例1.外部200V短路引起的故障维修
故障现象:某配套FANUC 6M的立式加工中心,在长期停用后首次开机,出现电源无法接通的故障。
分析及处理过程:对照以上原理图4-1,经测量电源输入单元TPl,输入U/V/W为200V正常,但检查U1、V1端无AC200V。由图4-1可见,其故障原因应为F1、F2熔断,经测量确认F1、F2已经熔断。进一步检查发现,输入单元的TP3上200A/200B间存在短路。为了区分故障部位,取下TP3上的200A、200B连线,进行再次测量,确认故障在输入单元的外部。检查线路发现200A、200B电缆绝缘破损。在更换电缆、熔断器F1、F2,排除短路故障后,机床恢复正常。
例3.“电源断开”信号引起的故障维修
故障现象:某配套FANUCllM的立式加工中心(自立型电柜),在车间进行日常维护后,系统电源无法接通。
分析及处理过程:经检查该机床电源输入单元的熔断器Fl~F6均正常;输入电源正确;发光二极管PIL正常发光,图4-2中的E/O端DC24V正常。但按下S1按钮,LCl/LC2均不吸合。对照图4-3进行线路测量、检查,发现电柜门互锁开关(触点DOORl/DOOR2)开路。进一步检查发现,电柜门开关中有一个开关损坏,经更换后,机床恢复正常。
类似故障: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:对照原理图4-3,经上例同样检查,发现该机床输入单元的COM与EOF间开路。对照机床电气原理图检查发现,该机床在COM与EOF间加入了主轴驱动器报警触点,由于此触点断开,引起了系统电源无法加入。在排除主轴单元故障后,机床恢复正常。
例4.ON/OFF信号不良引起的故障维修
故障现象:某配套FANUC llM的卧式加工中心,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,输入单元的发光二极管PIL灯亮,但LCl/LC2未吸合。对照原理图4-3,测量发现图中MDI/CRT单元上的电源切断OFF按钮S2触点断开。进一步检查发现系统的OFF按钮(S2)连接脱落,重新接线后,机床恢复正常。
类似故障:某配套FANUC llM的卧式加工中心,开机时系统电源无法正常接通。
分析及处理过程:经检查输入单元中的发光二极管PIL灯亮,但按下MDI/CRT上的ON按钮(S1),LCl/LC2不吸合。对照原理图4-3,经测量发现0V与COM间、门互锁触点、AL触点均可靠闭合,+24V电源正常,但按下S1仍无法接通系统电源。由此初步判断其故障是由按钮S1故障或连接不良引起的。
维修时通过短接线,瞬间对EON-COM端进行了短接试验,CNC电源即接通。由此证明,故障原因在S1或S1的连接上。进一步检查发现,故障原因是S1损坏,经更换后,机床即恢复正常。
例5.电源模块故障引起的故障维修
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,由原理图4-3可知,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。
例7.电源缺相引起的故障维修
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(详见本书第5章),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。
例9.PLC未运行引起的故障维修
故障现象:一台配置SIEMENS 6M系统的进口立式加工中心,机床到厂后第一次开机,发现系统的电源无法正常接通。
分析及处理过程:系统同上例,根据输入单元的原理图分析测量,确认故障原因为输入单元的ON/OFF控制电路的外部触点COM-EOF开路。对照机床电气控制原理图分析、检查,发现COM-EOF触点闭合条件中包括了PLC (S5-130WB)的输出信号,作为系统起动的互锁条件,由于此信号无输出,引起了触点的断开。
进一步检查PLC,发现该PLC中的运行开关在出厂时被置于“STOP”位,整个PLC未正常运行,根据PLC的说明,通过以下步骤重新启动PLC:
1)按住PLC的“Restart”键并保持,将PLC的运行开关拨至“RUN”位,PLC的“RUN”、 “STOP”灯同时亮;
2)在不松开“Restart”键的前提下,等待PLC的指示灯“RUN”灭,“STOP”亮;
