数控设备的器件级维修故障分析

同华军

摘  要：由于数控设备没有控制单元（模块）内的线路图，因此大多数用户的维修少、员甚至厂商的售后服务人员，只能做到板级或单元级的维修这无疑增加了维修成本本文根据经验总结出用“局部电路测绘法”实现对数控设备的器件级维修，取得了良好效果，为企业创造了良好的经济效益。
0 C/ P: h- i) j% c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。
/ }9 ~- \5 j& o! a一、C-2000数控冲床电源无法启动的故障
- Z* n  ^: Q4 j' C0 C& \+ dC-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。
/ y; x6 H0 u) B2 o& t: q& u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。
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。
1 y8 C! u+ P. k* k# @. U  ?二、PHS50×200数控折弯机E001号报警故障
+ o* J1 z/ k' q7 RPHS50×200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。
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。
0 w! [  |( a( h% Y" F9 g1 c& Y　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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* T  m# z2 _) @$ i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。
! ~0 p# }" `2 J5 f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。
$ o+ N" j* L" Z* T3 Z9 F! B换一相同型号的稳压管，试机，报警解除，系统恢复正常。
; L7 r" ], _( a$ G( n# `2 z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。
1 X" t: l! y! O. L/ E  W/ u6 \三、PHS50×200数控折弯机E002号报警故障
. r( d6 S( H/ x: I6 d% ePHS50×200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。
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故障指示等信息阿特拉斯空压机配件。
% d+ R. `% J2 C: h, _5 \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
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。
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