摘要；本文介紹了數(shù)控機(jī)床中常用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路故障診斷方法并給出XK91—2型軸承保持架銑床的診斷例子。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)，故障診斷 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用日益增多，提高維護(hù)、維修技術(shù)水平，保證高新技術(shù)設(shè)備較高完好率，已成為推廣高新技術(shù)迫在眉睫的問題之一．在這類設(shè)備的故障中，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與保護(hù)電路故障發(fā)生率較高，并且診斷故障點(diǎn)也較為困難．為此，本文探討了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路故障的診斷方法及注意事項(xiàng)。 1故障范圍的確定 現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床多由微機(jī)控制，遇到故障后往往使程序終止正常運(yùn)行，進(jìn)入故障檢測，處理告警程序．可根據(jù)告警提示信息，設(shè)備停止前執(zhí)行到什么階段估計(jì)故障部位，并根據(jù)估計(jì)作好測量準(zhǔn)備，在重新啟動機(jī)床后觀測有關(guān)接口信號．如果控制步進(jìn)電機(jī)的輸出接口信號正常而電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而檢查電機(jī)繞組上缺少的步進(jìn)脈沖電壓，則可斷定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路故障。 步進(jìn)電機(jī)各繞組的信號可以來自于環(huán)形分配器，而環(huán)形分配器由微機(jī)控制．這時(shí)應(yīng)進(jìn)一步檢查微機(jī)發(fā)來的控制信號及環(huán)形分配器的輸出信號是否正確，若輸入正確而輸出不正確，則可肯定環(huán)形分配器存在故障．若輸出正常，則應(yīng)繼續(xù)檢查功率驅(qū)動級。 2環(huán)形分配器的故障點(diǎn)查找 查找環(huán)形分配器的故障點(diǎn)以斷開功率驅(qū)動級為宣，避免困輸入信號不正確燒毀功率級．環(huán)形分配器的輸出信號波形若無資料，可分析電路得出，用以和觀察波形比較．如果能用單脈沖輸入，使分配器單步變化，靜態(tài)檢查各邏輯部件工作，則用萬用表就可查找故障點(diǎn)，是方便易行的方法。 3功率驅(qū)動電路故障點(diǎn)查找 功率驅(qū)動電路工作于高電壓，大電流狀態(tài)，發(fā)生故障往往燒毀功率管．故一般先檢查功率管的好壞．尤其當(dāng)故障使保護(hù)動作，保險(xiǎn)管熔斷更應(yīng)如此．發(fā)現(xiàn)損壞的功率管后，還應(yīng)進(jìn)一步檢查相關(guān)的電路，并在斷開功率管的情況下加電，證實(shí)驅(qū)動信號正確后再使功率管參加工作，以免功率管的再度損壞，甚至損壞電源電路．有些電路由于保護(hù)電路的工作，功率管斷開后會引起保護(hù)動作斷電，使其余電路不能動態(tài)檢查．在這種情況下斷開功率管后應(yīng)再斷開保護(hù)，并認(rèn)真檢查有無使電源短路的故障，確認(rèn)不致引起短路時(shí)才可加電試驗(yàn)檢查，以防在無保護(hù)情況下故障損壞更多器件．故障排除后，接入功率管，若電流可調(diào)應(yīng)使電流調(diào)至最小位置，加電后逐漸增大至合適值，電機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動正常．最后再將電機(jī)裝到機(jī)床上，帶上機(jī)械負(fù)荷，操作設(shè)備、觀察一段時(shí)間，若無異常，即可結(jié)束檢修工作．測試中用示波器觀察不接地的兩點(diǎn)間電壓時(shí)，例如在后面例子中提到的步進(jìn)電機(jī)繞組上電壓，由于示波器測試公共端與外殼相通，故應(yīng)將示波器外殼對地絕緣，并注意操作安全．若示波器可雙端輸入，應(yīng)考慮共模電壓是否在示波器允許范圍內(nèi)。 4檢修實(shí)例 以泉州機(jī)床廠生產(chǎn)的xK91—2型軸承保持架銑床為例，分析其步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路，探討動態(tài)測試方法．這些方法對其它型號數(shù)控機(jī)床故障點(diǎn)定位也有參考價(jià)值。 該銑床是用于加工軸承保持架的專用數(shù)控銑床，由TP801A型單板計(jì)算機(jī)控制，除更換工件外全部工序自動進(jìn)行，分度值也可由撥盤開關(guān)自由方便地設(shè)定，提高了勞動效率和加工精度．實(shí)現(xiàn)高精度的關(guān)鍵是由微機(jī)準(zhǔn)確控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)分度頭轉(zhuǎn)角的改變．分度電機(jī)為90BF002型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，最大轉(zhuǎn)矩為40kg·cm，步進(jìn)角O．75度，額定電流7A，工作方式五相十拍．