大型伺服压力机的典型故障分析

大型伺服压力机的典型故障分析

文/方良·瑞鹄汽车模具股份有限公司 汪军，付业宏·安徽成飞瑞鹄汽车模具有限公司

随着汽车行业的快速发展，汽车外表面覆盖件的精度、成形难度越来越高。伺服技术主要是利用伺服电机可以把接收到的电信号转化为角位移或角速度输出，具有非常精确的控制速度和位置的特性，可满足压力机输出的高精度、高可控性的要求。国内汽车制造主机厂冲压车间开始陆续引进伺服压力机技术，并与生产配套使用，另外国内大型压力机制造厂也逐步研究、开发、应用伺服压力机，从而推广了伺服压力机的应用市场。

本文主要介绍机械连杆伺服压力机生产线在伺服控制方面出现的典型故障。从而为后续设备维护提供参考性建议。

机械连杆伺服压力机的主要结构与原理

瑞鹄汽车模具股份有限公司合资子公司安徽成飞瑞鹄汽车模具有限公司的机械连杆伺服压力机为日本AMINO公司生产的产品，采用FANUC公司数控驱动power-mate系统进行伺服控制，结合机身框架、液压系统、电气控制系统、润滑系统、安全装置及相关附件实现伺服传动冲压功能。伺服压力机采用AC伺服电机作为驱动源上驱动方式，通过减速器驱动丝杠，带动对称连杆增力机构进行角度位移，滑块随同增力机构进行直线运动。

典型故障现象的分析与处理

案列一：0430伺服电机过热报警

故障现象：伺服压力机在开启过程中出现报警，机床不能动作；机床出现0430伺服电机过热报警（“0430 servo motor overheat”）。

原因分析：该故障为偶发情况，但频率较高。伺服电机的电气控制部分如图1所示。

故障排查过程：

⑴检查伺服电机温度，使用测温仪检测伺服电机温度在34℃，并不过热发烫，符合要求。

⑵检查伺服电机冷却风扇是否损坏，检查发现冷却风扇运转正常。

⑶检查温度开关是否损坏，用万用表测量温度开关，阻值在180Ω，判断温度开关正常。

⑷检查是否强电干扰，反馈线屏蔽接触不良，通过检查反馈线与动力电缆隔开，反馈电缆屏蔽层接触牢靠。

⑸检查电机编码器是否损坏，通过与其他伺服电机对调，故障依然存在。

图1 伺服电机的控制方式

⑹经过上述步骤检查后，怀疑是伺服系统的伺服驱动器控制侧板出现故障，拆除驱动器侧板与其他正常使用机床对调，机床送电后430报警依然存在。

⑺至此，电气方面没有故障，怀疑是否存在机械故障导致伺服电机负载过大，从而使电机与减速机连接部位卡死。脱开伺服电机联轴器手动可以盘动减速机，说明电机负载不大，连接部位未卡死。

⑻经过上述全面故障排查后，对照伺服电机的控制方式原理图，排查故障陷于“山重水复疑无路”的艰难阶段。为此经过大家讨论分析，认为需要从细微处进行检查，尤其是对于电压信号不足导致的机床误报警。图纸上要求伺服电机编码器的输入电压为DC5V，用万用表测量控制柜5V直流电压正常，而测量伺服电机编码器，电压波动比较明显有时候会在DC3V。从而彻底查明机床出现430伺服电机过热报警的根源。

消除故障措施：

经过深入研究发现，从压机控制柜到伺服电机电缆的距离有50m，而依据发那科对反馈线距离不超过30m的要求，可判断是伺服压机反馈线电缆过长导致电压出现压降，若想彻底消除故障，需要进行改善。

为此，经过现场实地考察，决定在电气柜到压机底座距离的25m处，增加一套发那科的PDM信号转换器（图2），安装在压机底座位置，将原来的反馈线在底座位置断开，通过PDM信号中继（图3），再次测量电机反馈线电压，电压值稳定在DC5V。此后，故障再未发生。

案列二：滑块回程到上死点有异响

原因分析：将回程位置设定在1000mm时，滑块停止时存在严重异响，而将回程位置设定在800mm时，滑块无响声，但是蓄能器补压频繁，将平衡蓄能器油压卸压，发现左边有一个蓄能器气囊无气压，蓄能器采用HYDAC(贺德克)知名品牌产品，拆开气囊发现是气囊破损导致的，重新更换气囊，并补充氮气。使用半年后又出现此类故障，且每次损坏的都是同一台2000t机床，对生产造成极大影响。

图2 增加PDM信号转换器

图3 反馈线断开通过转换器中继

为了彻底查明原因，减少对生产的停机影响，尤其是重复故障更换新备件均不能彻底消除影响，为此我们成立技术公关，密切关注该机床在操作使用过程中是否存在不合理现象。通过日常巡检多次观察，操作者在操作使用时，由于受之前机械压力机平衡器气压调整的影响，在设定上模重量时，习惯一次性设定为25t的最大值，然后在使用各类模具时对上模重量并不依据生产实际情况进行调整。而按照图4分析，上模设定重量越大，则蓄能器加载压力越大。当设定上模达到25t时，到达上死点时蓄能器压力为24MPa，而此时运行到下死点时压力将会达到32MPa。查阅说明书发现该蓄能器最大压力为33MPa。此情况下若长时间满负荷使用，将会大大降低气囊使用寿命，从而导致气囊频繁破裂失效。

图4 蓄能器液压原理图

为此，结合公司实际生产需求，一方面通过培训操作员工依据不同模具来进行上模重量设定的同时，设备方面需要进行自我保护措施，通过分析液压原理图，为了降低蓄能器最高压力，重新标定溢流阀压力，将原来压力25MPa标定为22MPa后，目前使用一年时间未出现气囊破损的故障。

案例三：伺服压机原点丢失

故障描述：设备异常断电，导致伺服压力机原点丢失。

原因分析：按照设备厂家的设计值，滑块在下死点时，主螺杆显示值为10mm，滑块在上死点时，主螺杆显示值为1285mm，A=设计值－实测值＋10mm（设计值为2.59mm）；实测值为滑块开到下死点，用内径百分表检测到螺杆硬挡块距离。

图5 No.检索的地方

图6 APC、APZ处数值显示

图7 在APZ处输入“0”，在APC处输入“1”

图8 APC自动恢复为“0”

原点恢复方法：

与数控机床采取的FANUC系统原点恢复方法比较类似，输入1815到No.检索的地方（图5）用鼠标左键单击1，出现APZ、APC初始设定值，如图6所示，在APZ的“*”处输入“0”，在APC的“*”处输入“1”，如图7所示。

输入结束的时候，需关闭与重启电源。（这个时候会有一次power mate“PM”电源OFF），确认NO.1240位置值会显示出来，同时滑块上下运动100mm，确认基准位置。若原点位置查找到后，观察1815参数，会发现APC自动恢复为“0”，此时原点标定成功，如图8所示。

结束语

对于传统机械压力机的维修人员而言，随着伺服压力机越来越多的应用，设备维护变成了一个全新的课题，需要加强新技能、新知识的涉猎与深入研究。一方面要加强设备维护保养及规范操作，另一方面要通过结合伺服系统的一些参数调整伺服应用，同时还要敢于创新维修方法，这样才能做好伺服压力机的保驾护航。