機床進給伺服系統(tǒng)常見故障及原因診斷

故障形成及原因診斷

（1）超程

當進給運動超過由軟件設(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

當進給運動的負載過大，頻繁正反向運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上顯示伺服電機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進給驅(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。當竄動發(fā)生在由正向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由于進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給時，一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益低和外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動機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)動和伺服電動機的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進給運動忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

（5）振動

機床以高速運行時，可能產(chǎn)生振動，這時就會出現(xiàn)過流報警。機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)電機和伺服電動機的問題。

檢查測速發(fā)電機及伺服電機。當機床振動時，說明機床速度在振蕩，測速發(fā)電機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，最好能測一下機床的振動頻率與電動機旋轉(zhuǎn)的速度是否存在一個準確的比例關(guān)系，如振動的頻率是電動機轉(zhuǎn)速的四倍頻率，這時就應(yīng)考慮電動機或測速發(fā)電機有故障。首先要檢查電動機有無故障，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。

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。

檢查振動頻率與進給速度的關(guān)系。若二者成比例，除機床共振原因外，多數(shù)是因為CNC系統(tǒng)插補精度太差或位置檢測增益太高引起的，需要進行插補調(diào)整和檢測增益的調(diào)整。如果與進給速度無關(guān)，則可能原因有：速度控制單元的設(shè)定與機床不匹配，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)控機床，加工中心X軸負載有時突然上升到80%，同時X軸電動機嗡嗡作響;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；機械部分間隙大，傳動鏈剛性差，有卡滯；負載慣量較大。經(jīng)查X軸位置增益未變，負載也正常。此機床由于一直進行重切削加工，X軸間隙較大，進行過間隙補償。經(jīng)查X軸間隙補償參數(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）伺服電機不轉(zhuǎn)

數(shù)控系統(tǒng)輸入至進給驅(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)，分析機床PLC梯形圖（或流程圖），以確定進給軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足; 對帶電磁制動的伺服電動機，應(yīng)檢查電磁制動是否釋放; 進給驅(qū)動單元故障; 伺服電動機故障。

（7）位置誤差

當伺服軸運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; 位置檢測裝置有污染; 進給傳動鏈累積誤差過大; 主軸箱垂直運動時平衡裝置（如平衡油缸等）不穩(wěn)。

（8）漂移

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

（9）回參考點故障

回參考點故障一般分為找不到參考點和找不準參考點兩類。前一類故障一般是回參考點減速開關(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志位或光柵尺零標志位來確定是否有故障;后一類故障是參考點開關(guān)擋塊位置設(shè)置不當引起的，需要重新調(diào)整擋塊位置。

（10）伺服電動機開機后既自動旋轉(zhuǎn)

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

進給驅(qū)動的故障診斷

一、直流進給驅(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，從而達到控制電樞電流，進而控制伺服電動機轉(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：

機床切削條件苛刻及機床摩擦力矩增大，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；

伺服電動機電樞內(nèi)部短路或絕緣不良、電動機永久磁體去磁或脫落及電動機制動器不良，引起電動機內(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)機床說明書。

3.無報警顯示的故障：

機床失控。

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。檢查機床振動周期，如機床振動周期隨進給速度變化，特別是快速移動時，伴有大的沖擊，多為測速裝置有故障，如伺服電動機上的測速發(fā)電機電刷接觸不良；若機床振動周期不隨進給速度變化，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。

除機床進給傳動鏈誤差大外，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，以確認能否消除故障。

電動機運行時噪聲過大。

伺服電動機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；

電動機軸向存在竄動。

伺服電動機不轉(zhuǎn)。

電動機永久磁鐵脫落；

帶電磁制動器的伺服電動機，制動器失靈，通電后未能脫開。

二、交流進給驅(qū)動

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

是否受到任何機械損傷;

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.交流伺服電動機的安裝注意事項。維修完成后，安裝伺服要注意以下幾點：

由于伺服系統(tǒng)防水結(jié)構(gòu)不是很嚴密，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;

當伺服電動機安裝在齒輪箱上時，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、軸向負載。

按說明書規(guī)定，對伺服和控制電路之間進行正確的連接。

3.交流伺服電動機常見的故障。包括以下幾點：

轉(zhuǎn)子位置檢測裝置故障。當霍爾開關(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，則該電動機已損壞;如果用手轉(zhuǎn)不動或轉(zhuǎn)動后無返回，則機械部分可能有故障。

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、步進電動機驅(qū)動

步進電動機驅(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床上曾得到廣泛應(yīng)用。

使用過程中，步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)有如下常見故障：

1.電動機過熱報警?？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，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行過程中，驅(qū)動器或步進電動機發(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.步進電動機失步或多步，此故障引起的可能現(xiàn)象是工作過程中，配置步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)的某軸突然停頓，而后，又繼續(xù)走動。

5.運轉(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