數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見(jiàn)故障及典型案例分析

1、<p>　　數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見(jiàn)故障及典型案例分析</p><p>　　摘 要：數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)在工作時(shí)常出現(xiàn)由于伺服進(jìn)給系統(tǒng)原因造成的機(jī)床故障，此類故障出現(xiàn)的常見(jiàn)形式有超程、過(guò)載、工件尺寸無(wú)規(guī)律偏差等。針對(duì)這些典型故障現(xiàn)象，采用一定的機(jī)床維修技術(shù)，減少此類故障的發(fā)生率。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：伺服進(jìn)給系統(tǒng)；精度；伺服電動(dòng)機(jī) </p><p&

2、gt;　　1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見(jiàn)故障形式 </p><p><b>　　1.1 超程 </b></p><p>　　當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)超過(guò)由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開(kāi)關(guān)決定的硬限位時(shí)，就會(huì)發(fā)生超程報(bào)警，一般會(huì)在CRT上顯示報(bào)警內(nèi)容，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)，即可排除故障，解除超程。 </p><p><b>　　1.2 爬行 </b&g

3、t;</p><p>　　一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過(guò)低及外加負(fù)載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)或伺服的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。 </p><p><b>　　1.3 竄動(dòng) </b></p><p>　　在進(jìn)

4、給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象，其可能原因有：1、接線端子接觸不良，如緊固的螺釘松動(dòng)；2、位置控制信號(hào)受到干擾；3、測(cè)速信號(hào)不穩(wěn)定，如測(cè)速裝置故障、測(cè)速反饋信號(hào)干擾等。如果竄動(dòng)發(fā)生在正、反向運(yùn)動(dòng)的瞬間，則一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或者伺服系統(tǒng)增益過(guò)大引起。 </p><p><b>　　1.4 過(guò)載 </b></p><p>　　當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過(guò)大、參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤、頻繁正、

5、反向運(yùn)動(dòng)以及進(jìn)給傳動(dòng)鏈潤(rùn)滑狀態(tài)不良時(shí)，均會(huì)引起過(guò)載的故障。此故障一般機(jī)床可以自行診斷出來(lái)，并在 CRT顯示屏上顯示過(guò)載、過(guò)熱或過(guò)電流報(bào)警。同時(shí)，在進(jìn)給伺服模塊上用指示燈或者數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)單元過(guò)載、過(guò)電流等報(bào)警信息。 </p><p>　　1.5 伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn) </p><p>　　當(dāng)速度、位置控制信號(hào)未輸出、或者使能信號(hào)（即伺服允許信號(hào)，一般為DC+24V繼電器線圈電壓）未接通以及進(jìn)

6、給驅(qū)動(dòng)單元故障都會(huì)造成此故障。此時(shí)應(yīng)測(cè)量數(shù)控裝置的指令輸出端子的信號(hào)是否正常，通過(guò)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(dòng)條件，觀察如潤(rùn)滑、冷卻等是否滿足。如是進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障則用交換法，可判斷出相應(yīng)單元是否有故障。 </p><p>　　2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見(jiàn)故障典型案例分析 </p><p>　?。?）一臺(tái)配套FANUC 7M系統(tǒng)的加工中心，進(jìn)給加

7、工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)Y軸有振動(dòng)現(xiàn)象。 </p><p>　　為了判定故障原因，將機(jī)床操作方式置于手動(dòng)方式，用手搖脈沖發(fā)生器控制Y軸進(jìn)給，發(fā)現(xiàn)Y軸仍有振動(dòng)現(xiàn)象。在此方式下，通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的移動(dòng)后，Y軸速度單元上OVC報(bào)警燈亮。證明Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)生了過(guò)電流報(bào)警，根據(jù)以上現(xiàn)象，分析可能的原因如下： </p><p>　?、匐妱?dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)重；②機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良；③位置環(huán)增益過(guò)高；④伺服電動(dòng)機(jī)不良，等等

8、。 </p><p>　　維修時(shí)通過(guò)互換法，確認(rèn)故障原因出在直流伺服電動(dòng)機(jī)上。卸下Y軸電動(dòng)機(jī)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)2個(gè)電刷中有1個(gè)的彈簧己經(jīng)燒斷，造成了電樞電流不平衡，使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軸承亦有損壞，故而引起-軸的振動(dòng)與過(guò)電流。更換電動(dòng)機(jī)軸承與電刷后，機(jī)床恢復(fù)正常。 </p><p>　　（2）一臺(tái)配套FANUC 6ME系統(tǒng)的加工中心。軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)速度不穩(wěn).由運(yùn)動(dòng)到停止的過(guò)

9、程中，在停止位置出現(xiàn)較大幅度的振蕩，有時(shí)不能完成定位，必須關(guān)機(jī)后，才能重新工作。 </p><p>　　分析與處理過(guò)程：仔細(xì)觀察機(jī)床的振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)，X軸振蕩頻率較低，且無(wú)異常聲。從振蕩現(xiàn)象上看，故障現(xiàn)象與閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有關(guān)，如：系統(tǒng)增益設(shè)定過(guò)高、積分時(shí)間常數(shù)設(shè)定過(guò)大等。 </p><p>　　檢查系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、伺服驅(qū)動(dòng)器的增益、積分時(shí)間電位器調(diào)節(jié)等均在合適的范圍，且與故障前的調(diào)整

