機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)常見故障及原因診斷

故障形成及原因診斷

（1）超程

當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)決定的硬限位時，就會發(fā)生超程報警。一般會在CRT上顯示報警內(nèi)容。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說明書，即可排除故障，解除報警。

（2）過載

當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動的負(fù)載過大，頻繁正反向運(yùn)動以及傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時，均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電機(jī)過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強(qiáng)電柜中的進(jìn)給驅(qū)動單元上，指示燈或數(shù)碼管會提示驅(qū)動單元過載、過電流等信息。

（3）竄動

在進(jìn)給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象，其原因包括：測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等; 速度控制信號不穩(wěn)定或受到干擾;接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當(dāng)竄動發(fā)生在由正向運(yùn)動與反向運(yùn)動的換向瞬間時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致。

（4）爬行

發(fā)生在啟動加速階段或低速進(jìn)給時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益低和外加負(fù)載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動機(jī)和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動和伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

（5）振動

機(jī)床以高速運(yùn)行時，可能產(chǎn)生振動，這時就會出現(xiàn)過流報警。機(jī)床振動問題一般屬于速度問題，所以應(yīng)去查找速度環(huán)，即凡是與速度有關(guān)的問題，應(yīng)該去查找速度調(diào)節(jié)器。因此，振動問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號、反饋信號及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。

首先檢查輸入給速度調(diào)節(jié)器的信號，即給定信號。給定信號由位置偏差計數(shù)器發(fā)出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量VCMD、再送入速度調(diào)節(jié)器。應(yīng)查一下這個信號是否有振動分量，如它只有一個周期的振動信號，可以確認(rèn)速度調(diào)節(jié)器沒有問題，而是前級的問題，即應(yīng)到D/A轉(zhuǎn)換器或位置偏差計數(shù)器中去查找問題。如果正常，就轉(zhuǎn)向查找測速發(fā)電機(jī)和伺服電動機(jī)的問題。

檢查測速發(fā)電機(jī)及伺服電機(jī)。當(dāng)機(jī)床振動時，說明機(jī)床速度在振蕩，測速發(fā)電機(jī)反饋回來的波形一定也在振蕩，觀察它的波形是否出現(xiàn)有規(guī)律的大起大落。這時，最好能測一下機(jī)床的振動頻率與電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度是否存在一個準(zhǔn)確的比例關(guān)系，如振動的頻率是電動機(jī)轉(zhuǎn)速的四倍頻率，這時就應(yīng)考慮電動機(jī)或測速發(fā)電機(jī)有故障。首先要檢查電動機(jī)有無故障，查其碳刷、換向器表面狀況，如果沒有問題，就再檢查測速發(fā)電機(jī)。

速度調(diào)節(jié)器故障。若采用上述方法還不能完全消除振動，甚至無任何改善，就應(yīng)考慮速度調(diào)節(jié)器本身的問題，應(yīng)更換速度調(diào)節(jié)器板或換下后徹底檢測各處波形。

檢查振動頻率與進(jìn)給速度的關(guān)系。若二者成比例，除機(jī)床共振原因外，多數(shù)是因為CNC系統(tǒng)插補(bǔ)精度太差或位置檢測增益太高引起的，需要進(jìn)行插補(bǔ)調(diào)整和檢測增益的調(diào)整。如果與進(jìn)給速度無關(guān)，則可能原因有：速度控制單元的設(shè)定與機(jī)床不匹配，速度控制單元調(diào)整不好，該軸的速度環(huán)增益太大或速度控制單元的印制電路板不良。

實例：X軸振蕩的故障維修

故障現(xiàn)象：一臺配套FANUC OMC的數(shù)控機(jī)床，加工中心X軸負(fù)載有時突然上升到80%，同時X軸電動機(jī)嗡嗡作響;有時又正常。

分析及處理過程：現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)X軸電動機(jī)嗡嗡作響的頻率較低，故判斷X軸發(fā)生低頻振蕩。發(fā)生振蕩的原因有：軸位置環(huán)增益不合適；機(jī)械部分間隙大，傳動鏈剛性差，有卡滯；負(fù)載慣量較大。經(jīng)查X軸位置增益未變，負(fù)載也正常。此機(jī)床由于一直進(jìn)行重切削加工，X軸間隙較大，進(jìn)行過間隙補(bǔ)償。經(jīng)查X軸間隙補(bǔ)償參數(shù)0535，設(shè)定值為250，用百分表測得X軸實際間隙為0.22，補(bǔ)償過渡；直到將設(shè)定值改為200后，X軸振蕩才消除。

（6）伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)

