數控機床電壓異常能引起什么故障
多年的數控機床維修經驗證實，在故障總數中，由電源引發的故障占了相當大的比例。數控機床電源故障中很多屬于機床用戶有能力自行排除的器件損壞故障，其領域已屬于片級修理。
1、數控機床電源
把數控機床所使用的電源分成了三級，從一次電源到三次電源，依次為派生關系，其造成的故障頻次和難度也依次增加。具體分級如下：
（1）一次電源。一次電源即由車間電網供給的三相380v電源，它是數控機床工作的總能源供給。要求該電源要穩定，一般電壓波動范圍要控制在5％～10％，并且要無高頻干擾。
（2）二次電源。由三相電源經變壓器從一次電源派生。其用途主要有：
1）派生的單相交流220v、交流1l0v，供電給cnc單元及顯示器單元，做為熱交換器、機床控制回路和開關電源的電源。
2）有的數控機床派生的三相低電壓做直流24v整流橋塊的電源。有的數控機床由三相變壓器產生三相交流220v，供給伺服放大器電源組件作為其工作電源。
（3）三次電源。三次電源是數控機床使用的各種直流電源，它是由二次電源轉化來的。主要有這樣幾種：
1）由伺服放大器電源組件提供的直流電壓、由伺服放大器組件逆變成頻率和電壓幅值可變的三相交流電以控制交流伺服電動機的轉速。
2）整流橋塊提供的交流24v，作為液壓系統電磁閥，電動機閘電磁鐵電源和伺服放大器單元的“ready”和“controllerenable”信號源。
3）由開關電源或dc／dc電源模塊提供的低壓直流電壓，這些電壓有：+5v、±12v、±15v，分別做為測量光柵、數控單元和伺服單元電氣板的電源。
2、數控機床電源回路使用的器件
數控機床從一次電源到三次電源使用的器件分別有：
（1）車間配電裝置，一般包括：與車間電網連接的三相交流穩壓器和斷路器（又稱空氣開關，或閘刀開關）。
（2）機床元器件，包括：濾波器、電抗器、三相交流變壓器、斷路器、整流器、熔斷器、伺服電源組件、dc／dc模塊和開關電源。
3、電源故障實例分析
（1）電網波動過大plc不工作。表現為plc無輸出。先查輸入信號（電源信號、干擾信號、指令信號與反饋信號）。例如，采用sinumerik3g-4b系統的數控車床，其內置式plc無法工作。采用觀察法，先用示波器檢查電網電壓波形，發現電網波動過大，欠壓噪聲跳變持續時間>1s（外因）。由于該機床處于調試階段，電源系統內組件故障應當排除在外，由內部抗電網干擾措施（濾波、隔離與穩壓）可知，常規的電源系統已無法隔斷或濾去持續時間過長的電網欠壓噪聲，這是抗電網措施不足所致（內因），導致plc不能獲得正常電源輸入而無法工作。在系統電源輸入端加入一個交流穩壓器，plc工作正常。
（2）電源故障。某雙工位數控車床，每個工位都由單獨的nc系統控制，nc系統采用西門子公司的sinumerik810/t系統。右工位的nc系統經常在零件自動加工中斷電停機，重新啟動系統后，nc系統仍可自動工作。檢查24v供電電源負載，并無短路問題。對圖樣進行分析，兩臺nc系統，共用一個24v整流電源。引起這個故障可能有兩個原因：
1）供電質量不高，電源波動，而出故障的nc系統對電源的要求較靈敏。
2）nc系統本身的問題，系統不穩定。
根據這個判斷，首先對24v電源電壓進行監視，發現其電壓幅值較低，只有21v左右。經觀察發現，在出故障的瞬間，這個電壓向下浮動，而nc系統斷電后，電壓馬上回升到22v左右。故障一般都發生在主軸啟動時，其原因可能是24v整流變壓器有問題，容量不夠，或匝間短路，使整流電壓偏低，電網電壓波動，影響nc系統的正常工作。為確定這個故障的原因，用交流穩壓電源將交流380v供電電壓提高到400v，這個故障就沒有再出現。為此更換24v整流變壓器，問題*解決。
