数控设备的器件级维修故障分析

zpc64

数控设备自动化程度高、结构复杂，“当数控设备发生故障时，维修人员应注意维修的时效性和经济性，在保证企业科研和生产进度前提下应尽可能地进行器件的维修—即通过检测出故障单元或电路板内的故障器件，以较小的成本修复没备。     
    一、C-2000数控冲床电源无法启动的故障
    C-2000数控冲床（日本村田产）在使用中发生如下故障：开机，按“启动”键，CRT显示屏即出现“黑屏”，无法进行操作。
% ]& @/ N7 ?4 `6 J" ~6 @9 c! r3 ~    根据故障现象分析，较大的可能是CNC系统电源板发生故障。观察电源板发现其红色发光二极管ALM亮，无5V和24V直流电源输出。因此，认为是电源板的保护电路动作或发生故障，断开负载试机，故障现象依旧。所以可以确定是电源板故障。经测绘得到相关电路如图1。
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    交流220V经保险F11和F12后分成两路，一路经继电器RY3和RY4的常开触点及保护可控硅TA11为开关振荡电路的整流桥DS11提供220V交流电源；一路供给电源输入单元M1启动数控系统，当CNC系统电源单元输出电压正常时，继电器RY3和RY4得电吸合，供给整流桥DS11交流电源，从而使电源板的电路正常工作，输出5V和24V直流电源；当CNC系统电源单元输出电压不正常时，电压检测电路输出控制信号，接通继电器RY12，保护可控硅CR1触发导通，使继电器RY1得电，红色故障发光二极管ALM点亮，同时其常闭触点断开RY3和RY4的线圈回路；RY3和RY4的常开触点断开开关振荡电路整流桥DS11的交流电源，使电源板的电源电路停比工作，切断所有的直流输出电源。
3 A9 Z# q  `0 R1 U5 i2 C4 Y, W    观察电路板无短路痕迹，保险F11，F12未烧坏，故试将保护可控硅CR1焊下试机，检测仍无5V和24V输出，测量整流桥DS11交流电源为0V。发现继电器RY3和RY4线圈吸合，而其常开触点未闭合，导致整流桥DS11的交流输入电源为0V，开关振荡电路便无法工作，引起保护电路动作拔下RY3和RY4，经仔细检查发现RY4触点打坏。换上相同规格的继电器后，开机，5V和24V等直流电源全部产生，系统恢复正常。
    二、PHS50×200数控折弯机E001号报警故障
    PHS50×200数控折弯机采用K-YAPS口自动程控系统，当系统的NC控制单元、坐标轴控制或数据输入出错时，系统设置为报警状态，CRT显示屏显示报警号。
  _5 _3 ]; g# }: U, ^    开机后系统自检，CRT显示屏显示报警号E001，系统进入报警状态，无法进行操作查阅机床维护手册得知：E001号报警信息为伺服放大故障。但未显示具体位置，为了定位故障，我们对DS（左右）轴、BS（前后）轴、Z（上下）轴的伺服放大单元进行了检测，发现BS轴的LED发光二极管组成的8421码故障指示为“41”，表示故障“0V”。根据经验来推测有两种可能：（1）过电压报警；（2）零电压报警。由于DS轴和Z轴的伺服放大单元LED发光二极管组成的8421码没有“41”故障代码指示，因此断定BS轴的伺服放大单元电路或其控制的伺服电机发生故障。