10、完全一致，因此可以初步判斷，軸的振蕩與參數(shù)的設(shè)定與調(diào)節(jié)無(wú)關(guān)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，維修時(shí)在記錄了原調(diào)整值的前提下，將以上參數(shù)進(jìn)行了重新調(diào)節(jié)與試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障依然存在，證明了判斷的正確性。 </p><p>　　在以上基礎(chǔ)上，將參數(shù)與調(diào)整值重新回到原設(shè)定后，對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)與測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了檢查。首先清理了測(cè)速發(fā)電機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)的換向器表面，并用數(shù)字表檢查測(cè)速發(fā)電機(jī)繞組情況。檢查發(fā)現(xiàn)，該伺服電動(dòng)機(jī)的測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)軸之間

11、的連接存在松動(dòng)，粘接部分已經(jīng)脫開(kāi)；經(jīng)重新連接后，開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，故障現(xiàn)象消失，機(jī)床恢復(fù)正常工作。 </p><p>　　（3）一臺(tái)數(shù)控銑床，采用FUNAC 6M系列三軸一體型伺服驅(qū)動(dòng)器，開(kāi)機(jī)后，X軸工作正常，但是手動(dòng)移動(dòng)Z軸，發(fā)現(xiàn)在較小范圍內(nèi)，Z軸可以運(yùn)動(dòng)，但繼續(xù)移動(dòng)Z軸，系統(tǒng)出現(xiàn)伺服報(bào)警。 </p><p>　　分析和處理過(guò)程：根據(jù)故障現(xiàn)象，檢查機(jī)床實(shí)際工作情況，發(fā)現(xiàn)開(kāi)機(jī)后Z軸可以少量運(yùn)動(dòng)

12、，不久溫度迅速上升，表面發(fā)燙。 </p><p>　　分析引起以上故障的原因，可能是機(jī)床電氣控制系統(tǒng)故障或機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良。為確定故障部位，考慮到本機(jī)床采用半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，維修時(shí)首先松開(kāi)伺服與絲杠的連接，并再次開(kāi)機(jī)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象不變，故確認(rèn)報(bào)警是由于電氣控制系統(tǒng)不良引起。 </p><p>　　由于機(jī)床Z軸伺服帶有制動(dòng)器，開(kāi)機(jī)測(cè)量制動(dòng)器的輸入電壓正常，在系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器關(guān)機(jī)的情況下，對(duì)制動(dòng)器

13、單獨(dú)加入電源進(jìn)行試驗(yàn)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)Z軸，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器松開(kāi)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸平穩(wěn)、輕松，證明制動(dòng)器工作良好。 </p><p>　　為了進(jìn)一步縮小故障部位，確認(rèn)Z軸伺服的工作情況，維修時(shí)利用不同規(guī)格的 X軸在機(jī)床側(cè)進(jìn)行互換實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)換上的同樣出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，且工作時(shí)故障現(xiàn)象不變，從而排除了伺服本身原因。 </p><p>　　為了確認(rèn)驅(qū)動(dòng)器的工作情況，維修時(shí)在驅(qū)動(dòng)器側(cè)，對(duì)Z軸的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行互換實(shí)驗(yàn)，即將

14、X軸驅(qū)動(dòng)器與Z軸伺服鏈接，Z軸驅(qū)動(dòng)器與X軸連接。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移到X軸，Z軸工作恢復(fù)正常 </p><p>　　根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，樂(lè)意確認(rèn)以下幾點(diǎn)： </p><p>　　①機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)正常，制動(dòng)器工作良好； </p><p>　?、跀?shù)控系統(tǒng)工作正常，因?yàn)楫?dāng)Z軸驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)X軸時(shí)，機(jī)床無(wú)報(bào)警； </p><p>　?、踆軸伺服工作正常

15、，因?yàn)閷⑺跈C(jī)床側(cè)與X軸互換后，工作正常； </p><p>　?、躗軸驅(qū)動(dòng)器工作正常，因?yàn)橥ㄟ^(guò)X軸驅(qū)動(dòng)器在電柜側(cè)互換，控制Z軸后，同樣發(fā)生故障。 </p><p>　　綜合以上判斷，可以確認(rèn)故障是由于Z軸伺服的電纜連接引起的。 </p><p>　　仔細(xì)檢查伺服的電纜連接，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床在出廠時(shí)電樞線連接錯(cuò)誤，即驅(qū)動(dòng)器的L/M/N端子未與插頭的 A/B/C連接端

16、一一對(duì)應(yīng)，相序存在錯(cuò)誤，重新連接后，故障消失，Z軸可以正常工作。 </p><p>　?。?）一臺(tái)配套FUNAC 6ME系統(tǒng)的加工中心，X軸在靜止時(shí)機(jī)床工作正常，無(wú)報(bào)警；但在X軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，出現(xiàn)振動(dòng)，伴有噪聲。 </p><p>　　分析與處理過(guò)程：由于機(jī)床在X軸靜止時(shí)機(jī)床工作正常，無(wú)報(bào)警，初步判定數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器無(wú)故障?？紤]到X軸運(yùn)動(dòng)時(shí)定位正確，因此，進(jìn)一步判定系統(tǒng)X位置環(huán)工作正常。

17、檢查X軸的振動(dòng)情況，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)的頻率與運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，運(yùn)動(dòng)速度快振動(dòng)頻率較高，運(yùn)動(dòng)速度慢則振動(dòng)頻率低，初步認(rèn)為故障與速度反饋環(huán)節(jié)有關(guān)。分析引起以上故障可能的原因有： </p><p>　?、贉y(cè)速發(fā)電機(jī)不良；②測(cè)速發(fā)電機(jī)連接不良；③直流伺服電動(dòng)機(jī)不良。 </p><p>　　維修時(shí)首先檢查X軸伺服電動(dòng)機(jī)的測(cè)速發(fā)電機(jī)連接，未發(fā)現(xiàn)不良。檢查X軸伺服電動(dòng)機(jī)與內(nèi)裝式測(cè)速發(fā)電機(jī)，發(fā)現(xiàn)換向器表面