數(shù)控車床變頻器故障維修實(shí)例

高浩國(guó)

（勝利油田勝機(jī)石油裝備有限公司，山東東營(yíng) 257067）

目前，國(guó)產(chǎn)普及型數(shù)控車床的主軸一般配置變頻器，采用變頻方式實(shí)現(xiàn)主軸的變速。在數(shù)控車床使用現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)發(fā)生相關(guān)變頻器故障，若不能及時(shí)排除這些故障其主軸就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使整臺(tái)數(shù)控車床停機(jī)而影響生產(chǎn)。

1 實(shí)例一:變頻器破壞性故障

1．1 故障現(xiàn)象

現(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)主軸配置日立SJ300－110HFE變頻器的CAK6163Di數(shù)控車床在執(zhí)行加工程序循環(huán)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中，操作者突然聽(tīng)到“嘭”的一聲、機(jī)床主軸自然減速停止就再也不能正常啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)了。從此，機(jī)床送電后總電源斷路器馬上跳閘。

1．2 故障檢查

打開(kāi)機(jī)床后面電控柜，聞到焦糊氣味、發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)有煙霧、變頻器仍在冒煙，初步判斷變頻器出現(xiàn)故障。去掉變頻器的R、S、T三相電源線及主軸電動(dòng)機(jī)的U、V、W電源線，拆下變頻器控制線，把變頻器從機(jī)床拆除，對(duì)其拆檢:

（1）操作面板檢查:其 RUN、FUNC、STR、STOP/RESET等按鍵完好且壓下、彈起動(dòng)作正常;小顯示窗完好;通訊水晶插頭完好。

（2）控制板檢查:控制板與操作面板通訊的水晶插頭完好?？刂瓢迮c驅(qū)動(dòng)板通訊的扁平電纜完好無(wú)斷線、短路現(xiàn)象。60針控制端子排完好無(wú)燒損現(xiàn)象?？刂瓢逭嫔细鱾€(gè)集成電路、貼片電阻、電容、二極管等元件無(wú)明顯燒損、爆裂、變色等跡象;各印刷線無(wú)明顯燒熔、燒斷等跡象;控制板背面的HD64F7065F60型DSP芯片完好、SN7534051、29LV200BC－70PFTN、M5V108DVP等集成電路完好、各個(gè)貼片電阻、電容、二極管等元件也無(wú)明顯燒損、爆裂、變色等跡象;各印刷線也無(wú)明顯燒斷等跡象。

（3）經(jīng)檢查，8個(gè)680 μF的直流電解電容完好。

（4）驅(qū)動(dòng)板檢查:該印刷電路板（PCB）正面有油污、煙灰，但無(wú)明顯損壞跡象;驅(qū)動(dòng)板背面已被煙灰熏黑、已經(jīng)全部布滿煙灰，其主電源R相、S相不僅粗條狀印刷銅線明顯燒損、熔化嚴(yán)重、而且已經(jīng)燒損到印刷板基體，S相粗條狀印刷線也明顯燒損、熔化，印刷板基體燒損情況相比R相、S相較輕。鑒于這些明顯損壞情況，懷疑焊在驅(qū)動(dòng)板背面的富士7MBR50SD120晶體模塊可能損壞。該晶體模塊是該驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵集成元件，它集成了多個(gè)整流二極管、逆變晶體管、晶閘管、熱敏電阻等元件，其內(nèi)部等效電路圖見(jiàn)圖1。后來(lái)購(gòu)到 1件富士7MBR50SD120晶體模塊，先后用MF500－B型萬(wàn)用表檢查了2件晶體模塊（其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1）。從測(cè)試結(jié)果可以看出:懷疑模塊與完好模塊的整流部分、再生制動(dòng)部分的內(nèi)部元件測(cè)試結(jié)果相近，而其逆變部分中懷疑模塊內(nèi)部上排3列的晶體管測(cè)試值異常（已用黑粗體標(biāo)出），改變?nèi)f用表極性、其2個(gè)測(cè)試值均為0．4 Ω（均屬于導(dǎo)通狀態(tài)），應(yīng)為1個(gè)測(cè)試值較小（阻值范圍從數(shù)歐姆到數(shù)十歐姆均屬于導(dǎo)通狀態(tài)）、另1個(gè)數(shù)值無(wú)限大（屬于不通狀態(tài)）。故確診該懷疑模塊已經(jīng)破壞性損壞。

