XK715C数控机床主轴电气故障维修分析

[摘 要] 本文从西门子810D数控立式铣床XK715C的主轴电气故障诊断案例出发，分析西门子810D数控机床的连接配置以及故障诊断方法，为维修人员提供维修过程中的分析思路。

[关键词] 数控系统 维修 故障分析

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：

1 机床系统硬件配置

机床控制硬件由数控系统CCU3、操作面板MMC103、标准面板MCP、外设I/O信号模块、SIMODRIVE 611D电源与驱动模块、伺服电动机、主轴编码器等组成，其硬件结构连接如图1所示。操作面板MMC103 和标准面板MCP 通过MPI 总线与数控系统CCU3相连，外设I/O信号模块通过外设数据总线与数控系统CCU3相连，主轴编码器连接到数控系统CCU 的X416 接口进行速度反馈。

2 主轴编码器报警故障分析

2.1 故障现象

数控系统能正常起动，CCU3上面的7段码数值显示为“6”，代表系统正常启动，但机床主轴不能正常运行。运行后，OP操作界面上显示主轴相关报警，报警代码为：21612、25201、300504。通过诊断手册查询相应报警内容，显示如下：

21612：通道1轴S1 /SP1 VDI信号“伺服使能”位移时被复位；

25201：轴 SP1伺服故障；

300504：轴 S1驱动SP电机变频器出错。

2.2 故障分析

数控系统起动正常，这表明PLC 检测到所有的设备是正常的。但是机床正常工作还需要许多其它的外部条件，只有这些条件都满足后，机床才能正常工作。当机床进行加工时， 系统首先进行自检，发现故障后，则立即输出报警。

通常在机床故障报警信息的时候，要能够分清报警的主次关系，这样才能够更容易找到故障原因，而不至于被各种报警困扰思路。在本次故障案例中，25201报警为“伺服故障”，该报警所表示的并不是主轴伺服驱动本身的故障，而是说明主轴伺服控制回路中存在故障，而主轴伺服控制回路包括伺服功率单元、控制单元（在该机床系统中控制单元集成CCU3上）、主轴电机、主轴编码器、编码器电缆。同样的报警21612，提示为通道1轴S1 /SP1 VDI信号“伺服使能”位移时被复位，并不是代表给主轴驱动上使能的外部条件，或者内部PLC条件被中断，而导致使能复位。该报警通常是由于出现伺服控制回路的故障，系统处于安全因素内部自动断开使能信号。因此，通常情况下数控系统出现报警21612、25201都不会单独出现，也就是说，21612、25201报警不是主要因素，而是被动发生的。

接下来分析报警300504，这是典型的伺服驱动方面的报警，，需要检查点有如下方面：

？ 编码器电缆接线和驱动电机与611D模块间的插头；

？ 检测暂时性的中断，比如接触不良；

？ 检测控制模块前板的保护支架；

？ 使用西门子原产装备的编码器电缆；

？ 替换电机、编码器、电缆；

？ 如果使用的是齿轮编码器，检测齿轮和传感器之间的距离，交换传感器或损坏的齿轮；

？ 检测编码器、编码器电缆和保护屏是否接触不良或电缆断开。

2.3 故障处理

根据以上分析检查点可以看出，检验的重点是编码器、电缆、插头、以及X轴功率模块及电机。先检查驱动电机与611D模块之间的插头、直流母线铜排，并对其进行加固处理。处理完毕后，启动机床，相同的报警再次出现。接下来检查更换相同型号的伺服功率模块，上电启动机床，依旧出现相同的故障信息，说明故障点并非出在功率模块上。

随后考虑检验电机是否损坏，由于拆开机床的机械部分来检查电机会很费时费力，尤其是该立式铣床XK715C的主轴采用1PH2186主轴电机，电机非常大，非常不容易拆卸。因此检检查电机好坏的这项就应当放到最后面。可以通过检查电机接线头处、引线处等部位，并用兆欧表检查电机的三相绕组，再用接地故障检查方法检查电机，发现电机并没有明显的损坏的现象。剩下的重点分析对象集中在编码器上，由于该主轴电机采用的是齿轮式编码器，检测齿轮和传感器之间的距离，发现其距离满足编码器说明书所标称的距离，并且编码器的齿轮也没有明显的不良。

问题比较集中在齿轮编码器上，齿轮编码器SIZAG 2（订货号为6FX2001-8AA03）。为了确定是齿轮编码器的故障，而主轴电机本体方面不存在故障，可以采取屏蔽编码器的方法。在该故障案例中采用810D系统对1PH2主轴电机的开环V/F控制，通过驱动参数MD1014设置为1，这样激活主轴驱动的开环V/F控制，同时把驱动参数MD1100设置为8KHz，这样可以屏蔽由于主轴开环V/F控制导致的频率报警“300742”。在开环V/F控制模式下，主轴运行各段测试速度，主轴电机及机床运行正常。这说明主轴电机不存在故障，出现报警：300504以及300608的故障原因是齿轮编码器导致的。

故障解决：齿轮编码器更换上之后，恢复主轴正常速度控制模式，系统故障消失，机床正常运行。

3 主轴温度报警故障分析

3.1 故障现象及检查点

启动机床运行，出现报警“300613：超过主轴电机最大允许温度”、“300614：超过主轴电机温度。在西门子电机中，电机温度通过温度传感器KTY 84 测量，并通过电机编码器电缆传到模块。如果系通过KTY84传感器检测到电机温度超过了允许的最大电机温度 MD 1607中设置的电机温度关闭限制值，则出现相应的电机温度报警。出现温度报警的检查点如下：

？ 电机负载过重；

？ 控制电机数据，可能因为错误的电机数据机床电流太大；

？ 控制温度传感器；

？ 检查电机编码器连接；

？ 电机编码器损坏；

？ 控制电机通风机；

？ 电机匝间短路；

？ 611D 控制模块损坏。

3.2 故障处理

数控系统提示主轴温度报警，通过系统诊断界面下的服务显示功能查看到电机温度显示大于250度，检查主轴电机本身温度正常，主轴电机风机也正常。由于主轴电机经过上一例故障中，已经检查过驱动功率模块、电机本身、编码器电缆、以及更换过齿轮编码器。因此主要考虑是KTY84传感器故障。由于生产中任务比较紧急，拆卸电机不方便，因此可以考虑屏蔽温度报警。通过设置驱动参数MD1601，设置MD1601.bit13=1、MD1601.bit14=1，这样可以屏蔽电机温度报警300613、300614。但是必须要注意的是，屏蔽电机温度报警需要维修人员能够确认电机没有由于短路、驱动模块故障、负载过大以及风机故障等报警引起，否则屏蔽温度报警会导致驱动模块或电机损坏。

故障处理：通过设置驱动参数MD1601.bit13=1屏蔽报警300613、MD1601.bit14=1屏蔽报警300614，温度报警屏蔽之后主轴电机正常运行。

4.结束语

数控设备是一种自动化程度高，结构复杂的加工设备。由于出现故障的时候，动作触发的时序不一样，系统内部的报警信息会有主次的区别。要能够分清报警的主次关系，这样才能够更容易找到故障原因，而不至于被各种报警困扰思路。

参考文献

[1] 陈先锋. SIEMENS数控技术应用工程师——SINUMERIK 810D/840D数控系统功能应用与维修调整教程[M]. 北京：人民邮电出版社，2010.

[2] SIEMENS IA&DT， SINUMERIK 810D Configuring CCU Equipment Manual. Germany： 2006.