3)松开“Restart”键,再次将PLC的运行开关拨至“STOP”,然后再拨至“RUN”:
4)PLC的“RUN”、“STOP”再次同时亮,等待数秒后,再次变成只有“STOP”亮:
5)第三次将PLC运行开关拨至“STOP”,然后再拨至“RUN”:
6)PLC的“RUN”、“STOP”第三次同时亮,等待数秒后,PLC上的“STOP”灯灭,“RUN”灯亮,PLC完成重新启动过程。
通过以上操作,PLC开始运行,互锁触点开始闭合,开机后,机床可以正常工作。
例10.PLC互锁引起的故障维修
故障现象:一台配置SIEMENS 6M系统的进口立式加工中心,机床在程序试运行过程中,突然停机,再次开机时发现系统电源无法正常接通。
分析及处理过程:机床型号及系统规格同上例,经与上例同样的分析,确认故障是由于PLC输出互锁引起的。检查PLC工作正常,但操纵台上的“急停”指示灯不停地闪烁,表明机床进入了“急停”状态。进一步检查随机提供的PLC程序,发现“急停”指示灯不停闪烁的原因是由于工作台的超极限引起的。
在关机状态下,通过手摇X轴滚珠丝杠(机床上本身设计了紧急退出的手动装置),X轴退出限位后,重新起动机床,故障排除,机床恢复正常工作。
例11.24V保护引起的故障维修
故障现象:一台配置SIEMENS 6M系统的进口立式加工中心,在夹具调试过程中突然停机,再次开机时,电源无法正常接通。
分析及处理过程:机床型号及系统规格上例,经过与上例同样的分析检查,确认故障原因是由于PLC的互锁触点动作引起的。在本例中,检查PLC处于正常运行状态;机床工作台未超程;但PLC互锁输出的中间继电器未吸合。进一步检查发现,PLC上的DC24V/2A输出模块中的全部输出指示灯均不亮,但其他输出模块(DC24V/0.5A)上的全部指示灯正常亮,由此判定故障原因是S5-130WB的DC24V/2A公共回路故障引起的。检查该模块的全部输出信号的公共外部电源DC24V为“0”,24V断路器跳闸。
进一步测量发现,夹具上的24V连接线碰机床外壳,导致了断路器的跳闸重新处理后,合上DC24V断路器,机床恢复正常工作。
例12.PLC地址错误引起的故障维修
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)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。
2)由于输入单元的控制电压种类较多,在进行测量维修处理,特别是作“短接”试验时,必须十分谨慎,防止损坏控制元器件。
3)根据个人的维修经验,FANUC 6/11等系统的电源输入单元的元器件,除熔断器外,其他元器件损坏的几率非常小,维修时切勿轻易更换元器件。
4)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。
例13.浪涌吸收器不良引起的故障维修
故障现象:某配套FANUC 0MC的立式加工中心,在外部突然断电后再开机时,出现系统电源无法正常接通的故障。
分析及处理过程:经检查,该机床的系统采用了输入单元集成式FANUC AI电源单元(A16B-1211-0100),其外形以及与外部的连接如图4-4所示。
AI电源单元是FANUC公司生产的输入单元与电源集成一体的电源控制单元,它既具有普通FANUC系统电源单元(如:FANUC电源单元A、电源单元B、B2)的功能,又具有前述的FANUC输入单元的系统电源通/断控制功能。这种模块体积小,使用方便,可靠性好,因此在数控机床上使用较多。
FANUC AI电源单元的输入/输出连接如下:
CPl:AC200V(220V/230V/240V)电源输入;
CP2:与系统电源ON/OFF同步的AC200V(220V/230V/240V)电源输出:
CP3:电源单元的控制信号输入,包括:系统电源ON/OFF开关触点输入(ON 、OFF、COM);外部报警信号触点输入(AL、OFF);电源单元报警输出(FA、FB);
CPl2:向主板提供的+5V、+15V、-15V、+24V、+24VE电源输出;
CPl5:向CRT提供的+24V电源输出。
模块正面有PIL(绿)与ALM(红)两只指示灯,指示灯状态的含义如下:
PIL(绿):电源指示灯。当外部AC电源加入,且内部输入单元的DC24V辅助控制电源电压正常时,指示灯亮。
