数控车床变频器故障维修实例

高浩国

（胜利油田胜机石油装备有限公司，山东东营 257067）

目前，国产普及型数控车床的主轴一般配置变频器，采用变频方式实现主轴的变速。在数控车床使用现场有时发生相关变频器故障，若不能及时排除这些故障其主轴就不能正常运转，从而使整台数控车床停机而影响生产。

1 实例一:变频器破坏性故障

1．1 故障现象

现场一台主轴配置日立SJ300－110HFE变频器的CAK6163Di数控车床在执行加工程序循环自动运转中，操作者突然听到“嘭”的一声、机床主轴自然减速停止就再也不能正常启动运转了。从此，机床送电后总电源断路器马上跳闸。

1．2 故障检查

打开机床后面电控柜，闻到焦糊气味、发现柜内有烟雾、变频器仍在冒烟，初步判断变频器出现故障。去掉变频器的R、S、T三相电源线及主轴电动机的U、V、W电源线，拆下变频器控制线，把变频器从机床拆除，对其拆检:

（1）操作面板检查:其 RUN、FUNC、STR、STOP/RESET等按键完好且压下、弹起动作正常;小显示窗完好;通讯水晶插头完好。

（2）控制板检查:控制板与操作面板通讯的水晶插头完好。控制板与驱动板通讯的扁平电缆完好无断线、短路现象。60针控制端子排完好无烧损现象。控制板正面上各个集成电路、贴片电阻、电容、二极管等元件无明显烧损、爆裂、变色等迹象;各印刷线无明显烧熔、烧断等迹象;控制板背面的HD64F7065F60型DSP芯片完好、SN7534051、29LV200BC－70PFTN、M5V108DVP等集成电路完好、各个贴片电阻、电容、二极管等元件也无明显烧损、爆裂、变色等迹象;各印刷线也无明显烧断等迹象。

（3）经检查，8个680 μF的直流电解电容完好。

（4）驱动板检查:该印刷电路板（PCB）正面有油污、烟灰，但无明显损坏迹象;驱动板背面已被烟灰熏黑、已经全部布满烟灰，其主电源R相、S相不仅粗条状印刷铜线明显烧损、熔化严重、而且已经烧损到印刷板基体，S相粗条状印刷线也明显烧损、熔化，印刷板基体烧损情况相比R相、S相较轻。鉴于这些明显损坏情况，怀疑焊在驱动板背面的富士7MBR50SD120晶体模块可能损坏。该晶体模块是该驱动器的关键集成元件，它集成了多个整流二极管、逆变晶体管、晶闸管、热敏电阻等元件，其内部等效电路图见图1。后来购到 1件富士7MBR50SD120晶体模块，先后用MF500－B型万用表检查了2件晶体模块（其测试结果见表1）。从测试结果可以看出:怀疑模块与完好模块的整流部分、再生制动部分的内部元件测试结果相近，而其逆变部分中怀疑模块内部上排3列的晶体管测试值异常（已用黑粗体标出），改变万用表极性、其2个测试值均为0．4 Ω（均属于导通状态），应为1个测试值较小（阻值范围从数欧姆到数十欧姆均属于导通状态）、另1个数值无限大（属于不通状态）。故确诊该怀疑模块已经破坏性损坏。

表1 用MF500－B型万用表检查2件7MBR50SD120晶体模块情况表

1．3 故障处理

该例变频器故障已经准确定位到驱动板、属破坏性故障。该变频器是原装进口的，若整台采购不仅价格昂贵，而且采购周期长。可采用恢复故障驱动板或更换故障驱动板两种方案来排除该例破坏性故障。

（1）采用恢复驱动板方案——元件级维修

把故障驱动板烟灰清理干净。把已坏的富士7MBR50SD120晶体模块从故障驱动板上拆焊下来，再把从市面采购的完好模块焊上。焊时需注意:模块的1、2、3、4、5、6、7、21、22、23、24、26 引脚均为双焊点，虽焊点间距较大，但其工作电流大，需焊实、焊牢。模块的 8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25 引脚均为单焊点且焊点间距较小，各个焊点不仅要焊实、焊牢，注意焊点间还不能焊短路了。通过测量知道驱动板已经烧损的R、S、T三相粗条状主电源铜印刷线分别连接7MBR50SD120晶体模块的1、2、3引脚，用3根4 mm2导线分别“飞线”焊于R－1、S－2、T－3间，使工作电流避开已经烧损的印刷线而直接从外引导线流过。这样恢复驱动板后进行组装，从而恢复驱动板以修复该变频器来排除该例破坏性故障。