（3）一臺vdf.boehringer公司（德國）生產的pne480l數控車床，合上主開關啟動數控系統時，在顯示面板上除ready（準備好）燈不亮外，其余指示燈全亮。該機數控系統為西門子system5t系統。因為故障發生于開機的瞬間，因此應檢查開機清零信號reset是否異常。又因為主板上的dp6燈亮，而且dp6是監視有關直流電源的，因此需要對驅動dp6的相關電路及有關直流電源進行檢查。其步驟如下：
因為dp6燈亮屬報警顯示，故首先對dp6的相關電路進行檢查。經檢查，確認驅動dp6的雙穩態觸發器la10邏輯狀態不對，已損壞。用新件更換后，雖然dp6指示燈不亮了，但故障現象仍然存在，數控箱還是不能啟動。檢查*reset信號及數控箱內各連接器的連接情況良好，但*reset信號不正常，并發現與其相關的a38位置上的la01與非門電路邏輯關系不正確。于是對各直流電流進行檢查。
檢查±15v、±5v、±12v、+24v，發現電壓為-5v～4.0v，誤差超過±5％。進一步檢查，發現該電路整流橋后有一濾波大電容c19的焊腳處印制電路板銅箔斷裂。將其焊好后，電壓正常，la01電路邏輯關系及*reset信號正確，故障排除，數控箱能正常啟動。
（4）返回參考點異常。這是由于返回參考點時沒有滿足“必須沿返回參考點方向，并距參考點不能過近（128個脈沖以上）及返回參考點進度不能過低”的條件。對這類故障的處理步驟是[2,3]：
1）距參考點位置>128個脈沖，返回參考點過程中。①電動機轉了不到1轉（即沒有接收到1轉信號），此時首先變更返回時的開始位置，在位置偏差量>128個脈沖的狀態下，在返回參考點方向上進行1轉以上的快速進給，檢測是否輸入過1轉信號。②電動機轉了1轉以上，這是使用了分離型的脈沖編碼器。此時，檢查位置返回時脈沖編碼器的1轉信號是否輸入到了軸卡中，如果是，則是軸卡不良；如果未輸入，則先檢查編碼器用的電源電壓是否偏低（允許電壓波動在0.2v以內），否則是脈沖編碼器不良。
2）距參考點位置<128個脈沖。①檢查進給速度指令值，快速進給倍率信號，返回參考點減速信號及外部減速信號是否正常。②變更返回時的開始位置，使其位置偏差量超過128個脈沖。③返回參考點速度過低。速度必須為位置偏差量超過128個脈沖的速度，如果速度過低，電動機1轉信號散亂，不可能進行正確的位置檢測。
（5）某加工中心，配置f-0m系統，在自動運轉時突然出現刀庫、工作臺同時旋轉。經復位、調整刀庫、工作臺后工作正常。但在斷電重新啟動機床時，crt上出現410號伺服報警。查l／m軸伺服prdy、vrdy兩指示燈均亮；進給軸伺服電源ac100v、ac18v正常；x、y、z伺服單元上的prdy指示燈均不亮，三個mcc也未吸合；測量其上電壓發現24v、±15v異常；軸伺服單元上電源熔斷器電阻太大，經更換后，直流電壓恢復正常，重新運行機床，401號報警消失。
（6）故障現象：某公司產vf2型立式銑加工中心。機床運行一年零七個月以后，加工中出現161號報警（x-axisovercurrentordrivefault），機床停止運行。使用“reset”鍵報警可以清除，機床可恢復運行。此故障現象偶爾發生，機床帶病運行兩年后，故障發生頻次增加，而且出現故障轉移現象：即使用復位鍵清除161號報警時，報警信息轉報162號（y-axisovercurrentordrivefault），如果再次清除，則再次轉報z軸，以此類推。機床已無法維持運行。
故障分析及檢查：根據故障報警信息在幾伺服軸之間轉移現象，不難看出故障發生在與各伺服軸都相關的公共環節，也就是說，是數控單元的“位置控制板”或伺服單元的電源組件出現了故障。位控板是數控單元組件之一，根據經驗分析，數控單元電氣板出現故障的概率很低，所以分析檢查伺服電源組件是比較可行的排故切入點。檢查發現此機床伺服電源分成兩部分，其中輸出低壓直流±12v兩路的是開關電源。測量結果分別是：+11.73v，-11.98v。分析此結果，正電壓輸出低了0.27v，電壓降低幅度2.3％。由于缺乏量化概念，在暫時找不到其它故障源的情況下，假定此開關電源有故障。