ALM(红):报警指示灯。灯亮时表明电源单元内部存在故障或外部报警信号(AL、OFF)触点闭合。
FANUC AI电源单元的系统、伺服电源接通/断开控制部分的原理如图4-5、图4-6所示。
由图4-5可见,外部电源经输入端子CPl的R、S端加入,经熔断器P11、F12(7.5A),浪涌电压吸收器VSll、继电器触点RY3、RY4,控制AC200V。这一AC200V电压,经CP2上的200R、200S端输出到模块外部,使外部获得与电源单元同步接通/断开的200V控制电压。在通常情况下,CP2上的AC200V输出电压用来接通伺服驱动的主接触器MCC,从而实现伺服驱动器和系统的同步通/断控制。
在电源单元内部,200V(200R、200S)控制电压又经电源滤波器NFl、二极管整流桥DSl、滤波电容C12、C13产生开关电源的直流母线电压(V+/V-)。
输入单元内部的DC24V辅助控制电压、开关主电源的DCl5V控制电压,由单独的集成开关电源控制模块M11进行控制。M11的开关信号经变压器T1输出,通过D1整流、C2滤波以及ZDl、Q1组成稳压环节,在A24上获得DC24V的输入单元辅助控制电压。当DC24V电源正常后,发光二极管PIL正常发光。同时,24V辅助控制电压又经过熔断器P1(0.3A)、浪涌电压吸收器VSl以及ZD2、Q3
例14.主接触器短路引起的故障维修
故障现象:某配套FANUC 0MC的数控铣床,在加工过程中突然断电,再开机时,系统电源无法正常接通。
分析及处理过程:经检查,图4-5中的熔断器F11、F12已熔断:通过测量,R、S间无短路,证明浪涌电压吸收器VSll以及辅助电源控制模块M11无故障。但200R、200S间存在短路现象,表明故障是由于NFl、DSl或外部200R、200S间的短路引起的。
为了判别短路部位是在电源单元内部或外部,当时拔下了插头CP2,断开了200R、200S与外部的连接。通过检查发现短路消失,确认AC200V短路是由于外部200R、200S短路引起的。进一步检查200R、200S上的各元器件,最终找到故障原因是由伺服主接触器发生短路引起的,更换接触器及F11、F12后,故障排除,机床恢复正常。
例15.整流桥不良引起的故障维修
故障现象:某配套FANUC 0M的数控铣床,在加工过程中,车间突然断电,恢复供电后开机,系统电源无法正常接通。
分析及处理过程:分析过程同前例,经检查,图4-5中的熔断器F11、F12已熔断;通过测量,R、S间无短路,证明浪涌电压吸收器VSll以及辅助电源控制模块M11无故障。
拔下了电源模块的插头CP2测量,在本例中短路现象未消失,则确认AC200V短路原因在电源单元内部。
进一步检查发现,二极管整流桥DSll短路,由于当时无FANUC备件DSll,为了保证机床的正常生产,维修时直接利用了同规格的二极管整流桥进行取代,经过重新安装,并更换F11、F12后,机床故障排除。
例17.外部报警引起的故障维修
故障现象:某配套FANUC 0T的数控车床,正常关机后,开机出现系统电源无法起动的故障。
分析及处理过程:经检查,该机床电源单元的发光二极管PIL与ALM灯同时亮。由原理图4-6可知,PIL指示灯亮,证明内部输入单元的辅助DC24V正常,引起故障的原因是来自系统内部的+24V/±15V/+5V电源模块报警或外部报警信号E.ALM接通,使继电器RYl吸合,引起RY2~4的互锁而无法吸合。
进一步检查发现,故障原因来自外部报警信号E.ALM接通。根据机床电气原理图,逐一检查外部报警信号E.ALM的接通条件,最终确认故障是由于液压电动机过载引起的,排除液压电动机故障后,机床恢复正常。
例20.外部互锁引起的故障维修
故障现象:某配套FANUC 0T-Mate-E的数控车床,开机时,系统电源无法正常接通。
分析及处理过程:经检查发现输入单元的发光二极管PIL灯亮,但按下系统电源起动按钮,伺服主回路未接通。测量发现图中MDUCRT单元上的电源切断OFF与COM间断开,但操作面板上的CNC OFF按钮动作正常。
由于维修现场无机床电气原理图,只能根据实际机床接线检查。检查发现,该机床电源单元的COM(CP3-3)与OFF(CP3-2)间通过了辅助线路进行连接,COM与EOF间串联了面板上的CNC OFF按钮常闭触点、电柜门开关触点、主轴传动系统防护门开关等多个接通条件。
