三菱CNC伺服系統(tǒng)故障診斷及排除

黃 風(fēng)

（武漢興東機(jī)電設(shè)備工程公司，湖北武漢 430070）

故障1 上電后伺服電動(dòng)機(jī)電流持續(xù)上升直至報(bào)警

故障現(xiàn)象:有很多例這樣的情況，開(kāi)機(jī)不久，某一伺服電動(dòng)機(jī)就出現(xiàn)“過(guò)載”或“過(guò)電流”報(bào)警，有幾例是如果不驅(qū)動(dòng)伺服軸，該軸不報(bào)警，一旦僅僅做點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，也發(fā)生“過(guò)載”或“過(guò)電流”報(bào)警。而實(shí)際情況是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行。

分析及處理:既然是“過(guò)載”，“過(guò)電流”報(bào)警，應(yīng)該是伺服電動(dòng)機(jī)帶上了很大負(fù)載，但電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在是空載，為什么會(huì)出現(xiàn)這種故障現(xiàn)象呢?

打開(kāi)CNC上的“伺服監(jiān)視”畫(huà)面，觀察到只要發(fā)出“點(diǎn)動(dòng)”信號(hào)，伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后即使立即停止，電動(dòng)機(jī)電流持續(xù)上升，直到超過(guò)設(shè)定的極限后發(fā)出報(bào)警。

在調(diào)試階段:

（1）檢查電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)#2225，該參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤也會(huì)出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。

（2）檢查電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的三相電源U、V、W是否對(duì)應(yīng)，相序錯(cuò)誤會(huì)引起此類(lèi)故障。

（3）機(jī)械安裝有問(wèn)題，伺服電動(dòng)機(jī)軸受到了來(lái)自機(jī)械方面的過(guò)大的扭矩。伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性是保持在NC系統(tǒng)的“指令位置”，而來(lái)自機(jī)械方面的過(guò)大的扭矩迫使伺服電動(dòng)機(jī)離開(kāi)其“指令位置”，兩方面互相作用，伺服電動(dòng)機(jī)一直在不斷工作，所以在“伺服監(jiān)視”畫(huà)面就看到“電流持續(xù)上升”。

（4）如果“反向間隙”#2011、#2012設(shè)置過(guò)大也會(huì)加劇由于機(jī)械安裝不當(dāng)引起這類(lèi)過(guò)載現(xiàn)象。

故障排除:要求廠家將伺服電動(dòng)機(jī)拆下，檢查安裝的同心度及其他影響伺服電動(dòng)機(jī)軸受力的情況。重新安裝后，該故障排除。

也有幾例是工作過(guò)一段時(shí)間后電動(dòng)機(jī)仍然出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)重新拆裝電動(dòng)機(jī)后故障消除。

故障2 上電后運(yùn)行，伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)熱直至冒煙

故障現(xiàn)象:某客戶大型壓力機(jī)數(shù)控系統(tǒng)為三菱M64，伺服電動(dòng)機(jī)7.5 kW。交付使用3個(gè)月后，點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，該電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)發(fā)熱，手摸上去燙手，甚至冒煙。但并未出現(xiàn)“過(guò)載”、“過(guò)電流”報(bào)警。

觀察和分析:在顯示屏的“伺服監(jiān)視”畫(huà)面，電流偏高。用手摸伺服電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱燙手。該電動(dòng)機(jī)帶有抱閘，其電動(dòng)機(jī)發(fā)熱部位正是抱閘處，其余部位不發(fā)熱。因此判斷是抱閘未打開(kāi)，電動(dòng)機(jī)強(qiáng)制運(yùn)行而引起的摩擦發(fā)熱。

三菱伺服電動(dòng)機(jī)抱閘電壓是DC24V，不分極性，用萬(wàn)用表檢查控制柜內(nèi)的 DC24V電源，電壓達(dá)到DC24V，且上電后已發(fā)出打開(kāi)抱閘信號(hào)，電動(dòng)機(jī)是新的（假設(shè)電動(dòng)機(jī)不存在問(wèn)題），是哪個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題呢?