表1 用MF500－B型萬(wàn)用表檢查2件7MBR50SD120晶體模塊情況表

1．3 故障處理

該例變頻器故障已經(jīng)準(zhǔn)確定位到驅(qū)動(dòng)板、屬破壞性故障。該變頻器是原裝進(jìn)口的，若整臺(tái)采購(gòu)不僅價(jià)格昂貴，而且采購(gòu)周期長(zhǎng)?？刹捎没謴?fù)故障驅(qū)動(dòng)板或更換故障驅(qū)動(dòng)板兩種方案來(lái)排除該例破壞性故障。

（1）采用恢復(fù)驅(qū)動(dòng)板方案——元件級(jí)維修

把故障驅(qū)動(dòng)板煙灰清理干凈。把已壞的富士7MBR50SD120晶體模塊從故障驅(qū)動(dòng)板上拆焊下來(lái)，再把從市面采購(gòu)的完好模塊焊上。焊時(shí)需注意:模塊的1、2、3、4、5、6、7、21、22、23、24、26 引腳均為雙焊點(diǎn)，雖焊點(diǎn)間距較大，但其工作電流大，需焊實(shí)、焊牢。模塊的 8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25 引腳均為單焊點(diǎn)且焊點(diǎn)間距較小，各個(gè)焊點(diǎn)不僅要焊實(shí)、焊牢，注意焊點(diǎn)間還不能焊短路了。通過(guò)測(cè)量知道驅(qū)動(dòng)板已經(jīng)燒損的R、S、T三相粗條狀主電源銅印刷線分別連接7MBR50SD120晶體模塊的1、2、3引腳，用3根4 mm2導(dǎo)線分別“飛線”焊于R－1、S－2、T－3間，使工作電流避開(kāi)已經(jīng)燒損的印刷線而直接從外引導(dǎo)線流過(guò)。這樣恢復(fù)驅(qū)動(dòng)板后進(jìn)行組裝，從而恢復(fù)驅(qū)動(dòng)板以修復(fù)該變頻器來(lái)排除該例破壞性故障。

（2）采用更換故障驅(qū)動(dòng)板方案——印刷電路板（PCB）級(jí)維修

直接從市面購(gòu)買印刷電路板——更換其驅(qū)動(dòng)板。在更換該印刷電路板時(shí)須注意3點(diǎn):①把7MBR50SD120晶體模塊底面以及與其接觸的散熱片頂面涂上導(dǎo)熱硅脂（一定要涂勻、否則影響傳導(dǎo)散熱效果）。②把驅(qū)動(dòng)板J61端子引線短接。③把主電路端子排的下排PD（+1）、P（+）兩個(gè)大端子短接。這樣，更換驅(qū)動(dòng)板后進(jìn)行組裝，以修復(fù)該變頻器來(lái)排除該例破壞性故障。

2 實(shí)例二:變頻器參數(shù)故障

2．1 故障現(xiàn)象

現(xiàn)場(chǎng)1臺(tái)主軸配置艾默生TD2000－4T0075G變頻器的數(shù)控車床出現(xiàn)故障:機(jī)床在加工完工件后、主軸制動(dòng)減速過(guò)程中變頻器報(bào)警（故障報(bào)警代碼為E002），變頻器出現(xiàn)該報(bào)警后，機(jī)床主軸不能正常啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，只能通過(guò)按下變頻器操作面板的“停止/復(fù)位”按鍵或切斷機(jī)床電源再重新上電的辦法取消該報(bào)警信息后才能重新啟動(dòng)主軸。該報(bào)警出現(xiàn)的越來(lái)越頻繁。

