Специальное предложение

Неисправности двухкоординатного привода КЕМТОК


30 Января 2013

Рассмотрены типовые неисправности двухкоординатного привода КЕМТОК токарно-винторезного станка 16К20 с системой ЧПУ 2Р22 и даны рекомендации по их обнаружению и устранению.

Неисправности привода подач КЕМТОК во многом схожи с неисправностями привода главного движения КЕМТОР, но есть и существенные отличия. Привод КЕМТОК значительно проще привода КЕМТОР: он однозонный, в нем отсутствует схема управления обмотки возбуждения (ОВ), что существенно упрощает его ремонт и настройку. В то же время правильная работа привода КЕМТОК в большей степени зависит от исправности механической части станка и системы ЧПУ 2Р22. В статье будут подробно рассмотрены именно эти отличия.
Привод КЕМТОК двухкоординатный, состоит из двух различных приводов, собранных в одном модуле и имеющих общие цепи защит и сигнализации. Для позиционных обозначений элементов и контрольных точек (КТ) будет применяться косая черта: цифры перед чертой соответствуют координате X, после черты — координате Z. Например, RP15/RP18 означает: RP15 — потенциометр координаты X; RP18 — потенциометр координаты Z (в некоторых модификациях станков 16К20 положение координат Х и Z изменено).
При описании неисправностей будем использовать позиционные обозначения и номера КТ, соответствующие схеме Р85-2.

Проявление неисправностей привода КЕМТОК

1. Отключаются автоматы QF1/QF2

Автоматы могут отключаться не только из-за КЗ в цепи силового питания, неисправности тиристоров, перегрузки двигателя [1, п. 1], но и вследствие обрыва цепи якоря. Силовая схема привода для каждой координаты состоит из двух комплектов тиристоров анодной и катодной групп, включенных по схеме с нулевой точкой. При обрыве цепи якоря и плохой настройке привода или при изменении параметров настройки во время эксплуатации между двумя группами тиристоров через дроссели L2/L1 может протекать большой ток, приводящий к срабатыванию автоматов. Часто такая неисправность происходит при отсутствии контакта в нулевых проводах на силовом трансформаторе TV1M.
Неисправность или неправильная настройка платы фазового управления (ФУ) приводит к срабатыванию автоматов. В приводе одновременно работают анодная и катодная группы тиристоров, и если угол управления анодной группы увеличивается (выходное напряжение уменьшается), то угол управления катодной группы уменьшается (выходное напряжение увеличивается). Поэтому в первую очередь надо проверить равенство пилообразных сигналов в КТ I18, I25, I32 (указанные КТ — общие для обеих координат) по амплитуде (9 В), равенство напряжений в КТ I37, I38 (±0,25 В) и, самое главное, начальное напряжение смещения в КТ I41, I39, I40 (—6 ± 0,2 В). Это напряжение определяет силу начального тока якоря двигателя 3...4 А. Неправильная настройка значений сдвига фаз в КТ I16, I17, I23, I24, I30, I31 и появляющиеся при этом броски тока цепи якоря могут вызвать подобную неисправность [2].
Завышенный коэффициент усиления (резисторы RP17/RP20) может приводить к возбуждению привода и срабатыванию автоматов.

2. Срабатывает защита OL —перегрузка двигателя

Защита — общая для двух координат. Сначала надо выяснить, по какой координате происходят перегрузки. Если защита срабатывает по обеим координатам, то это — неисправность привода: платы PJI (регулятор и логика) или ФУ (см. п. 1).
Срабатывание защиты OL вызывает схема зависимого от скорости вращения токоограничения. Схема состоит из операционных усилителей DA54/DA59, DA55/DA61, DA56/DA62, DA57/DA63, компаратора DA58/DA64, времязадающих конденсаторов С179/С180 (0,2 с) и общего для координат компаратора защиты DA69. Схема токоограничения уменьшает выходное напряжение на регуляторе скорости (PC) — DA51/DA66 в КТ 151/156 и тем самым уменьшает ток через двигатель.
Хотя схема и называется "схемой токоограничения", но ток якоря двигателя она непосредственно не контролирует. Упрощенно можно сказать, что схема контролирует напряжение на входе-выходе PC, модуль напряжения с тахогенератора (ТГ) в КТ 154/159 и проверяет, достигла ли скорость вращения двигателя заданной или не находится ли операционный усилитель PC (DA51/DA66) в режиме насыщения (что вызывает начало работы схемы токоограничения), или не превышает ли время этих событий 0,2 с.
Если срабатывает защита OL, то в КТ 158/164 появляется положительное напряжение. Поэтому прежде всего надо проверить механическую перегрузку двигателя (направляющие, клинья, ходовой винт) и исправность ТГ [1, п. 2]. Затем необходимо проверить исправность двигателя — возможны выработка щеток, заклинивание подшипников или потеря мощности вследствие размагничивания якоря (см. заводскую документацию).
К подобной неисправности приводит неоткрывание одного-двух тиристоров [1, пп. 2, 5]. Косвенным признаком данной неисправности может быть вибрация при перемещении каретки.

