李葆平

（貴州永紅航空機(jī)械有限責(zé)任公司 貴州貴陽 550009）

0 引言

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代德國西門子公司研發(fā)的一款數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，它可以與計(jì)算機(jī)直接連接并實(shí)現(xiàn)各種操作，驅(qū)動(dòng)過程包含各個(gè)不同的模塊部分。840D數(shù)控系統(tǒng)操作過程中，驅(qū)動(dòng)接口與控制通過數(shù)字進(jìn)行顯示，結(jié)果更加清晰，其硬件結(jié)構(gòu)比其他數(shù)控系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單且功能更強(qiáng)大。

1 西門子840D系統(tǒng)組成與優(yōu)點(diǎn)

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)包含人機(jī)界面和數(shù)控與驅(qū)動(dòng)單元2個(gè)組成部分。人機(jī)界面類似計(jì)算機(jī)，對(duì)840D數(shù)控系統(tǒng)實(shí)施操控完成作業(yè)；數(shù)控和驅(qū)動(dòng)單元是實(shí)現(xiàn)具體指令的模塊，人機(jī)界面類似于人的大腦與心臟，數(shù)控和驅(qū)動(dòng)單元屬于人的四肢。西門子840D數(shù)控系統(tǒng)可以持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的重要原因即是上述兩大系統(tǒng)之間的密切配合，其中任何一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障都可能對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成影響。

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中具有非常明顯的特征與優(yōu)勢(shì)，一般表現(xiàn)為穩(wěn)定性強(qiáng)、故障發(fā)生率較低、系統(tǒng)使用壽命相對(duì)更長(zhǎng)。由于很多客觀或主觀因素的影響，840D數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)一些故障。

2 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷與維修

（1）DMG5軸立臥兩用5軸加工中心DMC125U，西門子840D系統(tǒng)，611D數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)。主軸啟動(dòng)至3000 r/min時(shí)設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)，但＞3000 r/min轉(zhuǎn)剎車時(shí)，611D電源單元錯(cuò)誤，報(bào)警過電壓，機(jī)床停止工作。

分析故障現(xiàn)象，主軸旋轉(zhuǎn)過程中沒有異聲，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)也無異樣，可排除主軸機(jī)械故障。拆卸主軸端動(dòng)力線纜，用兆歐表測(cè)量檢查線路和主軸電機(jī)絕緣狀況，無異常；拆卸檢查主軸驅(qū)動(dòng)器和電源模塊，電路板和元件沒有明顯損壞痕跡，交換主軸驅(qū)動(dòng)器后故障依舊存在；對(duì)611D電源單元進(jìn)行交換后發(fā)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移，將損壞電源單元修復(fù)后機(jī)床恢復(fù)正常工作。

（2）中捷落地鏜床，主軸帶機(jī)械齒輪檔位，西門子系統(tǒng)840D系統(tǒng)，611D數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)。執(zhí)行主軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，主軸發(fā)出噠噠異聲，降低轉(zhuǎn)速后主軸來回?cái)[動(dòng)且存在異聲，持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間后報(bào)警300608。

檢查主軸機(jī)械部分，排除機(jī)械異常問題。使用兆歐表檢查主軸電機(jī)線圈未發(fā)現(xiàn)故障。硬件故障范圍縮小到主軸驅(qū)動(dòng)器和編碼器，拆卸主軸驅(qū)動(dòng)器后發(fā)現(xiàn)散熱孔布滿灰塵，打開后發(fā)現(xiàn)IGBT模塊燒壞，故障驅(qū)動(dòng)器送修后機(jī)床恢復(fù)正常。導(dǎo)致故障發(fā)生的原因主要是維護(hù)保養(yǎng)工作不到位，電柜灰塵積淀，影響驅(qū)動(dòng)器散熱，加快元件老化，甚至出現(xiàn)短路燒毀。

（3）西門子840D數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主軸轉(zhuǎn)速＜430 r/min出現(xiàn)異常聲且功率起伏相對(duì)較大；主軸處于1200 r/min時(shí)，異響消失且不報(bào)警。

主軸控制器、電機(jī)以及變速箱等都可能導(dǎo)致上述現(xiàn)象的出現(xiàn)。首先檢測(cè)控制器不存在問題，隨后排查電路板未發(fā)現(xiàn)故障，因此判斷不是控制器故障。檢查機(jī)械部，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度在300 r/min時(shí)存在的常聲，到2100 r/min時(shí)消失，判定常聲不是來組機(jī)床內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)中。檢查傳動(dòng)位置，當(dāng)處于相對(duì)較低的轉(zhuǎn)速（300 r/min）或者較高轉(zhuǎn)速（2100 r/min）時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，而在相對(duì)較低的轉(zhuǎn)速時(shí)，通過變速箱內(nèi)的齒輪減速，因此判定其故障處于變速箱內(nèi)，推斷齒輪在低速情況下發(fā)生故障，更換新的變速箱后，設(shè)備恢復(fù)正常。