數(shù)控系統(tǒng)輸入至進(jìn)給驅(qū)動單元的除了速度控制信號外，還有伺服使能控制信號，一般為DC + 24 V繼電器線圈電壓。檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出; 檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機(jī)床PLC梯形圖（或流程圖），以確定進(jìn)給軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足; 對帶電磁制動的伺服電動機(jī)，應(yīng)檢查電磁制動是否釋放; 進(jìn)給驅(qū)動單元故障; 伺服電動機(jī)故障。

（7）位置誤差

當(dāng)伺服軸運(yùn)動超過位置允差范圍時，數(shù)控系統(tǒng)就會產(chǎn)生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有：系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍小; 伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng); 位置檢測裝置有污染; 進(jìn)給傳動鏈累積誤差過大; 主軸箱垂直運(yùn)動時平衡裝置（如平衡油缸等）不穩(wěn)。

（8）漂移

當(dāng)指令值為零時，坐標(biāo)軸仍移動，從而造成位置誤差。通過漂移補(bǔ)償和驅(qū)動單元上的零速調(diào)整來消除。

（9）回參考點(diǎn)故障

回參考點(diǎn)故障一般分為找不到參考點(diǎn)和找不準(zhǔn)參考點(diǎn)兩類。前一類故障一般是回參考點(diǎn)減速開關(guān)產(chǎn)生的信號或零位脈沖信號失效，可以通過檢查脈沖編碼器零標(biāo)志位或光柵尺零標(biāo)志位來確定是否有故障;后一類故障是參考點(diǎn)開關(guān)擋塊位置設(shè)置不當(dāng)引起的，需要重新調(diào)整擋塊位置。

（10）伺服電動機(jī)開機(jī)后既自動旋轉(zhuǎn)

主要原因有：位置反饋的極性錯誤; 由于外力使坐標(biāo)軸產(chǎn)生了位置偏移;驅(qū)動器、測速發(fā)電機(jī)、伺服電動機(jī)或系統(tǒng)位置測量回路不良; 電動機(jī)或驅(qū)動器有故障。

進(jìn)給驅(qū)動的故障診斷

一、直流進(jìn)給驅(qū)動

PWM調(diào)速是利用脈寬調(diào)制器對大功率晶體管的開關(guān)時間進(jìn)行控制。將速度控制信號轉(zhuǎn)換成—定頻率的方波電壓，加到直流伺服電動機(jī)電樞的兩端，通過對方波寬度的控制，改變電樞兩端的平均電壓，從而達(dá)到控制電樞電流，進(jìn)而控制伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。晶閘管調(diào)速則是利用速度調(diào)節(jié)器對晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，通過改變導(dǎo)通角的大小來改變電樞兩端的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

1.CRT有報警顯示的故障，對于FANUC系統(tǒng)，CRT顯示的伺服報警為400～457號伺服系統(tǒng)錯誤報警和702～704號過熱報警。引起過熱報警的原因有：

機(jī)床切削條件苛刻及機(jī)床摩擦力矩增大，引起主回路中的過載繼電器動作；

切削時伺服電動機(jī)電流太大或變壓器本身故障，引起伺服變壓器熱控開關(guān)動作；

伺服電動機(jī)電樞內(nèi)部短路或絕緣不良、電動機(jī)永久磁體去磁或脫落及電動機(jī)制動器不良，引起電動機(jī)內(nèi)的熱控開關(guān)動作。

2.報警指示燈指示的故障，對于FANUC系統(tǒng)和Siemens系統(tǒng)速度控制單元中的印制線路板上有報警燈，其功能、故障原因及排除方法可參看相應(yīng)機(jī)床說明書。

3.無報警顯示的故障：

機(jī)床失控。

速度反饋信號為正反饋信號，多發(fā)生在維修調(diào)試過程中，通常是電纜信號線連接錯誤所致。

機(jī)床振動。

與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定錯誤，如指令倍率CRM和檢測倍率DMR的設(shè)定錯誤等。檢查機(jī)床振動周期，如機(jī)床振動周期隨進(jìn)給速度變化，特別是快速移動時，伴有大的沖擊，多為測速裝置有故障，如伺服電動機(jī)上的測速發(fā)電機(jī)電刷接觸不良；若機(jī)床振動周期不隨進(jìn)給速度變化，則調(diào)節(jié)增益電位器，使增益降低，觀察振動是否減弱。若減弱，且振動頻率是幾十赫茲到幾百赫茲，也即機(jī)床的固有振動頻率，則可通過印制線路板上的有關(guān)設(shè)定來解決。若振動不減弱，則是印制線路板有故障。

