CNC系统故障实例与诊断优化

【例6-11】 一台ED-NC-32电火花线切割机床，C轴时常发生高速运转，无报警信号；自起动达C轴高速也无报警信号。

数控系统：西门子810T系统。

故障现象；C轴时常发生高速运转，无报警信号；自起动达C轴高速也无报警信号。

故障检查与分析：根据失速时C轴转速接近最高转速的故障现象分析，首先考虑以下三个方面：①速度指令（VCMD）异常；②测速反馈回路异常；③伺服放大器异常。使用HP54602数字记忆示波器在伺服放大器一侧观察VCMD信号。当故障出现时，示波器捕捉到的信号正常，说明CNC部分没有问题。观测测速机反馈信号时，发现C轴直流电动机并未配置测速发电机，而是采用脉冲编码器。脉冲编码器的反馈信号经过一个“频率—电压（V/F）转换器”转换后形成速度反馈的比较电压，为了提高抗干扰能力，在编码器输出和CNC间加有隔离放大器，所有信号采用光耦隔离，包括给脉冲编码器供电也使用了一个DC-DC变换器，将CNC一侧的+5V电源经隔离变换后送至编码器，如图6-8所示。

在隔离放大器一侧用示波器观测编码器的两路输出信号，在故障出现时，示波器上亦出现了异常的反馈信号，有时甚至没有输出，由此确定故障出在与编码器有关的回路中。先检查编码器供电电源，发现+5V电压不稳，在故障出现时甚至下跌到3V左右。在隔离放大器靠近CNC一侧，CNC提供给放大器的+5V电源却非常稳定，由此确定故障在隔离放大器的DC-DC变换器。用一块国产+5VDC-DC变换器，采用板外连线的方法替换后，机床恢复正常。

图6-8 测速反馈框图

1—位置指令 2—整速指令 3—伺服放大器 4—伺服电动机 5—脉冲编码器 6—隔离放大器

【例6-12】 一台DK7716型数控电火花线切割机床，加工出来的零件尺寸超差，CRT显示屏无报警信息。

数控系统：西门子810T系统。

故障现象：正常工作时，加工出来的零件尺寸超差0.3mm，导致工件报废，故障现象时有时无，CRT显示屏无报警信息，重新起动运行时，故障现象依旧。

故障处理：经仔细测量报废工件，初步判断故障出在Y轴方向。通电运行机床，发现Y轴拖板电动机转动不均匀具有异常响声。

该线切割机床采用三相六拍步进电动机，步距为1.5°，步进电动机的六个通电状态存放在相邻六个字节中，需六个信号来控制步进电动机转动（见图6-9）当需要步进电动机转动时，计算机通过软件向并行输出输入电路PIO8255芯片的PA口传送数据，利用PA6发送锁存选通脉冲，由于PA6是脉冲上升沿有效，故此控制软件分三步完成数据发送至PA口中，PA6同时控制六个D触发器构成的锁成器74LS174的第九脚，通过受控制面板上SA4进给开关控制的六个OC门74LS03输出。当SA4进给开关打在“FEED”一侧时，OC门74LS03输出低电平，Y轴电动机驱动信号送至接口板上光电耦合器B4、B5、B6输入端，B4、B5、B6导通，输出高电平送至晶体管V₁、V₂、V₃基极，其导通后由发射极输出高电平，将信号送至功放板上晶体管V₉、V₇、V₈基极，使三相电动机线圈相继通电，Y轴三相步进电动机转动起来（见图6-9）。

图6-9 DK7716电火花线切割机床控制电路简图

本着由简至繁的修理原则，先从Y轴电动机着手，将X轴电动机与Y轴电动机接线对调。开机，发现X轴电动机转动异常，表明Y轴电动机是好的，确定Y轴功放板有故障。首先检查功放板，在线测量功放板24V电源正常。检测V₉、V₈、V7三只晶体管的各级静态工作电压正常，检测板上其他元器件也正常，于是运行一段加工程序，再次检测功放板，结果发现V₉晶体管基极动态输入电压始终＜0.5V，且管壳严重发烫，怀疑V₉晶体管工作状态不正常。断电再次拆下功放板，用晶体管图示仪检测V₉晶体管Iceo、饱和压降等各项参数指标都正常，检测结果显示功放板完好，故将故障范围缩小到计算机控制信号输出接口板上。(www.xing528.com)

