摘要；本文介紹了數(shù)控機床中常用的步進電機驅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。 關鍵詞：步進電機，故障診斷 數(shù)控機床的應用日益增多，提高維護、維修技術水平，保證高新技術設備較高完好率，已成為推廣高新技術迫在眉睫的問題之一．在這類設備的故障中，步進電機驅動與保護電路故障發(fā)生率較高，并且診斷故障點也較為困難．為此，本文探討了步進電機驅動電路故障的診斷方法及注意事項。 1故障范圍的確定 現(xiàn)在數(shù)控機床多由微機控制，遇到故障后往往使程序終止正常運行，進入故障檢測，處理告警程序．可根據(jù)告警提示信息，設備停止前執(zhí)行到什么階段估計故障部位，并根據(jù)估計作好測量準備，在重新啟動機床后觀測有關接口信號．如果控制步進電機的輸出接口信號正常而電機不運轉，進而檢查電機繞組上缺少的步進脈沖電壓，則可斷定步進電機驅動電路故障。 步進電機各繞組的信號可以來自于環(huán)形分配器，而環(huán)形分配器由微機控制．這時應進一步檢查微機發(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，則應繼續(xù)檢查功率驅動級。 2環(huán)形分配器的故障點查找 查找環(huán)形分配器的故障點以斷開功率驅動級為宣，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，是方便易行的方法。 3功率驅動電路故障點查找 功率驅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．尤其當故障使保護動作，保險管熔斷更應如此．發(fā)現(xiàn)損壞的功率管后，還應進一步檢查相關的電路，并在斷開功率管的情況下加電，證實驅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．有些電路由于保護電路的工作，功率管斷開后會引起保護動作斷電，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再斷開保護，并認真檢查有無使電源短路的故障，確認不致引起短路時才可加電試驗檢查，以防在無保護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)應使電流調(diào)至最小位置，加電后逐漸增大至合適值，電機應轉動正常．最后再將電機裝到機床上，帶上機械負荷，操作設備、觀察一段時間，若無異常，即可結束檢修工作．測試中用示波器觀察不接地的兩點間電壓時，例如在后面例子中提到的步進電機繞組上電壓，由于示波器測試公共端與外殼相通，故應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，應考慮共模電壓是否在示波器允許范圍內(nèi)。 4檢修實例 以泉州機床廠生產(chǎn)的xK91—2型軸承保持架銑床為例，分析其步進電機的驅動電路，探討動態(tài)測試方法．這些方法對其它型號數(shù)控機床故障點定位也有參考價值。 該銑床是用于加工軸承保持架的專用數(shù)控銑床，由TP801A型單板計算機控制，除更換工件外全部工序自動進行，分度值也可由撥盤開關自由方便地設定，提高了勞動效率和加工精度．實現(xiàn)高精度的關鍵是由微機準確控制步進電機實現(xiàn)分度頭轉角的改變．分度電機為90BF002型反應式步進電機，最大轉矩為40kg·cm，步進角O．75度，額定電流7A，工作方式五相十拍．該步進電機由環(huán)形分配器產(chǎn)生的五相脈沖控制信號經(jīng)驅動電路加于步進電機的繞組上．環(huán)形分配器時鐘脈沖在自檢位置時可由一振蕩器提供，而工作位置時則由微機送來脈沖進行控制，從而控制分度電機的轉角。 由文獻[1]給出的環(huán)形分配器的電路知，自檢時由時基電路555（IC210）構成的矩形波振蕩器提供時鐘脈沖．開關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林頓電路MCl413P輸出至驅動功率級五只CD4086均接成二輸入端二與或非電路．開關K202控制電機的正反轉．正轉位置時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，同時低電平又送至IC209—4，反相變?yōu)楦唠娖�，使IC204～IC208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．復位時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“O”端R，故復位后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)前面得出的邏輯關系，可以一步一步推出五相波形．測試K201是工作位置時的實際波形，若與分析不符，則可將K203打至“外接”并斷開微機接口，用一只1kΩ左右電阻從該處與+5V碰接，則可使環(huán)形計數(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系與該器件是否相符即可查出故障器件．反轉時分析檢查方法相同。 該機床的功率驅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。 由于步進電機工作于大電流高電壓狀態(tài)，其供電電路裝接兩種保護，一是電源過電流保護，二是繞組加電超時保護．過電流時R406產(chǎn)生的電壓使晶閘管K[sub]p[/sub]401觸發(fā)導通，旁路了BG404的基極電流，使BG403截止切斷故障電流，實現(xiàn)過流保護。 加電超時保護主要由時基電路556（IClOl一1）完成．環(huán)形分配器來的正脈沖使D101截止，若D102為截止狀態(tài)，則BG101導通，一方面使光電耦合器BG103導通，經(jīng)由BG104，BG105，使+80V加于電機繞組Ψ[sub]A[/sub]上，另一方面則由BGl02，R123向C402充電，若BG101導通時間過長，則C402充電達到動作閾值使IC101一1的1端放電，D108導通，經(jīng)光電耦合器，使KP402觸發(fā)導通，與KP401導通一樣使BG403截止切斷負荷電流．電路正常工作時，環(huán)形分配器的正脈沖也使D103截止，因而使BG107，BG108導通，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]電感電流隨時間而增大．故R116上電壓可在某時刻達到IC101一2的放電閾值，IC101—2的13端放電，D102導通，使BG101，BG102截生，C402電荷經(jīng)R123，R104對地放電。只要每次這個過程時間比較短超時保護就不會動作．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很容易燒毀BG105，BG108.故驅動信號不正常時不宜接入這兩只功率管，但此時Ψ[sub]A[/sub]無電流，又導至IC101—2不放電，B101，BG102導通時間長而超時保護動作，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，停用超時保護，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安裝好，帶實際機械負荷，按程序操作，若工作正常，結束檢修工作。