定位精度低。

除機(jī)床進(jìn)給傳動鏈誤差大外，還與伺服系統(tǒng)增益太低有關(guān)，調(diào)節(jié)增益電位器，增大增益，以確認(rèn)能否消除故障。

電動機(jī)運(yùn)行時噪聲過大。

伺服電動機(jī)換向器的表面粗糙度不好或有損傷；

油液或灰塵等侵入電刷或換向器；

電動機(jī)軸向存在竄動。

伺服電動機(jī)不轉(zhuǎn)。

電動機(jī)永久磁鐵脫落；

帶電磁制動器的伺服電動機(jī)，制動器失靈，通電后未能脫開。

二、交流進(jìn)給驅(qū)動

1.交流伺服電動機(jī)的基本檢查。原則上說，交流伺服電動機(jī)可以不需要維修，因為它沒有損壞。但由于交流伺服電動機(jī)內(nèi)含有精密檢測器，因此，當(dāng)發(fā)生碰撞、沖擊時可能會引起故障，維修時應(yīng)進(jìn)行如下檢查：

是否受到任何機(jī)械損傷;

旋轉(zhuǎn)部分是否可用手正常轉(zhuǎn)動;

帶制動器的，制動器是否正常;

是否有任何松動螺釘或間隙;

是否安裝在潮濕、溫度變化劇烈和有灰塵的地方。

2.交流伺服電動機(jī)的安裝注意事項。維修完成后，安裝伺服要注意以下幾點(diǎn)：

由于伺服系統(tǒng)防水結(jié)構(gòu)不是很嚴(yán)密，如果切削液、潤滑油等滲入內(nèi)部，會引起絕緣性能降低或繞組短路，因此，應(yīng)注意盡可能避免切削液濺入;

當(dāng)伺服電動機(jī)安裝在齒輪箱上時，加注潤滑油時應(yīng)注意齒輪箱的潤滑油油面高度必須低于伺服的輸出軸，防止?jié)櫥蜐B入內(nèi)部。

當(dāng)固定伺服聯(lián)軸器、齒輪、同步帶等連接件時，在任何情況下，作用在上面的力不能超過容許的徑向、軸向負(fù)載。

按說明書規(guī)定，對伺服和控制電路之間進(jìn)行正確的連接。

3.交流伺服電動機(jī)常見的故障。包括以下幾點(diǎn)：

轉(zhuǎn)子位置檢測裝置故障。當(dāng)霍爾開關(guān)或光電脈沖編碼器發(fā)生故障時，會引起失控，進(jìn)給有振動。

用萬用表或電橋測量電樞繞組的直流電阻，檢查是否斷路，并用兆歐表查絕緣是否良好。

將與機(jī)械裝置分離，用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，正常情況下感覺有阻力，轉(zhuǎn)一個角度后手放開，轉(zhuǎn)子又返回;如果用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子時能連續(xù)轉(zhuǎn)幾圈并自由停下，則該電動機(jī)已損壞;如果用手轉(zhuǎn)不動或轉(zhuǎn)動后無返回，則機(jī)械部分可能有故障。

脈沖編碼器的更換。若交流伺服的脈沖編碼器不良，就應(yīng)更換脈沖編碼器。

三、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動

步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動是開環(huán)控制系統(tǒng)中最常選用的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡單，調(diào)試、維修、使用都很方便，工作可靠，成本低廉。在一般要求精度不太高的機(jī)床上曾得到廣泛應(yīng)用。

使用過程中，步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)有如下常見故障：

1.電動機(jī)過熱報警?？赡苁枪ぷ鳝h(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高;參數(shù)選擇不當(dāng)，如電流過大、超過相電流和可重新設(shè)置參數(shù)等。

2.工作中，尖叫后不轉(zhuǎn)，具體情況為加工或運(yùn)行過程中，驅(qū)動器或步進(jìn)電動機(jī)發(fā)出刺耳的尖叫聲?？赡艿脑蚴禽斎朊}沖頻率太高，引起堵塞，可通過降低輸入脈沖頻率來排除;輸入脈沖的突調(diào)頻率太高，可通過降低輸入脈沖的突調(diào)頻率來排除。

3.工作過程中停車，在工作正常的狀況下，發(fā)生突然停車的故障。

4.步進(jìn)電動機(jī)失步或多步，此故障引起的可能現(xiàn)象是工作過程中，配置步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的某軸突然停頓，而后，又繼續(xù)走動。

5.運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有抖動。反映在加工中是加工的工件有振紋，表面粗糙度大。

審核編輯 ：李倩