仔細(xì)觀察該設(shè)備，該設(shè)備是大型壓力機(jī)，從控制柜到伺服電動(dòng)機(jī)距離約10 m，這段距離可能造成電壓降。用萬(wàn)用表檢查伺服電動(dòng)機(jī)的抱閘接頭，其電壓只有DC22V，而標(biāo)準(zhǔn)要求為DC24V±5%，即抱閘電壓在DC22.8V～DC25.2V。很可能是由于抱閘接頭部的DC電壓過(guò)低，造成了抱閘不能打開(kāi)。

故障排除:將控制柜內(nèi)的DC24V電源電壓調(diào)高，使抱閘處電壓達(dá)到DC24V，這樣抱閘就可以打開(kāi)，電動(dòng)機(jī)可以正常運(yùn)行了。

小結(jié):運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)無(wú)故出現(xiàn)抖動(dòng)，運(yùn)行不暢，電動(dòng)機(jī)電流升高甚至過(guò)熱過(guò)載也應(yīng)該首先檢查抱閘是否打開(kāi)。三菱伺服電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)運(yùn)行能力較強(qiáng)，即使帶抱閘運(yùn)行，有時(shí)也未必報(bào)警，但可以觀察到運(yùn)行不暢，電動(dòng)機(jī)電流升高。因此，凡是出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不暢，檢查抱閘是必須的。

而且該抱閘對(duì)電壓的要求較高，如果達(dá)不到DC24V就可能時(shí)斷時(shí)續(xù)，引起電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的抖動(dòng)。

引起電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不暢的第二個(gè)原因是相序不對(duì)，相序不對(duì)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)顫動(dòng)、悶響，這是必須注意的。

故障3 伺服軸一運(yùn)動(dòng)就出現(xiàn)“過(guò)極限報(bào)警”。

基本配置:數(shù)控?zé)崽幚頇C(jī)床，三菱數(shù)控C64系統(tǒng)NC軸:5軸使用絕對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)。

故障現(xiàn)象:5個(gè)軸的絕對(duì)值原點(diǎn)全部能正常設(shè)置，無(wú)報(bào)警;但點(diǎn)動(dòng)試運(yùn)行時(shí)，第1～4軸能正常運(yùn)行，第5軸不能正常運(yùn)行，一運(yùn)動(dòng)就出現(xiàn)“過(guò)極限報(bào)警”。

檢查:第5軸軟極限參數(shù)#2013、#2014設(shè)置正常，該參數(shù)沒(méi)有問(wèn)題。

將第5軸改為“相對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”，可點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。不出現(xiàn)”過(guò)極限報(bào)警”。客戶稱(chēng)該系統(tǒng)參數(shù)是直接從另一多軸（8軸）系統(tǒng)復(fù)制過(guò)來(lái)的。

分析:如果該現(xiàn)象與“絕對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”有關(guān)，為何其他4軸能在“絕對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”下正常工作?如果與軸數(shù)有關(guān)，同樣系統(tǒng)已使用多次，如果與參數(shù)有關(guān)，為何在“相對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”下能夠點(diǎn)動(dòng)?

判斷:既然第5軸在“絕對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”下點(diǎn)動(dòng)出現(xiàn)“過(guò)極限報(bào)警”報(bào)警，而在“相對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”又可正常工作，該系統(tǒng)可控制NC軸為8軸，所以可判定系統(tǒng)硬件無(wú)問(wèn)題，問(wèn)題仍然是參數(shù)問(wèn)題，要么有某一參數(shù)在起作用，要么有參數(shù)互相沖突。

處理:繼續(xù)檢查參數(shù)，特別是檢查“絕對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”與軟極限有關(guān)的參數(shù)，當(dāng)檢查到參數(shù)#8204時(shí)，發(fā)現(xiàn)第5軸參數(shù)與其他軸不同，將其修改后，第5軸能夠正常運(yùn)行;參數(shù)#8204的含義是——行程極限負(fù)值，參數(shù)#8202、#8203、#8204、#8205 都與行程范圍有關(guān);參數(shù)#8204，#8205規(guī)定了第2類(lèi)行程限制范圍，而參數(shù)#8202、#8203規(guī)定了對(duì)第2類(lèi)行程限制范圍的檢查是有效還是無(wú)效，一般默認(rèn)值是有效;所以一旦對(duì)第2類(lèi)行程限制范圍設(shè)定了數(shù)值（設(shè)定了參數(shù)#8204、#8205的數(shù)值），上電后就進(jìn)行檢查。

