2020年数控机床刹车电路故障分析.doc

数控机床刹车电路故障分析 　　 　　自动换刀装置(ATC)是数控机床加工中心的重要执行机构该装置可靠性的高、低将直接影响机床的加工质量和生产效率下面是小编搜集整理的相关内容的论文欢迎大家阅读参考 　　 　　摘要：刹车系统是数控机床电气控制的重要组成部分通过机床刹车系统故障案例分析针对故障原因采取相应的处理措施并给出消除后期使用隐患的改进措施 　　 　　关键词：数控机床;伺服电机;刹车电路梯形图 　　 　　一、数控机床进给轴刹车工作原理 　　 　　数控设备的使用过程中为锁定各进给轴运动防止垂直轴或倾斜轴因重力下滑并保障大型设备进给轴停止时的稳定性需要对伺服电机进行刹车控制常见的带制动器(刹车)伺服电机控制过程是：机床上电时伺服准备好伺服电机刹车释放进给轴可以正常运行;机床断电或伺服报警时伺服电机刹车并保持住进给轴在机床上电、断电、报警时不允许任何进给轴出现瞬时下滑的现象这就要求做到机床上电时伺服电机得到使能信号延时后再松开抱闸;运行中报警或突然掉电时高速运转下的电机应迅速减速(在高速下瞬间制动将会严重影响刹车线圈寿命甚至会毁坏电机)后再抱紧刹车延时后再关闭电机使能;机床下电时先抱紧电机由于刹车动作需要时间因此必须延时后才能再关闭电机使能 　　 　　二、电机刹车工作原理 　　 　　如图1所示带刹车的伺服电机采用常闭型设计即失电时刹车制动通电时刹车释放工作电源一般为DC24V制动动作时间<500ms控制原理：当电机刹车线圈通电时线圈产生磁场使衔铁盘吸向磁轭衔铁盘与制动盘脱离;当线圈断电时磁通消失衔铁盘被释放弹簧压于衔铁盘将制动盘压紧由摩擦产生制动力矩达到制动的目的 　　 　　三、案例分析 　　 　　3.1案例 　　 　　(1)故障现象WHN130型数控镗铣床采用FANUC18iMB数控系统有XYZW4个直线轴及BC的2个旋转轴在班前热机过程中Y轴出现异常响声无任何报警 　　 　　(2)故障分析测试发现Y轴在上下运动时电机负载过大经检查此故障是由于Y轴电机刹车未打开所致异响发生时Y轴电机刹车线圈已经烧毁电机轴承及定子磨损严重在排查刹车电路时发现电气柜内一24V空开Q91跳闸最初跳闸的原因可能为电源电网波动、空开本身问题或电机刹车线圈故障所致但此空开跳闸没有报警检测对于刹车系统是极大隐患如机床电路图(图2)所示QF91空开(C65NC16A1P)上端从DC24V电源引出下端通过KA103机床硬限位保护回路和KA105机床急停开关回路分别与XYZW轴伺服电机KA11KA12KA13KA14回路连接KA11至KA14分别控制XYZW等4个直线轴伺服电机(型号：FANUCαiF40B/3000)的刹车电路将Y轴刹车线路单独去掉再次闭合QF91空开分别测量XZW刹车回路的电流发现Z轴刹车电流为14A左右大大超出了电机刹车正常的工作电流可见Z轴电机刹车线圈也即将烧损.从故障情况分析该机床之所以出现刹车线圈及电机绕组烧坏现象主要原因在于厂家在设计各伺服轴刹车电路时未考虑到电机刹车线圈工作状态下电流值的大小随意选用大电流空开导致在正常状态下测量电机刹车线圈电阻阻值在24Ω左右运行时刹车线圈电压为直流24V可算出刹车线圈工作时的电流值在1A左右该机床4个直线轴电机均为相同型号刹车线圈工作电流基本一致因此该刹车电路总电流基本在4A左右而厂家选用的16A的空开大大超出刹车电路的电流上限因此即便伺服电机刹车线圈老化电流增大