FANUC直流伺服系统的故障诊断与维修——SCR速度控制单元的常见故障与维修

发布日期：2011-11-25    兰生客服中心    浏览：3457

        直流伺服系统一般用于20世纪80年代中期以前生产的数控机床上，这些数控机床虽然距今已经有二十多年，但由于当时数控系统的价格十分昂贵，通常只有在高、精、尖设备中才采用数控，因此，其机床的刚性、可靠性等各方面性能通常都较好，即使在今天，很多设备还是作为企业的关键设备在使用中，故直流伺服系统的维修仍然是今天数控机床维修的重要内容。 

1．SCR速度控制单元的常见故障与维修 

        SCR速度控制单元的主要故障与可能的原因，常见的有以下几种。

       (1)速度控制单元熔断器熔断  造成速度控制单元熔断器烧断的原因有下述几种：

        1)机械故障造成负载过大。如：滑动面摩擦系数太大；齿轮啮合不良；工件干涉、碰撞；机械锁紧等。以上故障可通过测量电动机电流来判断确认。

        2)切削条件不合适。如：机床切削量过大，连续重切削等。

        3)控制单元故障。如：控制单元的元器件损坏，控制板上设定端设定错误，电位器调整不当等。

        4)速度控制单元与电动机间的联接错误。如：速度负反馈被接成正反馈，使电动机飞车或使系统振荡。   

        5)电动机选用不合适或电动机不良。如：因为直流电动机的退磁，造成需要过大的励磁电流，从而引起速度控制单元熔断器烧断。

        直流电动机去磁的检查方法如图5-9所示。通过测量图5-9上的电压表和电流表指示值，并按下式计算，可以判别电动机反电势常数足Ke是否正常，从而确定电动机是否退磁。



式中  V——测量的电压值(V)：

I——测量的电流值(A)：

Rm——电枢电阻(Ω)；

n——电动机转速(r/min)

Ke——电动机反电动势系数(V/1000 r/min)。

若上式成立，则证明电动未退磁。

        不同型号的电动机，其电枢电阻和反电动势系数的值也是不相同的，对于常用的FANUC直流伺服电动机。
6)相序不正确。SCR速度控制单元由于存在晶闸管触发脉冲与主电路的同步问题，因此对电源的输入有相序的要求。若相序不正确，则接通电源后将造成速度控制单元的输入熔断器的熔断。相序检查可以通过用相序表或示波器进行，如图5-10所示。


        用相序表测量时，在主回路与同步电源R、S、T连接一一对应的前提下，测量R、S、T的相序，当相序正确时，相序表应按顺时针方向旋转(如图5-10a)。

        用示波器测量时，在主回路与同步电源R、S、T连接一一对应的前提下，双线示波器按照图5-10b连接，当UAB、UCB的波形为图5-10b所示时(两个波形在相位上相差120°)，则表明相序正确。

        注意：在直流伺服驱动系统中，相序必须一一对应，因此不可以用观察交流电动机转向的方式，来检查相序。 

(2)状态指示灯显示的报警  FANUC公司生产的SCR速度控制单元，在控制线路板上带有3个状态指示灯，它们分别为PRDY、TGLS和OVC指示灯，其含义如下：

PRDY：绿色指示灯，指示灯亮则表示速度控制单元工作正常。
TGLS：红色指示灯，指示灯亮则表示与速度控制单元连接的测速发电机报警。

OVC：红色指示灯，指示灯亮则表示速度控制单元发生过电流报警。

常见的故障现象与原因有： 

1)PRDY指示灯不亮。当系统通电后，如果表示速度控制单元的PRDY指示灯不亮，则造成故障的可能原因有：

①数控系统或伺服驱动器(速度控制单元)存在报警。故障诊断可以通过数控系统的报警显示、数控系统印制电路板上的报警指示以及机床的故障提示进行，并根据以上提示的内容与有关说明进行处理。

②速度控制单元熔断器熔断。速度控制单元的功率部分和触发电路板上，均安装有熔断器，当熔断器熔断时，PRDY指示灯不亮。
③伺服变压器过热、变压器温度检测开关动作。变压器的温度可以这样进行检查：在刚切断电源时，马上用手触摸变压器的铁心或线圈，若用手能承受得住变压器的温度(≤60℃)，则说明变压器未过热，故障原因可能是温度检测开关不良，应更换温度检测开关；若用手只能承受几秒钟，则说明变压器过热，需要断电半小时以上，待变压器冷却后再进行试验。如通电后仍过热，原因可能是负载过大或变压器不良(如变压器线圈局部短路，绝缘损坏等)。

