基于A950 数控系统的坐标开环故障维修

杨文健

(中国工业成都飞机工业集团有限责任公司数控加工厂，四川 成都 610092)

一台五坐标立卧式转换加工中心配置数控系统是美国辛辛那提.米拉克龙公司ACRAMATIC 950(简称A950)，5 个坐标伺服驱动采用西门子驱动6SC61 -101，直线坐标X、Y、Z 位置环检测元件使用德国海登汉的光栅尺LS703C 部件，构成全闭环回路系统。

1 故障现象

机床运行Y 坐标时，频繁出现报警:“code 2003 Y Axis open loop ”，Y 坐标开环。

2 故障分析

根据A950 系统报警信息，查找机床报警文本，内容如下:

原因:未接收到坐标反馈信号或测量信号太小。

解决方法:检查报警Y 坐标增益设置、坐标定义表和反馈回路。

根据故障现象分析:Y 坐标全闭环回路涉及系统部分有如下方面:(1)A950 系统坐标参数表的设置;(2)A950 系统上层板SOH(Servo Overhead);(3)A950系统二轴数字伺服反馈板DV2;(4)A950 系统的伺服控制板SCPU;(5)位置检测电缆;(6)EXE 插值倍频器;(7)A950 系统母板(Motherboard);(8)光栅尺linear scale 和扫描头scanning head LS703C。

3 故障排除

根据故障现象与分析，逐一按上述相关系统部分进行排查:

(1)首先对照厂家交付机床时A950 系统参数设置表检查，参数设置正确;(2)更换A950 系统槽1 伺服上层板SOH，故障依旧;(3)把A950 系统槽2 与槽3的二轴数字伺服反馈板DV2 板互相交换，报警还是出现在Y 坐标开环;(4)把A950 系统槽6 伺服控制板SCPU 用备件板更换，故障依旧;(5)从机床电路原理图分析，Y 坐标位置环检测信号送到系统处理过程:从光栅尺扫描头信号通过连接信号电缆到EXE 插值倍频器输入端，信号经过EXE 插值倍频器放大后输出，再从EXE 插值倍频器输出端连接到A950 系统母板右侧伺服接口Servo 2，信号经过母板伺服总线1 -5 槽P1 连接器和6 -7 槽的P2 连接器到达A950 系统伺服上层板SOH、二轴数字伺服反馈板DV2 板和小规模伺服控制板SCPU 板，任何一个环节出问题，都会出现上述报警“code 2003 Y Axis open loop”。检查A950 系统相关板子，故障现象没改变。对反馈信号电缆进行通断和屏蔽检查，此电缆为9 芯带屏蔽的，检查时尤其注意里面3 组两芯带屏蔽的双绞线屏蔽线是否连接好，电缆检查是好的;(6)把X 和Y 坐标的EXE 插值倍频器进行交换，Y 坐标开环报警依然存在;(7)A950 系统母板上P1、P2 连接器、伺服接口servo2 插头和二轴数字伺服反馈板DV2 板不良也会引起开环报警。为验证母板上P1、P2 连接器、伺服接口servo 2 和二轴数字伺服反馈板DV2 板的好坏，把插入伺服接口Servo 1接口的X 坐标位置检测信号和指令信号线与插入伺服接口Servo 2 的Y 坐标位置检测信号和指令信号线的相互交换，并在CRT 显示器上进入SERVICE 菜单的子菜单AXIS CFG 下相应更改设置，X 设置由Servo 1 改为Servo 2，Y 设置由Servo 2 改为Servo 1，依旧报警Y 轴开环，这说明A950 系统的母板P1、P2 连接器、伺服接口Servo 2 插头和二轴数字伺服反馈板DV2 板没问题;(8)通过以上检查分析，问题应该出在扫描头或光栅尺上。扫描头型号是LS703C，由于无备件更换，要想验证可以利用X 坐标的，但要取X 坐标的扫描头装到Y 轴去试，难度很大，还有可能损坏X 坐标扫描头的风险，决定先把Y 坐标光栅尺取下检查清洁。