2．2 故障分析與處理

該故障機(jī)床在現(xiàn)場(chǎng)不到2 min就能加工完1個(gè)工件，工作過(guò)程中主軸啟動(dòng)、停止頻繁。變頻器該報(bào)警是由于減速時(shí)間太短引起減速運(yùn)行過(guò)電流造成的。因此，想通過(guò)調(diào)整變頻器參數(shù)以延長(zhǎng)主軸減速時(shí)間來(lái)排除該參數(shù)故障。把“F10減速時(shí)間參數(shù)”由原來(lái)“9“調(diào)整延長(zhǎng)為“16”后報(bào)警消失。具體方法:按“編程鍵”（PRG）1次→按“增加鍵”9次→按“功能與參數(shù)存儲(chǔ)鍵”（FUNC/DATA）1次→按“增加鍵”7次、把其數(shù)值由“9”增加到“16”為止→按“功能與參數(shù)存儲(chǔ)鍵”（FUNC/DATA）1次→按PRG“編程鍵”1次→返回原狀態(tài)、機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 實(shí)例三:相關(guān)變頻器參數(shù)故障

3．1 故障現(xiàn)象

現(xiàn)場(chǎng)1臺(tái)數(shù)控車床的床頭箱內(nèi)1對(duì)相互嚙合的傳動(dòng)齒輪斷齒，機(jī)床不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)加工現(xiàn)場(chǎng)工件。

3．2 故障分析與處理

該機(jī)床所加工工件要求工藝轉(zhuǎn)速為620 r/min，該轉(zhuǎn)速正是通過(guò)這對(duì)已經(jīng)斷齒的嚙合齒輪獲得，而且這個(gè)轉(zhuǎn)速是機(jī)械換檔的最高速了，下一檔轉(zhuǎn)速是520 r/min。該機(jī)床若采用520 r/min轉(zhuǎn)速加工該工件就達(dá)不到工藝精度要求了。生產(chǎn)訂單工期很緊，若重新加工或市面采購(gòu)該對(duì)齒輪，機(jī)床得停機(jī)等配件至少3天，生產(chǎn)上等不及。該機(jī)床已經(jīng)改造過(guò)、且主軸配置了艾默生TD2000－4T0075G變頻器，故想通過(guò)調(diào)整變頻器參數(shù)來(lái)達(dá)到620 r/min的工藝轉(zhuǎn)速，對(duì)其“F05基本運(yùn)行頻率參數(shù)”進(jìn)行調(diào)整（由50調(diào)整提高到60）。具體方法:按“編程鍵”（PRG）1次→按“增加鍵”4次→按“功能與參數(shù)存儲(chǔ)鍵”（FUNC/DATA）1次→按“增加鍵”多次、直到把其數(shù)值由50增加到60為止→按“功能與參數(shù)存儲(chǔ)鍵”（FUNC/DATA）1次→ 按“編程鍵”（PRG）1次→返回原狀態(tài)。該參數(shù)修改后，通過(guò)變頻器調(diào)速使機(jī)床達(dá)到了620 r/min的工藝轉(zhuǎn)速，有效保證了生產(chǎn)訂單的按期完成。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了3例數(shù)控機(jī)床相關(guān)變頻器故障。對(duì)實(shí)例1不僅介紹故障現(xiàn)象、故障檢查內(nèi)容，還提出了元件級(jí)、印刷電路板級(jí)兩個(gè)維修方案。對(duì)實(shí)例2不僅介紹故障現(xiàn)象、分析故障原因，也給出了具體排除故障方法。對(duì)實(shí)例3不僅介紹故障情況，也給出了具體排除故障方法。排除這些現(xiàn)場(chǎng)故障不僅減少了機(jī)床故障停機(jī)等配件時(shí)間，節(jié)省了機(jī)床配件加工、購(gòu)買、維修等費(fèi)用。

［1］黃俊，王兆安．電力電子變流技術(shù)［M］．3版．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997．

［2］黃家善，王廷才．電力電子技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007．

［3］宋書(shū)中．交流調(diào)速系統(tǒng)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001．

［4］龔仲華．?dāng)?shù)控機(jī)床故障診斷與維修500例［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004．

［5］廖曉鐘．電氣傳動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)［M］．北京:中國(guó)電力出版社，1998．