于伺服驱动模块 中大多使用大功率的 电子元器件， 故使其故障率较高。且一旦故障， 更换 的费用较高， 所以伺服驱动模块的维修也是数控机床 维修 的重点与难点 。下 面结合 L B 1 5数控车 的故 障 实例来浅谈怎样对伺服驱动模块进行维修。 l 设 备概 况 L B 1 5数控车是 日本 O K U M A公司生产的高性 能 、 高精度数控 机床。该机床配备 了 x， z， T三个伺 服驱动单元 ， 日本大畏数控 系统 ， 可 以加工各种轴类 及棒料复杂零件。该设备机械加工精度高 ， 长期承担 着各种繁重的加工任务 。由于机床缺乏伺服驱动模 块方面的资料 ， 使得维修 的难度增大。 2 故障现象 机床在加 工过程 中突然 出现故 障报警 “ S E R V O A MP X A X I S ” ， 此 报警 为 轴伺 服驱动器报警 。关 闭机床电源后重起， 伺服上电后再次出现该报警。但 是关闭电源半小时后开机 ， 机床又能成功通过 自检 ， 试加工一段时间后又再次出现相同报警。此时 ， 初步 判定为 轴的伺服驱动模块故障。通常， 可将一台 伺服驱动模块看作两部分 控制电路板和主电路。 3 伺服单元的工作原理 伺服单元的控制原理图如 1 所示。 图 1 伺服单元控制原理图 伺服单元包括控制电路 产生驱动信号 和主电 路 将三相交流电整流后， 受控制电路的驱动信号控 制 ， 再逆变 为可调的三相交流 电去拖动交 流伺服 电 机 。该系统的工作原理如下 j 数控系统发出的速 度指令信号 V C M D 给定信号 在比较器中， 与检测 元件 编码器 反馈而来的信号经过 F ／ V变换之后得 到的T S A信号 反馈信号 相与输出一个误差信号， 收稿 日期 2 0 1 5 0 6 0 5 作者简介 代凤奇 1 9 8 1 一 ， 男， 安徽阜阳人 ， 工程师， 主要从事设备管理与维修工作。 20 2 杌{9 l 研 _究 与应用 2 0 1 5 年 第4 期 第2 8 卷， 总 第1 3 8 期 经验交流 这个误差信号再经过放大之后作为转矩指令电压 ， 它 在乘法器中又分别与转子位置计算回路中输出的 s i n 和 s i n 一 2 4 0 。 相乘之后作为电流指令信号输出。 该指令又与电流反馈信号相与之后的电流误差信号 经过放大之后送到 P WM 控制回路 ， 进行 P WM脉宽 调制 ， 然后再将该脉宽调制信号经过主电路 中功率管 组成的电源回路逆变为三相交流电流来控制交流伺 服 电动机 。在此过程中， 我们只须通过加工程序任意 改变给定信号 V C MD就可 以改变伺服 电机 的运行速 度 ， 从而进行不同程度的粗 、 精加工 。 4 故障判定 机床停机半小时后再开机又能正常运行一段时 间， 根据这一现象可 以假设 轴 的驱动模块并未完 全损坏。可能是由于控制电路或者主电路中个别元 器件的老化引起的模块工作不稳定。这种情况下， 我 们一般首先检查主电路 中是否有明显 的功率管击穿 现象。针对主电路， 在静态下用万用表分别测量 轴 故障轴 主电路 中功率管的各管脚间并没有短路 击穿的现象 ， 记 录各管脚 的阻值 。与 z轴 完好 轴 阻值相同。 针对控制电路板 ， 采用了伺服驱动模块维修中常 用的互换法。就是将完好的z轴模块的控制电路板 与 轴的控制板互 换。但需要 特别注意 的是 ， 维修 伺服模块时不可盲目互换。那是因为假如控制电路 板 中六路驱动电路的任何一路故障 ， 发出的错误驱动 信号可能使主电路中的逆变电路发生直臂导通， 产生 短路烧毁功率管。为此使用在线测试仪 V I 特性曲 线对比z轴 完好轴 测试 轴的驱动厚膜电路， 驱 动电路完好 ， 可 以将 轴与 z轴控 制 电路板互 换。 将 z轴与 轴的控制板互换后 ， 开机 空运行一段时 间报警变为“ S E R V O A M P Z A X I S ” 说明故障在 x轴 的控制电路板， 而与 轴主电路无关。 5 维修过程 驱动厚膜 电路也正常的情况下是什么原 因导致 的驱 动 模 块 报 警 呢 L 2 该 驱 动 厚 膜 电 路 型 号 为 M5 7 5 9 L ， 是 日本三菱产品， 其关断 I G B T时的 V G E为 一 1 0 V。如果关断电压低于一1 0 V的话是有可能会导 致保护电路输出报警的。此时开机测量每一路的关 断电压却都是正常的。让机床空载运行一段时间后 发现 ， 控制电路板板载 的 1 5 V及 5 V的电源指示 灯闪烁 ， 机床随后报警。再次测量关断 电压为 0 V。 故此着重检测 轴控制板的直流电源部分。输静态 测量 7 9 M1 5， 7 8 M1 5 ， 7 8 M0 5三 只管子并 没 有损 坏。 随后对 比测量 了 轴与 z轴驱动控制板 中与板载直 流电源相关的器件。发现 轴控制板中经整流后并 联的两只开关管 C 2 9 2 9， C E间的阻值 比 z轴 的阻 值要小更换两只开关管后开机报警消失， 但运行一段 时间后再次出现相 同报警。再 次检测发现 轴控制 板 C 2 9 2 9后端串联的一个 电感线圈阻值只有 1 ． 4 Q， 对比z轴线圈L的阻值为7 ． 5 Q左右， 很明显存在 疑点 。更换该线圈后开机正常运行 ， 故障排除。 6 结语 伺服驱动模块是故障相对易发部件， 要求维修者 有丰富的专业知识。此次维修加深了对该种伺服单 元主电路和控制电路的理解。同时在伺服 电路修理 方面积累了一些经验 ， 为该类伺服驱动模块今后 的正 常使用进行了必要的技术储备。 参考文献 [ 1 ] 陈坚． 电力电子变换和控制技术[ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 01 1 ． [ 2 ] 沈兵． 数控机床数控系统维修技术与实例[ M] ． 北京 机械工 业出版社 ， 2 0 1 1 ． 2 03