④来自机床侧的原因。如操作、设定不当，系统处于急停状态等。

⑤系统的位置控制或驱动器速度控制的印制电路板不良。可以通过互换法或更换备件进行确认。

⑥辅助电源电压异常。即：+5V，+24V，+15V，-15V电源故障。

⑦安装、接触不良。如：速度控制单元与系统位置控制板之间的连接不良等。

⑧驱动器发生TGLS或OVC报警。按检查TGLS或OVC报警的方法处理。

2)TGLS灯亮。TGLS灯亮表示速度控制单元发生了测速发电机断线报警，其可能的原因是：

①作为速度反馈的部件(如：测速发电机或脉冲编码器)的测量信号线断线或连接不良。

②电动机的电枢线断线或连接不良。

3)  OVC灯亮。OVC灯亮表示速度控制单元发生了过电流报警，其可能的原因是：

①过电流设定不当。应检查速度控制单元上的过电流设定电位器RV3的设定是否正确。

②电动机负载过重。应改变切削条件或机械负荷，检查机械传动系统与进给系统的安装与连接。

③电动机运动有振动。应检查机械传动系统、进给系统的安装与连接是否可靠，测速机是否存在不良。

④负载惯量过大。

⑤位置环增益过高。应检查伺服系统的参数设定与调整是否正确、合理。

⑥交流输入电压过低。应检查电源电压是否满足规定的要求。

有关速度控制单元的设定与调节可以参见本章5.2.5节所述。

(3)超过速度控制范围  速度控制单元超速的原因有下述几种：

1)测速反馈连接错误，如：被接成正反馈或断线。

2)在全闭环系统中，联轴器、电动机与工作台的连接不良，造成速度检测信号不正确或无速度检测信号。

3)位置控制板发生故障，使来自F/V转速的速度反馈信号未输入到速度控制单元；

4)速度控制单元设定不当。

(4)机床振动  若坐标轴在数控机床停止时或移动过程中出现振动、爬行, 除系统本身设定、调整不当外，在驱动器上引起机床振动的原因主要有下述几种：

1)机械系统连接不良，如：联轴器损坏等。


2)脉冲编码器或测速发电机不良。对于脉冲编码器或测速发电机不良的情况，可按下述方法进行测量检查。首先，将位置环、速度环断开，手动电动机旋转，观察速度控制单元印制电路板上F/V变换器的电压(检测端子CHl2)，如果出现图5-11所示的电压突然下跌的波形，则说明反馈部件不良。

3)电动机电枢线圈不良(如：内部短路)。这种情况可以通过测量电动机的空载电流进行确认，若空载电流随转速成正比增加，则说明电动机内部有短路现象。出现本故障一般应首先清理换向器、检查电刷等环节，再进行测量确认。如果故障现象依然存在，则可能是线圈匝间有短路现象，应对电动机进行维修处理。   

4)速度控制单元不良。应首先检查速度控制单元的调整与设定，若调整与设定正确，可通过更换速度控制单元的印制电路板或进行维修处理。

5)外部干扰。对于固定不变的干扰，可检查F/V变换器(CH2检测端子)，电流检测(CHll)端子，以及同步端(CHl3A~C)的波形，检查是否存在干扰，并采取相应的措施。对于偶然性干扰，只有通过有效的屏蔽、可靠的接地等措施，尽可能予以避免。

6)系统振荡。应观察电动机电流的波形是否有振荡，引起振荡的可能原因是RVl调整不当，测速机不良，或是丝杠的间隙太大等原因。

(5)超调  当速度控制单元本身无故障时，造成系统超调的原因有下述几种：

1)伺服系统速度环增益太低或位置环增益太高。可以通过调整速度控制单元电位器RVl，提高速度环增益；或通过改变系统的机床参数，降低位置环增益进行优化。此外，还可以通过改变速度控制单元的S6、S7、S9设定等措施解决。 

2)提高伺服进给系统和机械进给系统的刚性。 

(6)单脉冲进给精度差  产生这种现象的原因有以下几种：

1)机械传动系统的间隙、死区或精度不足。应重新调整机械传动系统消除间隙，减小摩擦阻力，提高机械传动系统的灵敏度。
2)伺服系统速度环或位置环增益太低。这时可以通过调整速度控制单元的电位器RVl解决。

(7)低速爬行  在伺服进给系统元器件本身无故障时，造成低速爬行的原因有以下几种：

1.)系统不稳定，产生低速振荡。

2)机械传动系统惯量过大。对于这种情况，有时可以通过改变印制电路板上速度控制单元的S8设定(使其断开)，以及重新调整RVl解决。

(8)圆弧切削时切削面出现条纹  造成这一现象的原因有以下几种：

1)伺服系统增益设定不当。可以通过降低位置增益、提高速度环增益解决。
2)检查、确认速度控制单元的CHll端子上的电流波形，确认电流是否连续。

3)检查机械传动系统是否有连接松动、间隙等。


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