3. Срабатывание защиты CP — обрыв или неправильное чередование фаз

Причины аналогичны причинам неисправностей привода КЕМТОР [1, п. 3]. Защита — общая для двух координат, поэтому надо проверять напряжение и чередование фаз на обеих координатах, запитанных от одной обмотки трансформатора TV1M (обмотки X1, Y1, Z1). Напряжение синхронизации берется с силового питания через делитель напряжения на резисторах R20, R5, R25, R6, R30, R7, расположенных на плате управления тиристорами (УТ) в КТ I13, I14, I15. Обрыв резисторов приводит к ложному срабатыванию защиты. Напряжение, снимаемое с TV1M (выходы Х2, Y2, Z2), служит только для питания привода (блок питания расположен на плате ФУ, но при этом его схема приведена на отдельном листе).
Главное отличие защиты CP привода КЕМТОК от аналогичной защиты привода КЕМТОР — защита контролирует наличие, амплитуду и форму пилообразного напряжения, вырабатываемого на плате ФУ в КТ I18, I25, I34. Контроль осуществляется компаратором DA70 в плате РЛ. На один его вход подается напряжение контроля фаз с платы УТ, а на другой — суммарное пилообразное напряжение с диодов VD41, VD66, VD91 платы ФУ.
Надо отметить, что платы УТ более поздних модификаций приводов не всегда совпадают с платами более ранних модификаций, что приводит к срабатыванию защиты СР.

4. Срабатывает защита TG — обрыв цепи тахогенератора

Защита — общая для двух координат. Она контролирует как обрыв обмотки ТГ, так и превышение максимальных оборотов. Контроль осуществляется в плате PЛ микросхемами DA54/DA59 — модуль скорости и DA68 — контроль превышения скорости. Как показала практика, схемы защиты чаще всего срабатывают при неисправностях ТГ [1, пп. 2, 4, 6].

5. Появляется сигнал RD — готовность привода

Сигнал появляется при отсутствии ошибок OL, CP, TG (см. пп. 2, 3, 4). Сигнал — общий для координат X и Z.

6. Появляются сигналы ON1/ON2 — поданы управляющие импульсы на координаты X/Z

Сигналы включаются электроавтоматикой станка, замыкающей внешними контактами клеммы (Х2 - 6, Х2 - 9)/(Х2 - 9, Х3 - 6) на плате РЛ. Сигналы появятся, если нет ошибок OL, CP, TG и исправны транзисторы (VT68, VT69, VT70)/(VT80, VT81, VT82).

7. Нет движения каретки по координатам; сигналы CP, ON1, ON2 имеются

Неисправность может быть как в приводе, так и в системе ЧПУ или в электроавтоматике станка. Надо при выбранном неработающем направлении движения крестовым переключателем замерить задающее напряжение на приводе — клеммы (Х2 - 1, Х2 - 2)/(ХЗ - 1, ХЗ - 2). При исправности электроавтоматики и системы ЧПУ на клеммах появится напряжение 2...4 В. Если напряжение есть, то не исправен привод.
Частой неисправностью является отсутствие контакта в цепи якоря двигателя. В этом случае на клеммах (X1 - 6, X1 - 7)/(Х1 - 13, X1 - 14) появляется напряжение в пределах 100...250 В в зависимости от модификации привода. Напряжение измеряется относительно корпуса (см. п. 1). Отсутствие контакта в самих клеммах приводит к подобной неисправности, при этом напряжение на клеммах отсутствует. "Неконтакт" может быть в дросселях L2/L1, трансформаторе TV1M, в жгуте, ведущем на якорь двигателя. Значительно реже подобная неисправность возникает при выходе из строя транзисторов VT72/VT84; микросхем DA50/DA65 (если они задействованы в данной модификации станка) платы PЛ; микросхем DA51/DA66 в PC; микросхем (DA24, DA25)/(DA26, DA27) и транзисторов VT28/VT30 платы ФУ или при обрыве проводов в жгуте межплатных соединений (см. также [1, п. 11]).