此空开也无法起到保护作用导致刹车线圈长时间受到大电流冲击而烧坏此外厂家对刹车电路未设置断路报警提示一旦任意一个直线轴电机刹车线圈烧坏空开跳闸整条刹车电路断电对应的XYZW等4个直线轴伺服电机刹车全部无法打开所有伺服轴都将在刹车未打开的状态下工作而且厂家选取的伺服电机扭矩较大即使刹车未打开在非满负荷工况下电机也不会出现过流报警导致电机负载及电流增大发热严重最终发生电机刹车线圈、电机绕组烧坏的情况该数控镗铣床在出现故障时工件只需要Y轴和Z轴参与加工其中Y轴是大范围移动Z轴只有短距离移动这也解释了为何只有Y和Z2个轴的电机受损比较严重而另外2个直线轴X和W轴电机未受过多影响的原因 　　 　　(3)改进措施故障排除后需要改进原刹车电路消除机床后期使用过程的故障隐患①刹车电路增加4个2A带辅助常闭触点的空开分别控制XYZW轴刹车线圈②在PMC中分别将来自4个辅助触点信号设置为X4.0X4.1X4.2X4.3用做报警信号如图3所示③增加对应PLC程序段(图4)图4中粗体程序段为新增部分电路改进后增加了相应报警文本以X轴为例当X轴刹车空开跳闸面板会显示A50.0的内容“X轴电机刹车线圈电源空开跳闸”此时机床进入急停状态最大程度地保护设备 　　 　　3.2案例 　　 　　(1)故障现象VMC2000数控加工中心采用FANUC18M系统Z轴在加工中出现OVC过流报警无法移动表现为机械负载大 　　 　　(2)故障分析造成Z轴OVC过流报警有可能是机械过载、导轨润滑不良、伺服单元故障、电机故障等原因采用“机电分开”的维修方式把Z轴电机与机械传动部件脱离后分别检查.关闭机床由于Z轴是重力轴首先要对其进行安全有效的支撑防止主轴箱和Z轴掉落造成对设备及人员的伤害将伺服电机和传动皮带脱开后本着“先机械后电气”的维修原则先对机械传动部分进行检查手动转丝杠预紧力适中表明机械负载问题不大丝杠丝母及两端轴承正常拆开护罩检查导轨润滑正常检查电气部分机床上电后在手轮方式下按0.01mm/min的转速缓慢进给Z轴出现OVC过流报警说明故障点在电气部分拆下伺服电机刹车接头测量刹车线圈电压为96V实际应为110V电压表面看起来基本正常怀疑是电机三相绕组绝缘不良所产生的过流报警由于Z轴电机所装部位空间狭小不利于操作测量将其拆下运回维修间进一步检查使用摇表测量显示电机三相之间和对地绝缘良好上操作台测试电机并使用110V稳压交流电源给电机刹车线圈刹车能够正常打开闭合电机能够运转正常说明故障点在机床控制刹车电路部分之前所测量出的刹车线圈电压为感应电无电流无法带动实际负载检查PLCI/O控制板110V电源侧连接有润滑泵、各类电磁阀、Z轴刹车以及电器柜风扇经过逐步排除最终确定故障点为电器柜散热风扇损坏致使共用变压器过热(但还没有烧毁)带载能力下降Z轴刹车无法打开在移动中导致Z轴负载过大出现OVC报警更换电器柜风扇后故障排除 　　 　　(3)改进措施购置新的变压器将Z轴刹车线圈电源独立出来检测并在空开跳闸时进行报警 　　 　　四、结语 　　 　　刹车电路控制直接关系到人身与设备安全是数控机床维护人员必须要重点关注的对于刹车控制电路设计人员和维修人员应该重点注意： 　　 　　(1)无论刹车线圈是24V还是110V应做到独立供电消除其他部件损坏带来的影响 　　 　　(2)刹车控制电路故障必须要有报警提示提示操作者及时停止机床运行 　　 　　(3)日常巡检到位发现设备异响或负载异常应及时处理 　　   。