對(duì)于上述的故障現(xiàn)象而言:在使用“絕對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”時(shí)，系統(tǒng)在上電后就已經(jīng)建立了坐標(biāo)系，如果對(duì)第2類(lèi)行程極限也進(jìn)行了設(shè)置，系統(tǒng)一直在進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)行程極限很小時(shí)，一點(diǎn)動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。

而使用“相對(duì)值檢測(cè)系統(tǒng)”時(shí)，上電后并未馬上進(jìn)行回原點(diǎn)操作，系統(tǒng)尚未建立坐標(biāo)系，所以可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作而不報(bào)警。這就是造成令人迷惑的原因。

故障4 伺服軸運(yùn)行出現(xiàn)悶響

故障現(xiàn)象:某配用三菱M64系統(tǒng)的加工中心經(jīng)過(guò)搬遷后重新安裝，客戶報(bào)告開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)X軸工作臺(tái)運(yùn)行出現(xiàn)極大的悶響聲。而在原廠運(yùn)行時(shí)一切正常。原參數(shù)未修改過(guò)。

分析:伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)悶響是振動(dòng)的一種，一般是伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率區(qū)域與機(jī)床固有頻率區(qū)重合，形成共振而表現(xiàn)成劇烈的振動(dòng)。該加工中心經(jīng)過(guò)搬遷后重裝，其固有頻率可能發(fā)生改變，形成共振。

處理:建議客戶修改參數(shù)#2238。該參數(shù)的作用是設(shè)定“共振頻率”，即使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)避開(kāi)這一頻率。若機(jī)床的安裝比以前更緊固，共振頻率會(huì)降低，則降低該參數(shù)值，反之升高。照此建議修改參數(shù)后振動(dòng)消除。

故障5 伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)有悶響聲，電動(dòng)機(jī)有發(fā)熱現(xiàn)象

基本配置:立式淬火機(jī)床，E60數(shù)控系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)軸為垂直軸。該機(jī)床剛交付使用。

故障現(xiàn)象:伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)有悶響聲，電動(dòng)機(jī)有發(fā)熱現(xiàn)象。

分析與處置:建議客戶先檢查參數(shù)，發(fā)現(xiàn)速度環(huán)增益參數(shù)#2205=60，這一參數(shù)設(shè)置值遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)值，要求客戶將#2205參數(shù)設(shè)置為適當(dāng)值 #2205=150后，故障消除。當(dāng)#2205參數(shù)設(shè)置過(guò)小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)上電后顫動(dòng)、抖動(dòng)、巨大噪聲等現(xiàn)象。

對(duì)于成批交貨的機(jī)床，可能會(huì)出現(xiàn)參數(shù)未正確設(shè)定的現(xiàn)象。速度環(huán)增益參數(shù)#2205是重要數(shù)。

對(duì)于電動(dòng)機(jī)發(fā)熱問(wèn)題的處理:對(duì)立式淬火機(jī)床而言，其伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)垂直軸運(yùn)行，垂直方向帶有平衡配重，如果平衡配重不合理，就會(huì)造成電動(dòng)機(jī)上下行的工作負(fù)載相差過(guò)大，電動(dòng)機(jī)某一方向運(yùn)行時(shí)電流過(guò)大，電動(dòng)機(jī)就會(huì)發(fā)熱。

簡(jiǎn)易的調(diào)整方法是:打開(kāi)“伺服電動(dòng)機(jī)診斷畫(huà)面”，觀察伺服電動(dòng)機(jī)上下行運(yùn)行時(shí)的電流，先調(diào)整穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流，通過(guò)加減配重塊使上下行穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流大致相等。再觀察加減速時(shí)的電流是否有超過(guò)額定電流3倍的情況，如果有這種情況，就將加減速時(shí)間延長(zhǎng)，使最大電流減小。

故障6 上電后，系統(tǒng)總是出現(xiàn)“S01 0052”系統(tǒng)過(guò)載報(bào)警

故障現(xiàn)象:數(shù)控車(chē)床配三菱E60數(shù)控系統(tǒng)，上電后，系統(tǒng)總是出現(xiàn)“S01 0052”系統(tǒng)過(guò)載報(bào)警。