（4）西門子840D數(shù)控系統(tǒng)在停止工作一段時(shí)間后再次啟動(dòng)，各個(gè)給進(jìn)軸沒有反映但顯示燈始終處在常亮狀態(tài)。

對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析得出，此機(jī)床三維進(jìn)給軸可一起運(yùn)動(dòng)，通過技術(shù)鑒定得出，3軸不運(yùn)作基本排除單一機(jī)械或控制軟件故障，初步判定為總控制位置不正常所導(dǎo)致的。打開電氣柜后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部板面出現(xiàn)了預(yù)警和低壓提示，判斷可能是電源或電壓存在問題，用萬用表按順序?qū)?軸電壓進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)表1的電壓明顯低于表2和表3，對(duì)表1展開全面檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其接線位置出現(xiàn)松動(dòng)，加固電氣連接位置后系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3 西門子840D數(shù)控系統(tǒng)維修技巧

3.1 零點(diǎn)調(diào)整

在對(duì)西門子840D數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行維修診斷的過程中可使用一些通用性技術(shù)，能縮短檢修作業(yè)時(shí)間，提高工作效率。如西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的零點(diǎn)調(diào)整技巧分3個(gè)步驟：①拆卸電器后蓋，將編碼器露出，編碼器是對(duì)840D數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整作業(yè)的關(guān)鍵性控制儀器；②重新設(shè)置編碼器的相應(yīng)參數(shù)，編碼器實(shí)際運(yùn)行時(shí)根據(jù)既定的參數(shù)執(zhí)行，所以要調(diào)整840D數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)就應(yīng)當(dāng)重新對(duì)編碼器的相應(yīng)參數(shù)予以設(shè)置；③對(duì)編碼器的參數(shù)實(shí)施校正，新設(shè)置的參數(shù)和過去的參數(shù)比起來必然會(huì)存在一些差異性，這一差值稱為參考點(diǎn)偏移，需要計(jì)算得到參考點(diǎn)偏移的實(shí)際數(shù)值，并將其輸入到編碼器之內(nèi)。

3.2 功率模塊的檢查

檢查數(shù)控系統(tǒng)功率模塊是840D系統(tǒng)維修與診斷作業(yè)過程中必須具備的重要技巧，由于西門子840D數(shù)控系統(tǒng)中的功率模塊是故障率最高的一部分，所以對(duì)其進(jìn)行日常檢查非常重要，對(duì)該系統(tǒng)的功率模塊實(shí)施檢查的過程中，通常選擇萬能表作為主要檢測(cè)儀器，萬能表能夠?qū)ξ鏖T子840D數(shù)控系統(tǒng)的電流和電阻值等重要參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。借助于特征值的測(cè)定，能更準(zhǔn)確地判定功率模塊是否存在故障。一般來說，數(shù)控系統(tǒng)處在正常運(yùn)行狀態(tài)下，選擇萬能表的電阻擋，對(duì)840D數(shù)控系統(tǒng)功率模塊檢查的過程中電阻值顯示為無窮大。

3.3 驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)包括電流環(huán)、速度環(huán)以及位置環(huán)3個(gè)部分，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)實(shí)施優(yōu)化也應(yīng)按3個(gè)部分按順序進(jìn)行。①優(yōu)化電流環(huán)，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)電流環(huán)一般不需要頻繁優(yōu)化，因?yàn)殡娏鳝h(huán)在出廠過程中，相應(yīng)參數(shù)都已設(shè)置好，這些參數(shù)都按最優(yōu)原則設(shè)置的，所以當(dāng)后期對(duì)系統(tǒng)電流環(huán)實(shí)施優(yōu)化的過程中僅需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的查看和運(yùn)行試驗(yàn)即可；②優(yōu)化速度環(huán)，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)速度環(huán)的優(yōu)化通常需要從兩方面開展，首先是設(shè)定速度，速度的設(shè)定會(huì)在很大程度上決定了速度環(huán)實(shí)際運(yùn)行效率，因此設(shè)置好最佳速度非常重要，通常數(shù)控系統(tǒng)速度環(huán)的最佳速度為10 m/s；其次是對(duì)速度環(huán)材料進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)椴牧系牟煌?，速度環(huán)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)性能也存在一定的差異，所以應(yīng)盡量選擇更符合標(biāo)準(zhǔn)要求的材料；③優(yōu)化位置環(huán)，位置環(huán)的優(yōu)化應(yīng)按照實(shí)際情況采取有針對(duì)性的措施，具體問題具體分析。

4 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)模塊故障處理過程中，應(yīng)充分了解不同模塊各端子、指示燈、數(shù)碼管的定義，結(jié)合報(bào)警提示，參照機(jī)床監(jiān)控參數(shù)、電路圖，對(duì)模塊指示燈以及數(shù)碼管的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行觀察，綜合診斷故障點(diǎn)。同時(shí)在診斷維修過程中還需要針對(duì)每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床都建立完善的維修記錄檔案，對(duì)典型故障現(xiàn)象和處理對(duì)策進(jìn)行記錄總結(jié)，積累維修診斷經(jīng)驗(yàn)，不斷提升維修水平。

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