打开主机控制箱端盖，通电测信号接口板上12V电源正常。测量板上Y轴电动机V₁、V₂、V3三只晶体管各级静态工作电压，发现晶体管V₂集电极电压只有0.1V，而正常值应是12V。检测晶体管V₂阻值正常。测量晶体管V₂集电极电阻R14的另一端12V电压正常，怀疑该电阻阻值发生变化，断电后测量电阻R14阻值82Ω正常，再拆下信号接口板，用放大镜观察印制电路板反面，发现电阻R14^一端焊点有裂纹，用电烙铁焊牢此点，通电检测晶体管V₂集电极电压已有12V。试机后证明设备故障排除。

【例6-13】 一台DK7732电火花线切割机床处于自控加工时，只有当控制柜上的加工变频跟踪旋钮调到最大位置，计算机才进行缓慢插补运算，步进电动机转动缓慢，钼丝进给速度较慢，当变频旋钮调到较低档位时，步进电动机不转。

故障检查与分析：该机配置西门子820G系统。步进电动机转动的快慢是受计算机的插补运算速度控制的，而插补运算的快慢又受变频电路控制，计算机每接收到变频电路送来一个脉冲信号就运算一步，拖动步进电动机转动一步。变频电路的振荡频率取决于采样电路的采样电压大小，该部分的电路见图6-10。

图6-10 电路图

由图6-10可见该电路是一个典型的电压—频率变换电路。采样电路将电火花信号进行整流滤波后变为一直流电压信号，经变频旋钮中的电阻网络分压后送至V17、V18进行放大。V18的导通程度决定了电容C4的充电快慢，也即决定了V19构成的弛张振荡器的振荡频率。V19输出的锯齿波信号经V21放大驱动光电耦合器B4，B4发出的脉冲信号送到计算机进行插补运算。

由上述工作原理可知，采样信号的大小，V17、T18放大能力的大小都将影响到V19的振荡频率，因此先重点检测该部分。经检测这些电路无故障，再检测V19也无问题，当检查到定时电容C4时，发现其漏电流较大，用同规格的电容替换后，故障消除。故该故障是由于电容C4漏电流太大而造成V19级振荡频率下降的。

【例6-14】 一台DK7740B型数控线切割机床，配置西门子820G系统。

故障现象：只有一个轴的步进电动机不转动或来回颤动。

故障检查与分析：图6-11是步进电动机驱动电路原理图。检查时，先合上SA11按键，使步进电动机进给指示灯熄灭，然后用手转动步进电动机手柄，若转动灵活，则可判断可能是步进电动机驱动脉冲电源缺相所致。检查驱动板上熔丝是否完好，若完好则检测三相功放管V1是否正常。常见故障有晶体管V的基极b与发射极e断开，造成功放管V基极无脉冲电压，可使功放管V的集电极与发射极无法饱和与截止。更换晶体管V即可解决。若用手转不动步进电动机手柄或机械卡住，则检查步进电动机的接线及转动轴承是否有断线、松脱或卡死轴承现象，进行相应处理即可。

图6-11 步进电动机驱动电路原理图

【例6-15】 一台DK7740B型数控线切割机床，配置西门子820G系统。

故障现象：X轴和Y轴步进电动机同时不能转动，检查时先用手转动。

故障检查与分析：步进电动机的手柄是否灵活，转动灵活则可判断是驱动部分的功放管V集电极电压无+12V电源。先检查驱动电源箱面板上的直流12V指示是否正常，如果正常，则检查功放印制电路板接插件是否插牢，如果不正常，则断开直流电源+12V整流稳压电路的负载，测量变压器次级电压是否有交流16V，再测量整流电路、滤波电路（输出应有19V直流电压），如没有则断开三端稳压器测量，若还是只有13V左右，可判断电容滤波电路故障，滤波电容漏电流太大，应更换。若只有8V左右，可判断桥堆或整流二极管损坏。若只有19V直流电压，三端稳压器7812无输出或者不足12V，可更换三端稳压器元件。