逐一检查以上条件,在确认全部条件都满足,COM与EOF间触点闭合后,重新起动,机床恢复正常。
维修体会与维修要点:
1)FANUC电源单元AI由于体积小、可靠性高,在0系列系统中使用较广。在该单元的电源不能接通的故障维修中,通过测绘内部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。
2)由于电源单元AI体积小、控制电压种类较多,在进行测量维修处理,特别是更换元器件时,必须十分谨慎,以防止损坏其他控制元器件。
3)除以上实例中的常见故障现象外,电源单元AI可能发生的故障还有以下几种可能的原因与现象:
①F11、F12熔断,其原因有:
a)系统开关电源主回路的开关管D14、D15损坏:
b)系统开关电源主回路的开关管续流二极管D33、D34损坏;
c)整流回路的滤波电容器C12、C13损坏;
d)电源模块内部直流主回路的短路;
e)辅助控制电源一次侧短路,等等。
②F1熔断的其他原因:
a)系统输入单元辅助电源回路的稳压、滤波器件Q3、ZD2、C4损坏;
b)浪涌电压吸收器VSl损坏;
c)控制信号ON/OFF、外部报警信号、AC电源等接线的错误;
d)电源模块内部15V电源短路;
e)电源模块内部15V电源滤波电容C4损坏,等等。
以上故障在实际系统中发生次数较少,有关维修的内容可参见本章后述。
例21.中间继电器不良引起的故障维修
故障现象:某配套YASKAWA J50L的数控车床,开机时系统显示器亮,但伺服驱动主电源无法正常接通。
分析及处理过程:YASKAWA J50M/L系列数控系统,是日本安川公司20世纪90年代中期在该公司MX3系统基础上开发的小型化、精简型控制系统,其最大控制轴数为4轴,可采用CRT或液晶显示器。系统硬件采用了大规模集成电路、16位CPU,CNC与PLC集成一体化;软件功能与FANUC 0系统相近。由于系统体积小(仅为MX3的1/3),可靠性高,通过与该公司生产的∑系列交流伺服驱动配套使用,可以获得较高的性能价格比,在中小型、普及型数控机床上,有一定数量的应用,J50系列产品中的J50M用于数控镗、铣、磨床或加工中心,J50L用于数控车床。
该产品在国内由大连大森公司引进生产,产品型号为R2J50,近年来在国内市场上取得了较大的份额,产品在普及型机床上应用较广。
本机床中的故障现象为电源无法正常接通,因此,其故障维修应从系统的电源输入回路进行分析、处理。
YASKAWA J50M/L数控系统的电源单元功能与FANUC AI电源单元类似,采用了输入单元与电源模块一体化结构形式。系统电源接通可以通过系统操作面板的电源ON/OFF开关或外部系统ON/OFF开关进行控制。J50M/L系统与电源接通/断开有关的信号以及系统生产厂家推荐的ON/OFF
图4-7 J50系统ON/OFF控制线路图
控制线路图如图4-7所示。
图中各元器件的含义如下:
PON:系统MDI/CRT操作面板上的CNC ON按钮(系统内部ON信号);
POFF:系统MDI/CRT操作面板上的CNC OFF按钮(系统内部OFF信号);
TON:来自机床侧的CNC ON按钮(外部ON信号);
TOFF:来自机床侧的CNC OFF按钮(外部OFF信号);
NCMX:系统电源单元的内部各电源工作正常时的输出信号:
SVMX:系统电源单元的内部工作正常,伺服允许接通的输出信号:
*TESP:来自机床侧的CNC急停输入信号;
*TOLD:来自机床侧的外部过载输入信号。
电源单元AC200V加入后,系统电源接通控制的步骤如下:
1)按下操作面板的内部CNC ON按钮,起动系统,CRT显示报警ALM310,表明系统电源已经接通。
2)系统电源单元的输出信号NCMX接通;NCMX触点一般用于接通伺服驱动器的控制回路电源(图中未画出)。
3)再次按下操作面板的内部CNC ON按钮,系统电源单元的输出信号SVMX接通。
4)通过SVMX触点接通伺服驱动器的主回路(图中未画出),此时,若CNC与伺服驱动器无故障,系统的起动过程结束。
电源的断开过程如下:
1)按下操作面板的内部CNC OFF按钮,输出信号NCMX、SVMX均断开。
2)若来自机床侧的CNC急停输入信号*TESP断开,则输出信号SVMX断开,切断伺服主回路电源。
当系统采用外部电源ON/OFF控制时,其电源接通控制的步骤同上。内部/外部电源通断控制的选择通过系统主板PC50上的SW2、SW3选择开关进行,通过