發(fā)生時(shí)段:交付使用1年后。

分析與判斷:上電后機(jī)床沒(méi)有動(dòng)作就出現(xiàn)“過(guò)載”顯然不是正常報(bào)警。先檢查外圍的問(wèn)題如接地、動(dòng)力電的絕緣。最后查明是伺服驅(qū)動(dòng)器上的三相電源線有一相松動(dòng)，這是一個(gè)很隱蔽的故障。系統(tǒng)也沒(méi)有發(fā)出“電源斷相”報(bào)警，而發(fā)出“過(guò)載報(bào)警”。這可作為一典型實(shí)例。

故障7 Z軸一移動(dòng)就“過(guò)載報(bào)警”

故障現(xiàn)象:大型熱處理機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)為三菱E68系統(tǒng)Z軸一移動(dòng)就出現(xiàn)“過(guò)載”報(bào)警。

發(fā)生時(shí)段:交付使用3個(gè)月后。

觀察與分析:電動(dòng)機(jī)已經(jīng)脫開(kāi)負(fù)載，獨(dú)立運(yùn)行，用手輪移動(dòng)該軸，觀察到顯示屏上Z軸位置數(shù)據(jù)變化，電動(dòng)機(jī)無(wú)反應(yīng)，操作2.3 s就發(fā)生“過(guò)載報(bào)警”。復(fù)位后系統(tǒng)又正常。

用手輪移動(dòng)觀察到顯示屏上Z軸位置數(shù)據(jù)變化說(shuō)明系統(tǒng)正常，2.3 s后報(bào)警，而電動(dòng)機(jī)又不帶負(fù)載，因此判斷:（1）外圍配線的接地，絕緣有故障;（2）抱閘未打開(kāi);（3）驅(qū)動(dòng)器及電動(dòng)機(jī)有故障。

檢查到抱閘時(shí)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)上的抱閘電源插頭松動(dòng)，而且抱閘電源線太細(xì)，按要求應(yīng)該0.5 mm2。線徑太細(xì)造成壓降大，要求廠家更換抱閘電源插頭和電源線后，故障消除。

故障8 E60系統(tǒng)出現(xiàn)“EMG 009F”和“SVR 0052”報(bào)警

故障現(xiàn)象:某客戶焊接機(jī)使用三菱E60數(shù)控系統(tǒng)，有兩伺服軸。其A軸為旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，Y軸為直線軸帶動(dòng)焊槍前進(jìn)后退，該系統(tǒng)運(yùn)行3個(gè)月后客戶報(bào)告CNC系統(tǒng)出現(xiàn)”急停”報(bào)警，報(bào)警號(hào)為:“EMG 009F”和“SVR 0052”系統(tǒng)處于急停狀態(tài)，不能正常運(yùn)行。該報(bào)警是“電池電壓低”和“編碼器電纜故障”。

分析和判斷:要求客戶自行更換電池后，仍然未消除報(bào)警。筆者到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后對(duì)CNC系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)觀察。報(bào)警號(hào)依然是:“EMG 009F”和“SVR 0052”。

這些報(bào)警與伺服系統(tǒng)相關(guān)，進(jìn)一步在“伺服監(jiān)視”畫(huà)面觀察，發(fā)現(xiàn)上電后A軸編碼器電流直線上升，直到出現(xiàn)報(bào)警:“0050”——負(fù)載過(guò)大報(bào)警。而當(dāng)時(shí)該軸電動(dòng)機(jī)已經(jīng)拆下擺在地上，顯然這樣報(bào)警是編碼器已經(jīng)發(fā)生故障所引起。而同時(shí)Y軸電動(dòng)機(jī)上電后出現(xiàn)一次猛烈竄動(dòng)，隨即報(bào)警“0052”——誤差過(guò)大。而當(dāng)時(shí)未對(duì)系統(tǒng)有任何操作。電動(dòng)機(jī)也已經(jīng)拆下擺在地上。因此判斷Y軸編碼器也出現(xiàn)故障。

這次該設(shè)備兩伺服電動(dòng)機(jī)編碼器同時(shí)發(fā)生故障，從質(zhì)量管理學(xué)的角度來(lái)說(shuō)應(yīng)該是一個(gè)“固定因素”在起作用，而不是偶然的因素。將損壞的編碼器拆開(kāi)檢查，發(fā)現(xiàn)編碼器的地線燒毀，其形成的煙霧顆粒遮住了編碼器的檢測(cè)部件，所以造成了編碼器故障。