故障排除：為驗證輸出電壓偏差是造成機床故障的根源，用一臺wyj型雙路晶體管直流穩壓器替代原電源，將兩路輸出電壓調節對稱，幅值調到12v，開機后，機床報警消失。在接下來的20個工作日的考驗運行中，故障不再復現。*證實了故障是由于此伺服電源組件損壞引起的。
理論分析[4]：運算放大器和比較器，有些用單電源供電，有些用雙電源供電，用雙電源的運放要求正負供電對稱，其差值一般不能大于0.2v（具有調節功能的運放除外），否則將無法正常工作。而此故障電源，兩路輸出電壓相差了0.25v，超出了誤差允許范圍，這是故障發生的根本原因。
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1、數控機床電源
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（2）二次電源。由三相電源經變壓器從一次電源派生。其用途主要有：
1）派生的單相交流220v、交流1l0v，供電給cnc單元及顯示器單元，做為熱交換器、機床控制回路和開關電源的電源。
2）有的數控機床派生的三相低電壓做直流24v整流橋塊的電源。有的數控機床由三相變壓器產生三相交流220v，供給伺服放大器電源組件作為其工作電源。
（3）三次電源。三次電源是數控機床使用的各種直流電源，它是由二次電源轉化來的。主要有這樣幾種：
1）由伺服放大器電源組件提供的直流電壓、由伺服放大器組件逆變成頻率和電壓幅值可變的三相交流電以控制交流伺服電動機的轉速。
2）整流橋塊提供的交流24v，作為液壓系統電磁閥，電動機閘電磁鐵電源和伺服放大器單元的“ready”和“controllerenable”信號源。
3）由開關電源或dc／dc電源模塊提供的低壓直流電壓，這些電壓有：+5v、±12v、±15v，分別做為測量光柵、數控單元和伺服單元電氣板的電源。
2、數控機床電源回路使用的器件
數控機床從一次電源到三次電源使用的器件分別有：
（1）車間配電裝置，一般包括：與車間電網連接的三相交流穩壓器和斷路器（又稱空氣開關，或閘刀開關）。
（2）機床元器件，包括：濾波器、電抗器、三相交流變壓器、斷路器、整流器、熔斷器、伺服電源組件、dc／dc模塊和開關電源。
3、電源故障實例分析
（1）電網波動過大plc不工作。表現為plc無輸出。先查輸入信號（電源信號、干擾信號、指令信號與反饋信號）。例如，采用sinumerik3g-4b系統的數控車床，其內置式plc無法工作。采用觀察法，先用示波器檢查電網電壓波形，發現電網波動過大，欠壓噪聲跳變持續時間>1s（外因）。由于該機床處于調試階段，電源系統內組件故障應當排除在外，由內部抗電網干擾措施（濾波、隔離與穩壓）可知，常規的電源系統已無法隔斷或濾去持續時間過長的電網欠壓噪聲，這是抗電網措施不足所致（內因），導致plc不能獲得正常電源輸入而無法工作。在系統電源輸入端加入一個交流穩壓器，plc工作正常。
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1）供電質量不高，電源波動，而出故障的nc系統對電源的要求較靈敏。
2）nc系統本身的問題，系統不穩定。
根據這個判斷，首先對24v電源電壓進行監視，發現其電壓幅值較低，只有21v左右。經觀察發現，在出故障的瞬間，這個電壓向下浮動，而nc系統斷電后，電壓馬上回升到22v左右。故障一般都發生在主軸啟動時，其原因可能是24v整流變壓器有問題，容量不夠，或匝間短路，使整流電壓偏低，電網電壓波動，影響nc系統的正常工作。為確定這個故障的原因，用交流穩壓電源將交流380v供電電壓提高到400v，這個故障就沒有再出現。為此更換24v整流變壓器，問題*解決。