（2）采用更换故障驱动板方案——印刷电路板（PCB）级维修

直接从市面购买印刷电路板——更换其驱动板。在更换该印刷电路板时须注意3点:①把7MBR50SD120晶体模块底面以及与其接触的散热片顶面涂上导热硅脂（一定要涂匀、否则影响传导散热效果）。②把驱动板J61端子引线短接。③把主电路端子排的下排PD（+1）、P（+）两个大端子短接。这样，更换驱动板后进行组装，以修复该变频器来排除该例破坏性故障。

2 实例二:变频器参数故障

2．1 故障现象

现场1台主轴配置艾默生TD2000－4T0075G变频器的数控车床出现故障:机床在加工完工件后、主轴制动减速过程中变频器报警（故障报警代码为E002），变频器出现该报警后，机床主轴不能正常启动运转，只能通过按下变频器操作面板的“停止/复位”按键或切断机床电源再重新上电的办法取消该报警信息后才能重新启动主轴。该报警出现的越来越频繁。

2．2 故障分析与处理

该故障机床在现场不到2 min就能加工完1个工件，工作过程中主轴启动、停止频繁。变频器该报警是由于减速时间太短引起减速运行过电流造成的。因此，想通过调整变频器参数以延长主轴减速时间来排除该参数故障。把“F10减速时间参数”由原来“9“调整延长为“16”后报警消失。具体方法:按“编程键”（PRG）1次→按“增加键”9次→按“功能与参数存储键”（FUNC/DATA）1次→按“增加键”7次、把其数值由“9”增加到“16”为止→按“功能与参数存储键”（FUNC/DATA）1次→按PRG“编程键”1次→返回原状态、机床正常运转。

3 实例三:相关变频器参数故障

3．1 故障现象

现场1台数控车床的床头箱内1对相互啮合的传动齿轮断齿，机床不能正常运转加工现场工件。

3．2 故障分析与处理

该机床所加工工件要求工艺转速为620 r/min，该转速正是通过这对已经断齿的啮合齿轮获得，而且这个转速是机械换档的最高速了，下一档转速是520 r/min。该机床若采用520 r/min转速加工该工件就达不到工艺精度要求了。生产订单工期很紧，若重新加工或市面采购该对齿轮，机床得停机等配件至少3天，生产上等不及。该机床已经改造过、且主轴配置了艾默生TD2000－4T0075G变频器，故想通过调整变频器参数来达到620 r/min的工艺转速，对其“F05基本运行频率参数”进行调整（由50调整提高到60）。具体方法:按“编程键”（PRG）1次→按“增加键”4次→按“功能与参数存储键”（FUNC/DATA）1次→按“增加键”多次、直到把其数值由50增加到60为止→按“功能与参数存储键”（FUNC/DATA）1次→ 按“编程键”（PRG）1次→返回原状态。该参数修改后，通过变频器调速使机床达到了620 r/min的工艺转速，有效保证了生产订单的按期完成。

4 结语

本文介绍了3例数控机床相关变频器故障。对实例1不仅介绍故障现象、故障检查内容，还提出了元件级、印刷电路板级两个维修方案。对实例2不仅介绍故障现象、分析故障原因，也给出了具体排除故障方法。对实例3不仅介绍故障情况，也给出了具体排除故障方法。排除这些现场故障不仅减少了机床故障停机等配件时间，节省了机床配件加工、购买、维修等费用。

［1］黄俊，王兆安．电力电子变流技术［M］．3版．北京:机械工业出版社，1997．

［2］黄家善，王廷才．电力电子技术［M］．北京:机械工业出版社，2007．

［3］宋书中．交流调速系统［M］．北京:机械工业出版社，2001．

［4］龚仲华．数控机床故障诊断与维修500例［M］．北京:机械工业出版社，2004．

［5］廖晓钟．电气传动与调速系统［M］．北京:中国电力出版社，1998．