8. Есть движение каретки на больших подачах (быстрый ход), на малых подачах движения нет

В первую очередь в системе ЧПУ надо проверить цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) SB 449 — такая неисправность часто возникает из-за него. В приводе возможна неисправность платы PЛ, связанная с пробоем или утечкой полевых блокирующих транзисторов (VT60, VT61, VT64, VT65)/(VT62, VT63, VT66, VT67) в PC и в регуляторе тока (РТ) с наличием открывающего напряжения управления полевыми транзисторами вследствие неисправности транзисторов (VT71, VT72)/(VT83, VT84), с замыканием на плате PЛ наладочных резисторов (R261, R271)/(R420, R428). В рабочем режиме один вывод резисторов должен быть отпаян.

9. Движение каретки происходит неравномерно или рывками

Вначале надо определить, где кроется неисправность — в приводе или в системе ЧПУ. Для этого необходимо перевести систему ЧПУ в режим пультового терминала (ПТ) в соответствии с технической и эксплуатационной документацией, записать по адресу 167624 код 1, по адресу 167640 (для координаты X) или 167644 (для координаты Z) любой код в интервале 100...500 и включить привод. Если движение каретки равномерное, то неисправность кроется в ЧПУ или механической системе станка.
В системе ЧПУ могут быть неисправны ЦАП, запитка датчиков, преобразователь кода (ПК) и др. [3, пп. 6, 10, 11, 12].
В приводе подобная неисправность возникает при неисправности ТГ, периодическом замыкании в жгуте, идущем на ТГ. При повреждении части ламелей в ТГ привод делает рывки в одном и том же положении ходового винта. Неправильно настроен начальный ток (см. п. 1), большой коэффициент усиления или асимметрия пилообразного напряжения в плате ФУ (см. п. 1). Повышенные пульсации напряжения ±15 В могут вызвать как неравномерное движение, так и движение рывками.
Обрыв обратной связи по току также вызывает движение рывками. Для проверки надо отсоединить двигатель от механической части станка, перевести систему ЧПУ в режим ПТ, ввести по адресу 167624 код 1, по адресу 167644 (X) или 167646 (Z) код 200...400 и включить привод. Если двигатель вращается рывками, замкнуть регулятор тока РТ наладочными резисторами R271/R428 — при неисправности в контуре обратной связи по току вращение станет равномерным. Нарушение обратной связи по току может быть из-за обрыва проводов, идущих от датчика тока (шунта), при неправильном его подключении (перепутана полярность включения датчика тока двигателя). Резисторы R268/R432 в РТ соединены через платы ФУ и УТ общим приводом. Обрыв этого соединения приводит к нарушению работы РТ.
Ряд механических поломок приводит к неравномерному, с рывками движению каретки. К ним относятся механическое заклинивание каретки или ходового винта, поломка соединительной муфты между датчиком оцифровки и ходовым винтом (при этом станок размеры "не держит"), плохая затяжка и проворачивание муфты между двигателем и ходовым винтом (станок "держит" размеры).

10. Каретка дергается на резьбе или на больших рабочих подачах при обработке детали

Причина неисправности — периодическое отсутствие контакта в щетках ТГ, заклинивание щеток в обойме, выработка коллектора ТГ. При таких неисправностях привод часто дергается вперед по ходу обрабатываемой детали и возвращается назад.
Большое несоответствие между заданной и истинной скоростью подачи может быть из-за неисправности ТГ (размагничивание магнитов) или вследствие неправильной настройки привода. В простом случае можно устранить этот дефект регулировкой резисторами RP15/RP18 и измерением скорости перемещения каретки (см. также [3, пп. 11, 12]).

11. Движение с вибрацией

Не открывается часть тиристоров или есть неисправность ТГ (см. п. 2, а также [1, пп. 2, 5, 17]). Если коэффициент усиления в PJI (RP17/RP20) большой, при нулевой скорости вращения (нулевом задании) двигатель издает сильный звук низкого тона, и дрожит вал двигателя.

12. Часто выходят из строя двигатели подач

В первую очередь, это связано с длительной работой двигателя на максимальных режимах (близких к перегрузкам) вследствие неисправности механической системы станка или нарушения технологии обработки деталей.
Сильное обугливание коллектора или токосъемных колец двигателя может происходить из-за плохого прижима щеток. Щетки на двигателе сдвоенные и соединены между собой гибким проводом. Его обрыв приводит к протеканию тока через прижимные пружины, их нагреву и ослаблению упругости и, как следствие, к ослаблению прижима щеток.
Выход из строя обмотки двигателя обычно происходит из-за неправильного подбора номинального напряжения двигателя и напряжения на вторичной силовой обмотке трансформатора TV1M. При напряжении силовой обмотки 175 В желательно ставить двигатель с номинальным напряжением 70... 100 В, при 240 В - 140...170 В, при 320 В - 170...190 В.
Теоретически на преждевременный выход из строя двигателя может влиять и неправильная работа схемы зависимого от скорости вращения токоограничения. Как показала практика, основной причиной выхода из строя двигателя является его эксплуатация на максимальных режимах с перегрузкой, так как схема токоограничения начинает работать при частоте вращения двигателя 300 мин-1 и более, а технологическая обработка осуществляется в основном на частоте 2... 15 мин-1.