机床Y 坐标位置检测元件采用HEIDENHAIN 光栅尺和扫描头及其相应的EXE 插值倍频器，尺子型号是LS703C 透射型尺，定尺尺体为光学玻璃制成，光栅密度为50 线/mm，测量长度1 740 mm。光栅尺在常规下是不易出现故障的，但是机床工作环境油雾污染重，会增加故障率。光栅尺由于其内部结构复杂和精密，一般情况下只能十分小心地进行就地清擦，如果万不得已需要拆装，将是一件艰难而又有风险的工作，稍有不慎，就会造成新的故障，甚至永久性的损坏。由于机床环境就地清擦不行，只好取下到环境好的地方清擦。取下时注意:定位部件一定做好标记。对光栅尺的检修主要有3 种:就地清擦、信号测试和轴尺处理。

从机床取下光栅尺拿到干净环境，首先把光栅尺子外壳清洁处理干净，把两边端盖打开，取掉密封条端头卡子，抽出密封条，这样可直接观察玻璃尺子，用一段铁丝弯制成一个专用的“擦拭器”，擦拭器的头部缠裹着几层绸布(或鹿皮)并以细铜丝捆紧，沾少量的无水酒精(或丙酮)插入尺内顺着轴向擦拭尺面。擦拭干净完毕，装上密封条、两端卡子和两边端盖，操作时应注意以下几点:

①如是金属带光栅尺，有名牌那端的端盖最好不打开，里面有张力调节机构，无法观察到尺体内部;

②擦拭器的头部只能以柔软的绸布接触尺面，绝对禁止铁丝和钢丝接触尺面;

③擦拭时只能顺一个方向擦，不可来回擦，且用力要均匀，发现有脏痕应立即更换绸布，一直到无脏痕为止。一般情况下只对有故障处进行局部擦拭;

④在擦拭基准零点附近时，应事先探好磁路挡块的目前位置，并做好标记，以免擦拭时发生错位而出现新的回零故障;

⑤清擦结束后将密封条恢复其密闭位置，防止脏物进入尺内。

光栅尺清洁后重新装回机床，回原点时出现报警“code 14718 Y axis not align”，Y 轴找不到原点。分析扫描头LS703C 有问题，为了证实分析正确，取下光栅尺和扫描头，用双踪示波器检查，在扫描头9 芯圆插头的上接示波器观察波形，按照产品型号找到扫描头9芯圆插头各端子信号脚连接如表1。

表1

从3、4 脚接入稳压电源5 V，注意极性一定要正确，否则会损坏扫描头。然后将双踪示波器的两测头接入1、2 脚和5、6 脚，一边慢慢地匀速推动扫描头，一边观察示波器上波形。正常情况下，应该能清晰观察到两组相差90°的正余弦波形，但此时示波器无波形。随后又把示波器测头接入扫描头7、8 脚，按上述方法慢慢地匀速推动扫描头，观察基准信号波形。正常应该是每隔一栅格，一个单脉冲一现即逝的信号，但在整个尺子范围没任何波形出现。综合上述检查，确认扫描头LS703C 损坏了。

由于一时无扫描头LS703C 备件，只好等待备件买回，约一个多月后备件买回，更换扫描头LS703C，运行Y 坐标以及回原点时报警消除，机床恢复正常。

4 结语

通过上述故障的排除总结得出:遇到类似故障，涉及面广，技术含量高，利用软、硬件和仪器等来判断故障点，还需认真做好每个环节的工作，由易到难。光栅尺和扫描头是贵而娇气的，处理时要小心谨慎，以免得不尝失。还有平时要及时订购损坏备件，这样可以节约故障排除时间，提高维修效率。

［1］沈兵.数控机床数控系统维修技术与实例［M］.北京:机械工业出版社，2001.

［2］Cincinnati Milacron Acramatic A950，control reference manual［Z］.

［3］Heidenhain LB302/LB302C，mounting instruction［Z］.

［4］Cincinnati Milacron Acramatic A950，machining center of 5 -axis type T35 circuit diagram［Z］.

［5］Cincinnati Milacron Acramatic A950，machining center of 5 -axis type T35 alarm text［Z］.