故障诊断与维修实例：故障解决分享

【例7-8】XK715F数控铣床Y轴电动机故障的处理。

故障现象：机床按程序加工切削运行时，Y轴正方向运行正常，而反方向声响异常，系统不报警。

故障诊断：数控系统配置FANUC-BESK 7CM系统，伺服电动机采用FANUC公司的大惯量无环流直流伺服电动机。

①由于系统不报警，且CRT显示出来的Y轴正、反向位移脉冲的数字变化速率是均匀的，故可排除系统软件参数及硬件控制电路的故障。

②检测加工件尺寸基本符合图样要求，只是粗糙度略大，故又可排除伺服速度控制单元电路故障。

③在外部检查中，发现Y轴直流伺服电动机温升较高，测其负载电流又远低于额定设定值参数，可排除电机负载过重的故障。

④为区别机械、电气故障，拆开电动机与滚珠丝杠间的弹性联轴器，单独通电试Y轴电动机。结果表明，故障部位在电动机一侧。

⑤用手盘动电动机转子时，能明显地感觉到正转时手感轻松，而反转时手感较重，且有一种阻滞的感觉。

⑥将电动机拆卸解体检查，发现定子永久磁钢有一块松动脱落，与转子有摩擦痕迹。

⑦经查，电动机定子的永久磁钢是采用强力胶贴接的，故使用中应严禁撞击或振动，尤其是拆装检修过程中更应注意，以防发生此类故障。

故障处理：采用环氧树脂胶或其他强力胶，将脱落的磁体贴牢，故障消除。

【例7-9】加工大导程螺纹时，出现堵转现象。

分析与处理：

开环控制数控机床CNC装置的脉冲当量一般为0.01mm，Z坐标轴G00指令速度一般为2000～3000mm/min。

开环控制的数控车床的主轴结构一般有两类：一类是由普通车床改造的数控车床，主轴的机械结构不变，仍然保持换挡有级调速；另一类是采用通用变频器控制的数控车床，主轴实现无级调速。这种主轴无级调速的数控车床在进行大导程螺纹加工时，进给轴会产生堵转，这是高速低转矩特性造成的。(www.xing528.com)

如果主轴无级调速的数控车床加工10mm导程的螺纹时，主轴转速选择300r/min，那么刀架沿Z坐标轴需要用3000mm/min的进给速度配合加工，Z坐标轴步进电动机的转速和负载转矩是无法达到这个要求的，因此会出现堵转现象。如果将主轴转速降低，刀架沿Z坐标轴加工的速度减慢，Z坐标轴步进电动机的转矩增大，螺纹加工的问题似乎可以得到改善，然而由于主轴采用通用变频器调速，使得主轴在低速运行时转矩变小，主轴会产生堵转。

对于主轴保持换挡变速的开环控制的数控车床，在加工大导程螺纹时，主轴可以低速正常运行，大导程螺纹加工的问题可以得到改善，但是粗糙度受到影响。如果在加工过程中，切削进给量过大，也会出现Z坐标轴堵转现象。

【例7-10】步进电动机驱动单元的常见故障——功率管损坏。

分析与处理：步进电动机驱动单元的常见故障为功率管损坏。功率管损坏的原因主要是功率管过热或过流造成的。要重点检查提供功率管的电压是否过高，功率管散热环境是否良好，步进电动机驱动单元与步进电动机的连线是否可靠，有没有短路现象等，如有故障要逐一排除。

为了改善步进电动机的高频特性，步进电动机驱动单元一般采用大于80V交流电压供电（以前有50V），经过整流后，功率管上承受较高的直流工作电压。如果步进电动机驱动单元接入的电压波动范围较大或者有电气干扰、散热环境不良等原因，就可能引起功率管损坏。对于开环控制的数控机床，重要的指标是可靠性。因此，可以适当降低步进电动机驱动单元的输入电压，以换取步进电动机驱动器的稳定性和可靠性。

【例7-11】南京大方JWK系统步进电动机失步故障的处理。

故障现象：步进电动机失步。

故障检查与分析：该数控系统为南京大方股份有限公司生产的JWK经济型数控系统。在日常维修中，发现有些系统容易失步，且伴有功放管容易烧坏的现象。修复后在试验台上运行完全正常，装上机床后，在运行时却出现失步现象。检查计算机输出信号正常，可见问题出在功放部分，而功放板元器件均未发现损坏，且在试验室运行正常。为查出故障原因，用示波器在机床运行时实测各点波形，结果发现C点波形是不正常的，失步由此引起。根据C点波形分析，5VT14没有可靠截止，C点电位下降，导致5VT16、17不能可靠饱和而处在放大状态，限制了输出电流，步进电动机力矩变小，带载能力下降，所以机床出现失步现象。功放管5VT16、17由饱和变为放大状态后，管压降增大，管子功耗增加，所以功放管容易烧坏。综上可见，C点波形失常会引起失步故障，同时伴有功放管极易烧坏现象。

是什么原因导致C点波形异常？经分析，是由于5VT11光耦管性能差和设计上欠妥引起的。5VT11正常该管导通时，A点电位值很低，接近零位；B电位约0.7V，5VT14能可靠截止。当5VT11性能异常，该管导通时，A点电位值偏高，B电位随之升高，使5VT14导通，集电极电位下降，而使5VT16、17由饱和转向放大状态，从而引起上述的故障。

故障处理：①选用性能好的元器件；②对线路稍作改动，即在晶体管5VT14基极增加一个二极管，当B点电位偏高时，使5VT14管不受影响，保持可靠截止；③改用该系统改进型线路，例如JWK—5/3T。光耦管后接与非门，工作更可靠。我们采用方法②排除故障，机床运行良好，效果颇佳，再测各点波形均正常。

【例7-12】经济型数控机床的起动、停车影响工件的精度。

分析与处理：步进电动机旋转时，其绕组线圈的通、断电流是有一定顺序的。以一个五相十拍步进电动机为例，起动时，A相线圈通电，然后各相线圈按照A→B→B→BC→C→CD→DE→E→EA→A所示顺序通电。A相称为初始相，因为每次重新通电的时候，总是A相处于通电状态。当步进电动机旋转一段时间后，通电的状态是其中的某个状态。这时机床断电停止运行时，步进电动机在该状态初结束。当机床再次起动通电时，步进电动机又从A向开始，与前次结束不一定是同相，这两个不同的状态会使偏转若干个步距角，工作台的位置产生偏差，CNC对此偏差是无法进行补偿的。

数控机床在批量加工零件时，如果因换班或者有其他原因断电停车，或者断电停车更换加工零件，根据上述的原因，这时所加工的零件尺寸会有偏差。可以通过检测步进电动机驱动单元的初始相信号，使机床在初始相处断电停车解决这个问题。另一种解决方法是在数控机床上安装机床回参考点。