13. При отключении или включении системы ЧПУ при включенном приводе происходит кратковременное движение по координатам

Неисправность встречается редко и при правильном включении и отключении станка (сначала привода, затем ЧПУ) не проявляет себя. Однако при ремонте и наладке привода может доставить много хлопот и неприятностей.
Неисправность в электроавтоматике станка может быть связана с залипанием реле KV1 и KV2. При отключении или включении ЧПУ при переходных процессах на приводах подач появляются напряжение задания и сигналы разрешения работы (ON1, ON2), происходит произвольное движение координат. Аналогичная неисправность возможна при пробое оптрона на сигнал "готовность ЧПУ" в плате SB475 системы ЧПУ 2Р22.

14. При включении приводов или во время работы на дисплее высвечивается большое рассогласование (0,1 мм и более) или происходит медленное самопроизвольное движение

Неисправность сложная, особенно если носит переменный характер. Она проявляется по-разному.

14.1. Рассогласование повышенное по одной или двум координатам, движения каретки нет. Это указывает на неисправность в ЧПУ 2Р22 — в ЦАП, блоке питания (БП) на ЦАП [3, п. 9]. В приводе может быть расстройство нуля (резисторы RP16/RP19 в PЛ), большой коэффициент усиления (см. пп. 1, 11), отсутствие контакта в якоре двигателя (см. п. 12) или в ТГ. Если рассогласование наблюдается по двум координатам, то это связано с пульсациями или небольшим (до +0,5 В) перекосом питания (±15 В) привода (см. также п. 7).

14.2. Повышенное рассогласование и движение каретки по координате. Неисправность может быть вызвана отсутствием контакта (см. п. /) или неисправностью плат ФУ, PЛ. Какая группа тиристоров не работает, можно определить с помощью крестового переключателя направления движения. В какой группе отсутствует контакт, в эту сторону каретка не движется. Если движение каретки осуществляется по двум координатам, то имеет место перекос питания (±15 В) привода или перекос питания (±12 В), ведущего на ЦАП ЧПУ 2Р22.

14.3. Есть движение каретки, а рассогласование не меняется. Это указывает на то, что сломана муфта на датчике оцифровки или датчик не исправен. Если движение происходит по двум координатам, то не исправны цепи питания датчиков оцифровки, плат оцифровки (см. пп. 2, 7, 8, а также [3, пп. 8, 9, 12]).

15. Подача каретки постоянна на быстром ходу

Это возможно, если перепутаны выводы на ТГ; имеется КЗ в жгуте, идущем на ТГ; не исправна плата РЛ (ФУ).
Направления движения привода не стыкуются со счетной системой ЧПУ (оцифровкой) — такая неисправность возникает после ремонта двигателя (или привода), когда в двигателе (или приводе) меняют местами выводы якоря и ТГ. При этом в режиме ПТ привод работает нормально. Но при работе с ЧПУ направление вращения и соответственно направление движения каретки не совпадают с направлением счета системы ЧПУ, т. е. направление подачи не совпадает с заданным. Достаточно поменять местами выводы якоря и выводы ТГ, и неисправность устраняется.

16. Не выполняется до конца кадр техпрограммы

Может быть несколько причин: утечка в блокирующих транзисторах платы PЛ; не открываются два тиристора; расстроен нуль привода; плохой контакт в нулевом проводе, идущем от трансформатора TV1M (см. пп. 2, 8, 15, а также [3, п. 9]).

17. При отпускании рычага крестового переключателя движения каретки какое-то время продолжается

Неполадка связана с залипанием микропереключателей (конечников) в крестовом переключателе; возможна неисправность (или неправильный коэффициент пересчета) датчика, установленного в плате SB454 системы ЧПУ; или установлен датчик с другим числом импульсов (для систем с ВЕ178); или сломана муфта между датчиком и винтом. Все перечисленные неисправности, кроме первой, отражаются на размерах детали.