該步進(jìn)電機(jī)由環(huán)形分配器產(chǎn)生的五相脈沖控制信號經(jīng)驅(qū)動電路加于步進(jìn)電機(jī)的繞組上．環(huán)形分配器時(shí)鐘脈沖在自檢位置時(shí)可由一振蕩器提供，而工作位置時(shí)則由微機(jī)送來脈沖進(jìn)行控制，從而控制分度電機(jī)的轉(zhuǎn)角。 由文獻(xiàn)[1]給出的環(huán)形分配器的電路知，自檢時(shí)由時(shí)基電路555（IC210）構(gòu)成的矩形波振蕩器提供時(shí)鐘脈沖．開關(guān)K203將振蕩脈沖送各D觸發(fā)器。 環(huán)形分配器主要由五只帶擴(kuò)展端的兩輸入端四與或非門電路CD4086，三只雙D觸發(fā)器．MCl4013及一只六反相器MN4069組成．產(chǎn)生的控制信號由集成達(dá)林頓電路MCl413P輸出至驅(qū)動功率級五只CD4086均接成二輸入端二與或非電路．開關(guān)K202控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)．正轉(zhuǎn)位置時(shí)K202將低電平送至IC204至IC208的2端，使它們的1．2端與門被禁止，同時(shí)低電平又送至IC209—4，反相變?yōu)楦唠娖?，使IC204～I(xiàn)C208的5．6端與門的5端為高電平，由二輸入端雙與或非邏輯關(guān)系可推出 故IC201—1的D輸入端的邏輯電平為，因IC204的6端接至IC202—2的，故IC201-1的D與IC202—2的同邏輯電平．同樣，IC201—2的D與IC203—1的，IC202—1的D與IC201一1的，IC202—2的D與IC201—2的，IC203—1的D與IC202—1的是同邏輯電平的．復(fù)位時(shí)K201將高電平引入IC201一l，IC201—2，IC202 —1的置“l(fā)，’端S和IC202—2，IC203—1的復(fù)“O”端R，故復(fù)位后IC201—1到ID203一1 的Q端邏輯電平順次為11100．以此為初態(tài)，并根據(jù)前面得出的邏輯關(guān)系，可以一步一步推出五相波形．測試K201是工作位置時(shí)的實(shí)際波形，若與分析不符，則可將K203打至“外接”并斷開微機(jī)接口，用一只1kΩ左右電阻從該處與+5V碰接，則可使環(huán)形計(jì)數(shù)器一拍一拍地工作，用示波器，邏輯筆或萬用表可在每一拍后檢查各處邏輯電平，看各器件輸入與輸出邏輯電平關(guān)系與該器件是否相符即可查出故障器件．反轉(zhuǎn)時(shí)分析檢查方法相同。 該機(jī)床的功率驅(qū)動部分電路由完全相同五相電路組成，本文僅分析具中一相。 由于步進(jìn)電機(jī)工作于大電流高電壓狀態(tài)，其供電電路裝接兩種保護(hù)，一是電源過電流保護(hù)，二是繞組加電超時(shí)保護(hù)．過電流時(shí)R406產(chǎn)生的電壓使晶閘管K[sub]p[/sub]401觸發(fā)導(dǎo)通，旁路了BG404的基極電流，使BG403截止切斷故障電流，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。 加電超時(shí)保護(hù)主要由時(shí)基電路556（IClOl一1）完成．環(huán)形分配器來的正脈沖使D101截止，若D102為截止?fàn)顟B(tài)，則BG101導(dǎo)通，一方面使光電耦合器BG103導(dǎo)通，經(jīng)由BG104，BG105，使+80V加于電機(jī)繞組Ψ[sub]A[/sub]上，另一方面則由BGl02，R123向C402充電，若BG101導(dǎo)通時(shí)間過長，則C402充電達(dá)到動作閾值使IC101一1的1端放電，D108導(dǎo)通，經(jīng)光電耦合器，使KP402觸發(fā)導(dǎo)通，與KP401導(dǎo)通一樣使BG403截止切斷負(fù)荷電流．電路正常工作時(shí)，環(huán)形分配器的正脈沖也使D103截止，因而使BG107，BG108導(dǎo)通，為繞組Ψ[sub]A[/sub]電流提供通路，繞組電流通過R116產(chǎn)生的電壓加于IC101—2控制極上由于Ψ[sub]A[/sub]電感電流隨時(shí)間而增大．故R116上電壓可在某時(shí)刻達(dá)到IC101一2的放電閾值，IC101—2的13端放電，D102導(dǎo)通，使BG101，BG102截生，C402電荷經(jīng)R123，R104對地放電。只要每次這個(gè)過程時(shí)間比較短超時(shí)保護(hù)就不會動作．并且BGl01的截止，使BGl03截止，經(jīng)BG104，BG105使Ψ[sub]A[/sub]斷電，限制了繞組的電流．此后，IC101—2又復(fù)位，再次給Ψ[sub]A[/sub]加電，Ψ[sub]A[/sub]上形成幅值被限制的振蕩電流。 該部分電路故障診斷的困難在于故障時(shí)很容易燒毀BG105，BG108.故驅(qū)動信號不正常時(shí)不宜接入這兩只功率管，但此時(shí)Ψ[sub]A[/sub]無電流，又導(dǎo)至IC101—2不放電，B101，BG102導(dǎo)通時(shí)間長而超時(shí)保護(hù)動作，無法動態(tài)檢查這部分電路．因此可以在斷開這兩只功率管的前提下，斷開D108，停用超時(shí)保護(hù)，加電檢查電路，待正常后，再接入良好的功率管，并接通D108調(diào)整R1101為分壓最低位置開始加電，而后逐漸調(diào)整RW101使電流增至正常值．觀察工作正常后再將電機(jī)安裝好，帶實(shí)際機(jī)械負(fù)荷，按程序操作，若工作正常，結(jié)束檢修工作。