西门子840D数控系统故障诊断与维修

李葆平

（贵州永红航空机械有限责任公司 贵州贵阳 550009）

0 引言

西门子840D数控系统是20世纪90年代德国西门子公司研发的一款数据控制系统，它可以与计算机直接连接并实现各种操作，驱动过程包含各个不同的模块部分。840D数控系统操作过程中，驱动接口与控制通过数字进行显示，结果更加清晰，其硬件结构比其他数控系统更为简单且功能更强大。

1 西门子840D系统组成与优点

西门子840D数控系统包含人机界面和数控与驱动单元2个组成部分。人机界面类似计算机，对840D数控系统实施操控完成作业；数控和驱动单元是实现具体指令的模块，人机界面类似于人的大脑与心脏，数控和驱动单元属于人的四肢。西门子840D数控系统可以持续稳定运行的重要原因即是上述两大系统之间的密切配合，其中任何一个系统发生故障都可能对设备运行造成影响。

西门子840D数控系统实际运行过程中具有非常明显的特征与优势，一般表现为稳定性强、故障发生率较低、系统使用寿命相对更长。由于很多客观或主观因素的影响，840D数控系统在实际运行中会出现一些故障。

2 西门子840D数控系统的故障诊断与维修

（1）DMG5轴立卧两用5轴加工中心DMC125U，西门子840D系统，611D数字伺服驱动。主轴启动至3000 r/min时设备处于正常运行状态，但＞3000 r/min转刹车时，611D电源单元错误，报警过电压，机床停止工作。

分析故障现象，主轴旋转过程中没有异声，手动转动也无异样，可排除主轴机械故障。拆卸主轴端动力线缆，用兆欧表测量检查线路和主轴电机绝缘状况，无异常；拆卸检查主轴驱动器和电源模块，电路板和元件没有明显损坏痕迹，交换主轴驱动器后故障依旧存在；对611D电源单元进行交换后发现故障转移，将损坏电源单元修复后机床恢复正常工作。

（2）中捷落地镗床，主轴带机械齿轮档位，西门子系统840D系统，611D数字伺服驱动。执行主轴旋转状态下，主轴发出哒哒异声，降低转速后主轴来回摆动且存在异声，持续长时间后报警300608。

检查主轴机械部分，排除机械异常问题。使用兆欧表检查主轴电机线圈未发现故障。硬件故障范围缩小到主轴驱动器和编码器，拆卸主轴驱动器后发现散热孔布满灰尘，打开后发现IGBT模块烧坏，故障驱动器送修后机床恢复正常。导致故障发生的原因主要是维护保养工作不到位，电柜灰尘积淀，影响驱动器散热，加快元件老化，甚至出现短路烧毁。

（3）西门子840D数控系统运行过程中，主轴转速＜430 r/min出现异常声且功率起伏相对较大；主轴处于1200 r/min时，异响消失且不报警。

主轴控制器、电机以及变速箱等都可能导致上述现象的出现。首先检测控制器不存在问题，随后排查电路板未发现故障，因此判断不是控制器故障。检查机械部，主轴运转速度在300 r/min时存在的常声，到2100 r/min时消失，判定常声不是来组机床内的发动机中。检查传动位置，当处于相对较低的转速（300 r/min）或者较高转速（2100 r/min）时，电机转速相同，而在相对较低的转速时，通过变速箱内的齿轮减速，因此判定其故障处于变速箱内，推断齿轮在低速情况下发生故障，更换新的变速箱后，设备恢复正常。

（4）西门子840D数控系统在停止工作一段时间后再次启动，各个给进轴没有反映但显示灯始终处在常亮状态。

对故障现象进行分析得出，此机床三维进给轴可一起运动，通过技术鉴定得出，3轴不运作基本排除单一机械或控制软件故障，初步判定为总控制位置不正常所导致的。打开电气柜后发现内部板面出现了预警和低压提示，判断可能是电源或电压存在问题，用万用表按顺序对3轴电压进行检测，发现表1的电压明显低于表2和表3，对表1展开全面检测，发现其接线位置出现松动，加固电气连接位置后系统恢复正常。

3 西门子840D数控系统维修技巧

3.1 零点调整

在对西门子840D数控系统进行维修诊断的过程中可使用一些通用性技术，能缩短检修作业时间，提高工作效率。如西门子840D数控系统的零点调整技巧分3个步骤：①拆卸电器后盖，将编码器露出，编码器是对840D数控系统进行零点调整作业的关键性控制仪器；②重新设置编码器的相应参数，编码器实际运行时根据既定的参数执行，所以要调整840D数控系统的运行状态就应当重新对编码器的相应参数予以设置；③对编码器的参数实施校正，新设置的参数和过去的参数比起来必然会存在一些差异性，这一差值称为参考点偏移，需要计算得到参考点偏移的实际数值，并将其输入到编码器之内。

3.2 功率模块的检查

检查数控系统功率模块是840D系统维修与诊断作业过程中必须具备的重要技巧，由于西门子840D数控系统中的功率模块是故障率最高的一部分，所以对其进行日常检查非常重要，对该系统的功率模块实施检查的过程中，通常选择万能表作为主要检测仪器，万能表能够对西门子840D数控系统的电流和电阻值等重要参数进行准确测定。借助于特征值的测定，能更准确地判定功率模块是否存在故障。一般来说，数控系统处在正常运行状态下，选择万能表的电阻挡，对840D数控系统功率模块检查的过程中电阻值显示为无穷大。

3.3 驱动的优化

西门子840D数控系统驱动包括电流环、速度环以及位置环3个部分，对数控系统的驱动实施优化也应按3个部分按顺序进行。①优化电流环，西门子840D数控系统电流环一般不需要频繁优化，因为电流环在出厂过程中，相应参数都已设置好，这些参数都按最优原则设置的，所以当后期对系统电流环实施优化的过程中仅需要进行简单的查看和运行试验即可；②优化速度环，西门子840D数控系统速度环的优化通常需要从两方面开展，首先是设定速度，速度的设定会在很大程度上决定了速度环实际运行效率，因此设置好最佳速度非常重要，通常数控系统速度环的最佳速度为10 m/s；其次是对速度环材料进行优化，因为材料的不同，速度环的实际驱动性能也存在一定的差异，所以应尽量选择更符合标准要求的材料；③优化位置环，位置环的优化应按照实际情况采取有针对性的措施，具体问题具体分析。

4 结语

数控机床系统模块故障处理过程中，应充分了解不同模块各端子、指示灯、数码管的定义，结合报警提示，参照机床监控参数、电路图，对模块指示灯以及数码管的实际状态进行观察，综合诊断故障点。同时在诊断维修过程中还需要针对每一台数控机床都建立完善的维修记录档案，对典型故障现象和处理对策进行记录总结，积累维修诊断经验，不断提升维修水平。

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