Рекомендации по настройке привода КЕМТОК

Настройка привода во многом аналогична настройке привода КЕМТОР [2, 3], так как схемотехника плат ФУ и PЛ аналогична.

Рассмотрим особенности настройки.

  1. При наладке привода (особенно если он включается первый раз) желательно отсоединить двигатели двух координат от механической системы станка.
  2. Наладку производить в режиме пультового терминала в соответствии с заводской документацией. Для включения привода по адресу 167624 записывается код 1, а по адресам 167640 (X), 167644 (Z) — код на ЦАП для получения заданного напряжения. В этом режиме привод можно включить и отключить кнопкой "включение привода" на станке. Но надо учитывать, что включаются и отключаются сразу две координаты.
  3. Каждую в отдельности координату настроить не удастся: во-первых, из-за срабатывания защиты CP; во-вторых, напряжение синхронизации (общее для двух координат) берется со второй координаты (Z).
  4. Настройку нуля платы PЛ (резисторы RP16/RP19) нужно проводить, предварительно настроив ЦАП ЧПУ и установив резисторы RP17/RP20 на коэффициент усиления в среднее положение.
  5. При настройке нуля привода надо учитывать, что добиться полной остановки двигателя при задании 0В на приводе довольно трудно, так как привод реагирует на напряжение задания в 1...2 мкВ. Поэтому при настройке добиваются минимальной частоты вращения двигателя, но не более 2 мин-1.
  6. При настройке платы ФУ надо более точно выставить равные напряжения в КТ I37, КТ I38, а резисторами RP2, RP4, RP6 выставить равные амплитуды пилообразных сигналов. При неравенстве амплитуд возможны неравномерные импульсы тока (КТ I71/KT I73), что может привести к неравномерному, скачкообразному движению по координатам при обработке деталей.
  7. Согласовать привод по скорости с системой ЧПУ можно, подав задание в 10 В (код 37777) и добиться резисторами RP15/RP18 частоты вращения двигателя 1000 мин-1.
  8. Состыковку привода со счетной системой [1, п. 16] лучше проводить по очереди: сначала по одной координате, затем по другой. Если точно известны полярность напряжения задания и направление вращения двигателя (в разных моделях станков они могут отличаться), то в режиме ПТ, выставляя определенную полярность задающего напряжения и наблюдая направление вращения, можно провести состыковку привода.
  9. При работе в режиме ПТ с присоединенными к механической системе станка двигателями нужно соблюдать осторожность. Для проверки привода подавать напряжение задания не более 1 В (код 3140) и учитывать, что движение из-за электромагнитных наводок может происходить по двум координатам с разными скоростями. Особенно сильно это проявляется при плохой экранировке цепей напряжения задания и ТГ.
  10. При использовании ТГ с большим выходным напряжением (более 25 В при 1000 мин-1) необходимо подобрать резисторы R254/R409 для согласования частоты вращения и напряжения задания (1000 мин-1 при 10 В), а также подобрать резисторы (R433 или R281)/(R434 или R309) для правильной работы схемы токоограничения и резистор R357 (R358) для исключения ложного срабатывания защиты TG в функции превышения частоты вращения двигателя. Надо отметить, что при сопротивлении ТГ более 100 Ом защиту TG (микросхемы DA53/DA60) из-за ее ложного срабатывания придется отключить — отпаять перемычки М14/М18 и запаять М15/М17 или (что сложнее), изменяя номиналы деталей в схеме контроля, добиться срабатывания защиты при сопротивлении ТГ более 100 Ом (R277, R276, R278, С154, C156)/(R314, R313, R315, С161, С163).
  11. ТГ с малым выходным напряжением (менее 10 В) лучше не применять — возникнут проблемы с настройкой привода и — самое главное — ухудшится стабильность работы.

М. Ю. Гарцев
Журнал «Ремонт, восстановление, модернизация», № 4, 2004 г.

Литература

  1. Гарцев М. Ю. Ремонт и наладка привода КЕМТОР станка 16К20 с системой ЧПУ 2Р22. Часть 1. Неисправности привода шпинделя // РВМ. 2003. № 5.
  2. Гарцев М. Ю. Ремонт и наладка привода КЕМТОР станка 16К20 с системой ЧПУ 2Р22. Часть 2. Общие рекомендации по настройке привода шпинделя // РВМ. 2003. № 6.
  3. Гарцев М. Ю. Ремонт и наладка привода КЕМТОР станка 16К20 с системой ЧПУ 2Р22. Часть 3. Настройка и согласование привода КЕМТОР с двигателем и ПМО // РВМ. 2003. № 7.

Возврат к списку

Задать вопрос