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FANUC18i-MA系统龙门加工中心

信息来源:gkong.biz  时间:2009-03-11  浏览次数:112

  摘 要: 通过对主轴故障现象的详尽分析,找到产生故障的原因,同时对主轴速度及位置的控制理论进行了阐述。
  关键词:主轴 主轴电机 速度反馈 断线 分析
  简要介绍:
  我公司2003年从日本进口的“本间数控龙门加工中心”一直负责柴油机机体、转向架构架的加工任务,电力机车投产后,新型转向架的加工更是日益繁忙,因该机床加工区域大,生产效率高,所以一直是构架生产的主力机床,故障前一直三班连续运转已达半年之久。
  故障现象:
  近日机床突然出现故障,表现为:主轴启动后可见主轴负载指针表从0%瞬间指向150%,随后系统出现2021报警,表明主轴单元出现故障。通过系统诊断画面查看详细报警信息,显示主轴单元出现7131报警,并有英文提示“主轴锁住或速度信号丢失”。仔细询问操作者出现此故障时的操作情况获知:操作者当时调用了自动更换附件头循环,并且主轴已经完成了“定向”的操作,是当Y轴正从龙门中部向附件头库方向运动的过程中出现的报警,且当时无任何手动操作。依照经验,首先将机床断电后重新启动,系统顺利完成引导并一切正常,此时报警已经自动消除。因当时Y轴距离附件头库较近,为了安全,用手动进给将Y轴向龙门中间开动了大约0.5米左右,此后按下主轴启动按钮,主轴立刻运转起来,观察负载表显示大约只有2%左右,用主轴倍率开关调整主轴转速可见负载表并无明显上升情况,基本稳定在5%以下,难道故障真的自动消失了?分析操作者的叙述感觉主轴的故障似乎与移动Y轴有着某种关系,当即要求操作者以较慢的速度使Y轴向附件头库方向移动。果然,当Y轴再次接近附件头库的时候,报警又出现了,且与上次完全一致,此刻观察主轴放大器模块,可见其七段数码管显示为31号报警。
  故障排查:
  查阅FANUC AC SPINDLE MOTORαseries 参数说明书知31号报警含义如下,相关连接关系如(图一)所示。
  含义:主轴不能按照指令值旋转,主轴停止转动或转速非常低。故障位置及处理方法如下:
  (1) 主轴在低速状态下报警
  (a) 参数设定错误。检查传感器参数设定
  (b) 电机相序不正确。确认电机相序
  (c) 电机反馈电缆故障。检查 A/B 相信号连接是否正确
  (d) 电机反馈电缆故障。手动旋转主轴,在数控诊断画面观察主轴速度情况,如果有速度反馈,但是仍然报警,更换电缆或传感器。
  (2) 当主轴不转动时仍然出现报警
  (a) 动力线异常。检查动力线连接是否正常。主轴切换输出是否执行正常,电磁接触器是否吸合
  (b) 主轴模块故障。更换主轴模块或主轴模块上印刷线路板
  (图一)
  根据以上信息并结合现场实际情况和图纸资料,利用排除法进行了如下分析:
  一、 机床是在运动中出现的报警,基本排除参数被修改的可能性。
  二、 附件头更换循环是机床厂家编写的宏程序,已正常使用多年,且不需人工干预操作,可排除误操作的可能。
  三、 机床所在厂房没有进行电路施工,电源相序不会出错。
  四、 主轴的故障产生与否和机床Y轴所在位置呈现出明显的相关性,而机械传动方面二者又无关联。
  五、 主轴相关检测系统中有一个位置编码器,它装在滑枕内部,且与主轴的传动比为1:1,它真实的反映了主轴的当前角度位置,为主轴做定向和附件头旋转时的角度考察提供相关信息。该信号通过在拖链内的另一根电缆接在主轴放大器模块的JY4插座上。因目前主轴可以完成定向的操作,初步判断其状态正常。
  六、 主轴电动机内置M 传感器(旧称:脉冲发生器)主要负责将电机的旋转速度信号以脉冲的形式向放大器发送,其连线从电机内部引出后由一组插座与一根12芯的屏蔽电缆在接线盒内相连。该电缆与动力电缆一同穿在一根金属软管内,通过机床上的拖链直接与电柜内的主轴放大器模块的JY2插座相连。由于拖链运动是伴随Y轴而产生的,因此很有可能因为电缆破损或强电干扰造成信号传输不稳。