判斷:系統(tǒng)內(nèi)有強(qiáng)電通過(guò)。這印證了工廠維修人員反映發(fā)生故障后，打開(kāi)機(jī)柜，聞到一股電氣燒糊味道的情況。仔細(xì)查看電氣柜并詢問(wèn)工廠維修人員，證實(shí)電柜的地線與零線相連。而在三菱CNC是禁止地線接到零線上的。可以判定有強(qiáng)電是通過(guò)零線進(jìn)入到CNC系統(tǒng)。

處置:（1）要求客戶正確連接地線;（2）更換兩臺(tái)編碼器后系統(tǒng)恢復(fù)正常。CNC系統(tǒng)未出現(xiàn)報(bào)警。

故障9 三菱C64系統(tǒng)發(fā)生S01 0018報(bào)警

故障現(xiàn)象:客戶的大型工作機(jī)械，采用三菱C64系統(tǒng)，其伺服電動(dòng)機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間距離超過(guò)20 m，系統(tǒng)不時(shí)出現(xiàn)內(nèi)部報(bào)警，不能正常工作。而同一臺(tái)設(shè)備另外幾套伺服系統(tǒng)卻不發(fā)生報(bào)警，其差別在于伺服電動(dòng)機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間距離小于10 m。

分析與判斷:由于同一臺(tái)設(shè)備的伺服系統(tǒng)型號(hào)相同，其差別在于伺服電動(dòng)機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間距離不同，分析是編碼器電纜制作有問(wèn)題。仔細(xì)檢查編碼器電纜制作圖，當(dāng)電纜長(zhǎng)度大于15 m時(shí)，其制作方法與小于15 m時(shí)有所不同。在電纜長(zhǎng)度大于15 m時(shí)，要求對(duì)電源線實(shí)行3根線并聯(lián)絞合，而且要求每條電線粗0.5 mm2。

檢查客戶實(shí)際制作的電纜，電源線只用了1根0.12 mm2的電線，這當(dāng)然不符合編碼器電纜制作要求。由于電纜線太細(xì)，電纜過(guò)長(zhǎng)，造成電源電壓壓降過(guò)大，以致編碼器工作電壓不足，所以編碼器不能正常工作，造成系統(tǒng)報(bào)警。

處理:按編碼器電纜制作要求，將3根0.5 mm2線絞合并聯(lián)制作電源線，故障消除并且沒(méi)有再發(fā)生。

這種現(xiàn)象在使用三菱通用伺服系統(tǒng)MR－J2S，MR－J3S也出現(xiàn)，按同樣方式可解決。

故障10 數(shù)控車(chē)床加工端面時(shí)，表面出現(xiàn)周期性波紋

故障現(xiàn)象:三菱E60系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床，在加工端面時(shí)，表面出現(xiàn)周期性波紋。

分析與處理:數(shù)控車(chē)床端面加工時(shí)，表面出現(xiàn)振紋的原因很多，在機(jī)械方面如刀具、絲杠、主軸等部件的安裝不良、機(jī)床的精度不足等等都可能產(chǎn)生以上問(wèn)題。但該故障周期性出現(xiàn)，有一定規(guī)律，一般應(yīng)與主軸的位置反饋系統(tǒng)有關(guān)，但仔細(xì)檢查機(jī)床主軸各部分，卻未發(fā)現(xiàn)任何不良。仔細(xì)觀察振紋與X軸的絲杠螺距相對(duì)應(yīng)，因此對(duì)X軸進(jìn)行了檢查。其結(jié)構(gòu)是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠間通過(guò)齒形帶進(jìn)行聯(lián)接，位置反饋編碼器采用的是分離型布置。檢查發(fā)現(xiàn)X軸的分離式編碼器安裝位置與絲杠不同軸，即:編碼器軸心線與絲杠軸心線不在同一直線上，從而造成了X軸移動(dòng)過(guò)程中的編碼器的旋轉(zhuǎn)不均勻，反映到加工中，則出現(xiàn)周期性波紋。重新安裝、調(diào)整編碼器后，機(jī)床恢復(fù)正常。