西門子840D數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與維修

李葆平

（貴州永紅航空機械有限責任公司 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)，它可以與計算機直接連接并實現(xiàn)各種操作，驅(qū)動過程包含各個不同的模塊部分。840D數(shù)控系統(tǒng)操作過程中，驅(qū)動接口與控制通過數(shù)字進行顯示，結(jié)果更加清晰，其硬件結(jié)構(gòu)比其他數(shù)控系統(tǒng)更為簡單且功能更強大。

1 西門子840D系統(tǒng)組成與優(yōu)點

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)包含人機界面和數(shù)控與驅(qū)動單元2個組成部分。人機界面類似計算機，對840D數(shù)控系統(tǒng)實施操控完成作業(yè)；數(shù)控和驅(qū)動單元是實現(xiàn)具體指令的模塊，人機界面類似于人的大腦與心臟，數(shù)控和驅(qū)動單元屬于人的四肢。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，其中任何一個系統(tǒng)發(fā)生故障都可能對設(shè)備運行造成影響。

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)實際運行過程中具有非常明顯的特征與優(yōu)勢，一般表現(xiàn)為穩(wěn)定性強、故障發(fā)生率較低、系統(tǒng)使用壽命相對更長。由于很多客觀或主觀因素的影響，840D數(shù)控系統(tǒng)在實際運行中會出現(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。主軸啟動至3000 r/min時設(shè)備處于正常運行狀態(tài)，但＞3000 r/min轉(zhuǎn)剎車時，611D電源單元錯誤，報警過電壓，機床停止工作。

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

（2）中捷落地鏜床，主軸帶機械齒輪檔位，西門子系統(tǒng)840D系統(tǒng)，611D數(shù)字伺服驅(qū)動。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)速后主軸來回擺動且存在異聲，持續(xù)長時間后報警300608。

檢查主軸機械部分，排除機械異常問題。使用兆歐表檢查主軸電機線圈未發(fā)現(xiàn)故障。硬件故障范圍縮小到主軸驅(qū)動器和編碼器，拆卸主軸驅(qū)動器后發(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)動器送修后機床恢復(fù)正常。導(dǎo)致故障發(fā)生的原因主要是維護保養(yǎng)工作不到位，電柜灰塵積淀，影響驅(qū)動器散熱，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較大；主軸處于1200 r/min時，異響消失且不報警。

主軸控制器、電機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。檢查機械部，主軸運轉(zhuǎn)速度在300 r/min時存在的常聲，到2100 r/min時消失，判定常聲不是來組機床內(nèi)的發(fā)動機中。檢查傳動位置，當處于相對較低的轉(zhuǎn)速（300 r/min）或者較高轉(zhuǎn)速（2100 r/min）時，電機轉(zhuǎn)速相同，而在相對較低的轉(zhuǎn)速時，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)在停止工作一段時間后再次啟動，各個給進軸沒有反映但顯示燈始終處在常亮狀態(tài)。

對故障現(xiàn)象進行分析得出，此機床三維進給軸可一起運動，通過技術(shù)鑒定得出，3軸不運作基本排除單一機械或控制軟件故障，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)?軸電壓進行檢測，發(fā)現(xiàn)表1的電壓明顯低于表2和表3，對表1展開全面檢測，發(fā)現(xiàn)其接線位置出現(xiàn)松動，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 零點調(diào)整

在對西門子840D數(shù)控系統(tǒng)進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)時間，提高工作效率。如西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的零點調(diào)整技巧分3個步驟：①拆卸電器后蓋，將編碼器露出，編碼器是對840D數(shù)控系統(tǒng)進行零點調(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)，編碼器實際運行時根據(jù)既定的參數(shù)執(zhí)行，所以要調(diào)整840D數(shù)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)就應(yīng)當重新對編碼器的相應(yīng)參數(shù)予以設(shè)置；③對編碼器的參數(shù)實施校正，新設(shè)置的參數(shù)和過去的參數(shù)比起來必然會存在一些差異性，這一差值稱為參考點偏移，需要計算得到參考點偏移的實際數(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，所以對其進行日常檢查非常重要，對該系統(tǒng)的功率模塊實施檢查的過程中，通常選擇萬能表作為主要檢測儀器，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)進行準確測定。借助于特征值的測定，能更準確地判定功率模塊是否存在故障。一般來說，數(shù)控系統(tǒng)處在正常運行狀態(tài)下，選擇萬能表的電阻擋，對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)動的優(yōu)化

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動包括電流環(huán)、速度環(huán)以及位置環(huán)3個部分，對數(shù)控系統(tǒng)的驅(qū)動實施優(yōu)化也應(yīng)按3個部分按順序進行。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，因為電流環(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，所以當后期對系統(tǒng)電流環(huán)實施優(yōu)化的過程中僅需要進行簡單的查看和運行試驗即可；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)定會在很大程度上決定了速度環(huán)實際運行效率，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；其次是對速度環(huán)材料進行優(yōu)化，因為材料的不同，速度環(huán)的實際驅(qū)動性能也存在一定的差異，所以應(yīng)盡量選擇更符合標準要求的材料；③優(yōu)化位置環(huán)，位置環(huán)的優(yōu)化應(yīng)按照實際情況采取有針對性的措施，具體問題具體分析。

4 結(jié)語

數(shù)控機床系統(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)合報警提示，參照機床監(jiān)控參數(shù)、電路圖，對模塊指示燈以及數(shù)碼管的實際狀態(tài)進行觀察，綜合診斷故障點。同時在診斷維修過程中還需要針對每一臺數(shù)控機床都建立完善的維修記錄檔案，對典型故障現(xiàn)象和處理對策進行記錄總結(jié)，積累維修診斷經(jīng)驗，不斷提升維修水平。

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