  七、 由于主轴电机的转速与实际主轴的转速是有区别的,因此在FANUC18i主轴监控画面中可以分别看到主轴的实际转速和主轴电机的转速,利用此功能做了如下检测:用手不断转动主轴,观察监控画面中显示的主轴电机转速和主轴转速,发现在距离附件头库较近的地方,也就是主轴启动后有报警的位置,主轴电机与主轴的转速比最大时为1:10;在距离附件头库较远的龙门中部,也就是主轴启动正常的位置,主轴电机与主轴的转速比为10:1.5。对比可见前者明显不正常,由此更充分证明,主轴电机内置的M 传感器(脉冲发生器)传输电缆极有可能在Y轴移动到一定位置后会出现断线的情况。
  综合所有信息,对照报警提示的检查项点,我感觉机床目前状况比较符合“主轴在低速状态下报警--电机反馈电缆故障”的情况。
  故障处理:
  依据上述分析,我们对主轴电机的内装M 传感器(脉冲发生器)的电缆进行了详细的检查。如(图二)所示:PA、RA、PB、RB为编码器的A\B相脉冲信号的输出线;+5V和0V是传感器的电源;OH1、OH2为电机热保护接线;SS为屏蔽线。
  (图二)
  因主轴能否顺利启动与Y轴的位置有明显关系,为尽快找到电缆断点,我们选择了两个位置对电缆进行检查比较,期望尽快从中发现问题。一个是主轴可以启动的位置,在龙门中部,另一个是主轴产生报警的位置,在靠近附件头库的地方。但反复对比检查后的结果却大大出乎意料,无论在哪个位置,测量的结果都一样,也就是说这根电缆可能根本不存在断线、接地、混连的现象。摆在面前的情况似乎很简单,从理论上分析,只有这跟电缆出现故障才会导致产生这个报警;从实际经验上考虑,此段电缆确实是在拖链中与Y轴联动的,非常有可能出现断线的情况,这种情况在以往的维修中屡见不鲜,为什么这次却偏偏没断,但又会有报警呢?
  在重新审视了自己的判断与检测过程之后,终于发现了问题所在。在测量电缆的过程中,为方便检测,我将万用表至于“通断档”进行检测,这样的好处是如果导线的接通电阻小于30欧姆的话,仪表会发出蜂鸣声,如果不通则不会有声音出现,很方便。在前几次的检测中,我只注意到是否有蜂鸣音的出现,而没有关注导线的接通电阻确切是多少,对于如此微弱的信号电缆来说,30欧姆的阻值还是太大了,毕竟电机内置的M 传感器(脉冲发生器)输出的幅值只有5V,又是长距离输送,过大的导通电阻一定会对信号的传输产生影响。通过调整万用表档位,改用200欧姆档对电缆重新进行检测发现,有个别导线的接通电阻已经到达10欧姆左右,考虑到运动状态下可能会进一步加大的情况,决定对拖链内的电缆进行更换。
  在拖链内另敷一根12芯屏蔽电缆对原有电缆进行置换,为方便对接,电机端的接头和主轴放大器模块的JY2接头仍然沿用,只更换拖链内参与Y轴移动的电缆共13米左右,新做的接点全部采用了锡焊的方法降低导通电阻。全部置换完成后重新测量,所有线路的导通电阻已经降低到2欧姆以下。开机试车,故障顺利排除。
  经验总结:
  一、 在真正动手维修前,一定要仔细观察故障的现象,以及产生此现象的环境因素,确保得到的信息是准确的,全面的。
  二、 充分利用手中的资料细致分析诱发故障的各种可能。采用排除法逐一确认,缩小检查范围。
  三、 经验是我们在平时工作中积累的宝贵财富,但只凭经验,忽略细节的做法往往也造成在实际处理问题的时候走弯路。
  四、 数控设备的修理真正称得上是一件细节决定成败的工作,任何时候都要做到缜密、细致,才能又快又好的解决问题。
  参考文献:
  1、 FANUC Series 16i/18i-MA 操作说明书
  2、 FANUC Series 16i/18i/21i-B 维修说明书
  3、 FANUC AC SPINDLE MOTORαseries 参数说明书
  4、 CNC 维修教材 Series 16i/18i/21i 发那科学校讲义

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