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供电电源引起数控机床故障的实例分析

宗灵宝　潘曙明　杨越
【摘 要】数控机床是机电一体化的产物，技术先进、结构复杂。按照功能结构分为机械部分和电气部分，其中电气部分包括电源、数控系统、伺服系统、检测系统和一些电缆、接头、开关等。其故障也是多种多样、各不相同，故障原因一般都比较复杂，这就给数控机床的故障诊断和维修带来不少困难。
【关键词】供电电源；数控机床；故障维修
1 电源故障
电源是整个机床正常工作的能量来源，我们常用的数控和伺服系统，如西门子系统、海德汉系统等是由德国等西方国家设计制造的，由于他们国家的电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。轻者会造成数据丢失、系统死机，重者会毁坏系统局部甚至全部。
例如一台德国产DMU60P加工中心在加工时由于厂房改造，旁边有一台大功率焊机突然开始焊接，造成该设备死机，重启后系统提示“硬盘系统文件丢失”，系统无法正常启动，只好更换硬盘并重新安装系统。
又如一台进口数控车床（西门子810D系统），开机后出现报警“NC/PLC无法连接”，经检查，系统NCU单元指示灯和数码管均没有显示，而与之供电的电源模块输入电压用万用表测量正常，打开电源模块后发现，模块内部主接触器常闭的辅助触点烧黑，接触电阻过大，达到100多kΩ，造成上电后内部5V和24V电源电路无法启动，无法给NCU单元供电，更换此接触器后，系统启动恢复正常，分析其原因，可能是在开关机时，电网电压冲击过大造成的。
为了避免上述案例的发生，我们在给数控机床供电时应尽量做到以下几点：（1）提供独立的配电箱而不与其他设备串用；（2）在资金允许的情况下，应尽量配备三相交流稳压装置；（3）电源始端有良好的接地；（4）进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开；（5）电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。我们在设计数控机床的供电系统时应尽量做到。
2 电气维修与故障排除实例
1）故障现象：某配套FANUC 6M的立式加工中心，由工厂自发电供电，工件加工过程中，系统突然断电，显示消失，机床停机后无法重新起动机床。
分析及处理过程：经检查，该机床电源输入单元的电源指示（PIL）与报警（ALM）灯同时亮，表明电源模块存在故障。检查电源模块输入熔断器F11、F12正常。对照原理图检查各元器件，发现VSll、NFll、DSll、Q14、Q15、D24、D25均正常，电源模块一次侧无短路，判定故障发生在开关电源的二次侧。为了迅速判断故障部位，维修时依次取下短接设定端S1、S2、S4、S5，当取下S5后，故障消失，由此判定故障发生在DC24V电源回路。进一步检查发现，线路中的DC24V电流检测电阻R26不良，引起了24V过电流保护回路动作。更换R26后，机床恢复正常。
2）故障现象：某配套FANUC 6M的立式加工中心，开机时发现系统电源无法正常接通。
分析及处理过程：经检查，输入单元PIL灯与ALM灯均亮，引起故障的原因可能是来自CPl-5/6的+24V/±15V/+5V电源模块报警。当CPl-5/6接通后，由于中间继电器AL的吸合，使RY1互锁，RYl无法吸合。为了确认，维修时暂时断开了CPl-5、6间的连接，再次进行试验，ALM灯灭，CNC可以起动（CRT上显示报警），证明了故障原因。通过对电源单元进行必要的维修处理（有关电源单元的维修，参见本节后述），排除电源模块故障后，机床恢复正常。
3）故障现象：一台配套FANUC 6ME的立式加工中心，在机床加工时，出现快速运动过程中发生碰撞，引起机床的突然停机，再次开机后，系统显示ALM401，伺服驱动器主回路无法接通。
分析及处理过程：FANUC 6M系统出现ALM401报警的含义是伺服驱动器的“VRDY”信号断开，即：驱动器未准备好。根据伺服驱动系统的故障分析方法，检查3轴驱动器的主回路电源输入，发现只有V相有电压输入。逐级测量主回路电源，最终发现输入单元的伺服主回路熔断器F4、F6熔断，在确认驱动器无损坏的前提下，换上F4、F6后，机床恢复正常工作。
4）故障现象：一台配置SIEMENS 6M系统的进口立式加工中心，在用户使用时，发现电源无法正常接通。
分析及处理过程：机床型号及系统规格同例11，经分析检查，确认故障原因为PLC引起的互锁。在本例中，检查PLC输出，确认PLC的互锁信号无输出。对照PLC程序与机床电气原理图，逐一检查PLC程序中的逻辑条件，发现可能引起PLC互锁的条件均已满足，且PLC已正常运行，输出模块上的公共24V电源正常，排除了以上可能的原因。为了确认故障部位，维修时取下PLC输出模块进行检查，经仔细检查，发现故障的原因是模块地址设定错误引起的。对于SIEMENS S5-130WB的输入、输出模块，需要通过设定端进行模块地址设定。在本机床上，用户在机床出现其他故障时，曾调换过PLC的输出模块，但在调换时，未考虑到改变模块的地址设定，从而引起上述报警，恢复地址设定后，故障排除，机床可以正常起动。
维修体会与维修要点：
（1）在FANUC系统中，电源单元故障的原因多发生在电网供电不良的地区。由于加工过程中的外部突然断电或在工厂自发电供电的情况下工作，是引起电源单元故障的主要原因。
（2）在一般情况下，电源单元的故障以进线的浪涌吸收器（VSll）的故障居多。当VSll故障，但维修现场无器件时，为了保证机床的正常生产，通常的做法是暂时取消VSll，确保机床的使用，待备件到位后，再予以更换。
（3）在电网电压波动太大（特别是自发电的场合），偶然也有整流桥、开关管、续流管损坏的情况。对于以上器件，在无备件时，一般可以直接利用其他同规格的整流桥、开关管、续流管进行替代。在安装尺寸不同时，有时也可以将整流桥安装到电源单元的外部。
（4）FANUC不同的系统中，电源模块的型号有所不同，常见的电源单元有如下规格：
①FANUC l0系统用电源单元：A16B-1210-0510；
②FANUC ll系统用电源单元：A16B-1210-0560；
③FANUC l2系统用电源单元：A20B-1000-0770；
④FANUC 0系统用电源单元A：A16B-1211-0850
⑤FANUC 0系统用电源单元B：A16B-1212-0110：
⑥FANUC 0系统用电源单元AI：A16B-1212-0100（常用）。
（5）FANUC6/11等系统电源控制，由于采用了“输入单元”进行电源通/断控制，因此，其控制线路比直接电源加入型系统要复杂。通过测绘输入单元的电气原理图，再对照原理图进行维修是最有效、最可靠的方法。
（6）在某些机床上，由于机床互锁的需要，使用了外部电源切断信号，这时应根据机床电气原理图，综合分析故障原因，排除外部电源切断的因素，才能起动。
以上是数控机床在使用中会经常遇见的几类故障，在实际的故障诊断与维修中，还应该具体情况具体对待，根据故障发生时机床的状态、操作方式进项调查与分析，多和操作者进行交流，从中找出故障点，排除故障。

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