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檢查±15v、±5v、±12v、+24v，發現電壓為-5v～4.0v，誤差超過±5％。進一步檢查，發現該電路整流橋后有一濾波大電容c19的焊腳處印制電路板銅箔斷裂。將其焊好后，電壓正常，la01電路邏輯關系及*reset信號正確，故障排除，數控箱能正常啟動。
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1）距參考點位置>128個脈沖，返回參考點過程中。①電動機轉了不到1轉（即沒有接收到1轉信號），此時首先變更返回時的開始位置，在位置偏差量>128個脈沖的狀態下，在返回參考點方向上進行1轉以上的快速進給，檢測是否輸入過1轉信號。②電動機轉了1轉以上，這是使用了分離型的脈沖編碼器。此時，檢查位置返回時脈沖編碼器的1轉信號是否輸入到了軸卡中，如果是，則是軸卡不良；如果未輸入，則先檢查編碼器用的電源電壓是否偏低（允許電壓波動在0.2v以內），否則是脈沖編碼器不良。
2）距參考點位置<128個脈沖。①檢查進給速度指令值，快速進給倍率信號，返回參考點減速信號及外部減速信號是否正常。②變更返回時的開始位置，使其位置偏差量超過128個脈沖。③返回參考點速度過低。速度必須為位置偏差量超過128個脈沖的速度，如果速度過低，電動機1轉信號散亂，不可能進行正確的位置檢測。
（5）某加工中心，配置f-0m系統，在自動運轉時突然出現刀庫、工作臺同時旋轉。經復位、調整刀庫、工作臺后工作正常。但在斷電重新啟動機床時，crt上出現410號伺服報警。查l／m軸伺服prdy、vrdy兩指示燈均亮；進給軸伺服電源ac100v、ac18v正常；x、y、z伺服單元上的prdy指示燈均不亮，三個mcc也未吸合；測量其上電壓發現24v、±15v異常；軸伺服單元上電源熔斷器電阻太大，經更換后，直流電壓恢復正常，重新運行機床，401號報警消失。
（6）故障現象：某公司產vf2型立式銑加工中心。機床運行一年零七個月以后，加工中出現161號報警（x-axisovercurrentordrivefault），機床停止運行。使用“reset”鍵報警可以清除，機床可恢復運行。此故障現象偶爾發生，機床帶病運行兩年后，故障發生頻次增加，而且出現故障轉移現象：即使用復位鍵清除161號報警時，報警信息轉報162號（y-axisovercurrentordrivefault），如果再次清除，則再次轉報z軸，以此類推。機床已無法維持運行。
故障分析及檢查：根據故障報警信息在幾伺服軸之間轉移現象，不難看出故障發生在與各伺服軸都相關的公共環節，也就是說，是數控單元的“位置控制板”或伺服單元的電源組件出現了故障。位控板是數控單元組件之一，根據經驗分析，數控單元電氣板出現故障的概率很低，所以分析檢查伺服電源組件是比較可行的排故切入點。檢查發現此機床伺服電源分成兩部分，其中輸出低壓直流±12v兩路的是開關電源。測量結果分別是：+11.73v，-11.98v。分析此結果，正電壓輸出低了0.27v，電壓降低幅度2.3％。由于缺乏量化概念，在暫時找不到其它故障源的情況下，假定此開關電源有故障。
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理論分析[4]：運算放大器和比較器，有些用單電源供電，有些用雙電源供電，用雙電源的運放要求正負供電對稱，其差值一般不能大于0.2v（具有調節功能的運放除外），否則將無法正常工作。而此故障電源，兩路輸出電壓相差了0.25v，超出了誤差允許范圍，這是故障發生的根本原因。
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