　该故障的8421码显示与电压检测有关，因此只对电压检测及相关保护电路测绘，电路如图2。

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    由P、N输入的直流250电源经FU1、D1以及R1’对U、V、W三组功率场效应管提供主电路工作电压，经触发信号控制，转换成所需的交流伺服电压，供给伺服电机工作。电压检测信号由CN5-1和CN5-5引入，经R6、D15和R11后与ZD2稳压后的基准电压相比较后，得到一个参考点电压（REF），输入至伺服放大单元的检测处理电路，由CPU对检测结果进行处理；如果该电压值不正常，则输出由LED发光二极管组成的8421码故障代码指示，同时系统的CRT显示屏显示出相应的报警号。
    经检测，参考测试点REF对地电压U （REF）=0V，这显然不正常检查REF点附近相关器件，稳压管ZD2 （C 1093）的A、K两管脚间的阻值为零，即ZD2的A、K短路。由图2，K接地，从而导致U （REF）=0V，使电压检测处理电路得到一个错误的电压检测信息，输出8421码LED指示“41”；同时也将故障信息传至CNC数控系统，并且在CRT显示屏显示出报警号E001。
* u5 w/ w* J: N$ @1 R& q* e    换一相同型号的稳压管，试机，报警解除，系统恢复正常。
    此次报警故障的排除，采用局部测绘得到故障相关部分电路图，检测出故障单元内的故障器件，排除故障，节约维修经费8万元；仅用两天时间修复了设备，保证生产任务按时完成，创造了显著的经济效益。
9 T$ y! ?+ u* |7 Q    三、PHS50×200数控折弯机E002号报警故障
    PHS50×200数控折弯机在周末停机两天后开机，系统自检，发生E002号报警。报警信息表示“外部引起的紧急停止”。可能产生该报警的原因：（1）来自PLC可编程控制器的紧急停止请求；（2）主电机关断进入系统的诊断模式，查看相关的自诊断信息，发现主电机已经接通，紧急停止信号来自PLC。检查PLC可编程控制器，发现PLC无输入／输出（IN/OUT）指示，这表明PLC没有进入正常的工作状态。检查PLC可编程控制器的220V交流输入电源和+24V直流输入电源，发现+24V直流输入电源仅为+7V。查看机床电路原理图，+24V直流输入电源是由开关电源PS1产生。断开开关电源PS1的PLC负载，再测量+24V电源恢复止常；而测量PLC的+24V电源两输入端无短路现象。
    为进一步判断是开关电源自身故障还是PLC可编程控制器内部电路故障导致+24V电源降低，断开开关电源PS1的+24、输出，外接一24V直流稳压电源至PLC可编程控制器的+24V电源端，开机，检查发现其输入／输出指示恢复正常，E002号报警消除，整个机床系统工作恢复正常。说明是开关电源PS1发生故障。
    对该电源输入交流220V后，测量空载+24V电源输出电压正常；当调节调压器，使开关电源的交流输入电压在一定范围内发生变化（调节范围约为士30V），+24V电压保持稳定；但加入负载（用一24V/40W的灯泡作为假负载）后，+24V下降为+6.5V；试降低交流输入电压，当输入电压降低至85V左右，带负载输出+24V电压恢复正常，因此怀疑是过压保护电路误动作。断开过压保护稳压管，输入220V交流电源，带上假负载，+24V电源电压恢复正常。用万用表测量过压保护稳压器，正反向阻值正常，可能是其动态性能变坏，导致过压保护电路误动作。换上同型号的稳压管后，带载测量+24V输出电源电压正常，当交流输入电压在士40V范围内变化时，+24V输出电压保持稳定。将开关电源重新安装于该机床上，24V直流电源输出正常，整个机床系统工作恢复正常由于该设备的及时修复，为科研、生产任务的顺利完成提供了可靠保障。
    从以上维修实例可以看出，运用“局部电路测绘法”，对设备尤其是进口数控设备器件级的维修，具有以下特点。
2 J* v' A2 {* W  v$ @0 O4 r. i  z    1．充分利用了CNC系统的自诊断信息和故障报警信息以及控制电路板的LED故障指示等信息。
    2．综合运用电气控制、计算机与电子技术等相关学科的知识，测绘出故障相关电路，并检测出故障器件
: ?: E( [: l# S/ j    3．减少了对设备厂家售后服务的依赖性，缩短了维修的备件供货周期，最大程度地降低了维修成本，直接为企业创造了显著的经济效益。