數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)常見故障及典型案例分析

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

2、gt;　　1 伺服進給系統(tǒng)常見故障形式 </p><p><b>　　1.1 超程 </b></p><p>　　當進給運動超過由軟件設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，解除超程。 </p><p><b>　　1.2 爬行 </b&g

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

4、給時出現(xiàn)竄動現(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；2、位置控制信號受到干擾；3、測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等。如果竄動發(fā)生在正、反向運動的瞬間，則一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或者伺服系統(tǒng)增益過大引起。 </p><p><b>　　1.4 過載 </b></p><p>　　當進給運動的負載過大、參數(shù)設定錯誤、頻繁正、

5、反向運動以及進給傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時，均會引起過載的故障。此故障一般機床可以自行診斷出來，并在 CRT顯示屏上顯示過載、過熱或過電流報警。同時，在進給伺服模塊上用指示燈或者數(shù)碼管顯示驅(qū)動單元過載、過電流等報警信息。 </p><p>　　1.5 伺服電動機不轉(zhuǎn) </p><p>　　當速度、位置控制信號未輸出、或者使能信號（即伺服允許信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓）未接通以及進

6、給驅(qū)動單元故障都會造成此故障。此時應測量數(shù)控裝置的指令輸出端子的信號是否正常，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，觀察如潤滑、冷卻等是否滿足。如是進給驅(qū)動單元故障則用交換法，可判斷出相應單元是否有故障。 </p><p>　　2 伺服進給系統(tǒng)常見故障典型案例分析 </p><p>　?。?）一臺配套FANUC 7M系統(tǒng)的加工中心，進給加

7、工過程中，發(fā)現(xiàn)Y軸有振動現(xiàn)象。 </p><p>　　為了判定故障原因，將機床操作方式置于手動方式，用手搖脈沖發(fā)生器控制Y軸進給，發(fā)現(xiàn)Y軸仍有振動現(xiàn)象。在此方式下，通過較長時間的移動后，Y軸速度單元上OVC報警燈亮。證明Y軸伺服驅(qū)動器發(fā)生了過電流報警，根據(jù)以上現(xiàn)象，分析可能的原因如下： </p><p>　?、匐妱訖C負載過重；②機械傳動系統(tǒng)不良；③位置環(huán)增益過高；④伺服電動機不良，等等

8、。 </p><p>　　維修時通過互換法，確認故障原因出在直流伺服電動機上。卸下Y軸電動機，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)2個電刷中有1個的彈簧己經(jīng)燒斷，造成了電樞電流不平衡，使電動機輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)電動機的軸承亦有損壞，故而引起-軸的振動與過電流。更換電動機軸承與電刷后，機床恢復正常。 </p><p>　?。?）一臺配套FANUC 6ME系統(tǒng)的加工中心。軸在運動時速度不穩(wěn).由運動到停止的過

9、程中，在停止位置出現(xiàn)較大幅度的振蕩，有時不能完成定位，必須關(guān)機后，才能重新工作。 </p><p>　　分析與處理過程：仔細觀察機床的振動情況，發(fā)現(xiàn)，X軸振蕩頻率較低，且無異常聲。從振蕩現(xiàn)象上看，故障現(xiàn)象與閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設定有關(guān)，如：系統(tǒng)增益設定過高、積分時間常數(shù)設定過大等。 </p><p>　　檢查系統(tǒng)的參數(shù)設定、伺服驅(qū)動器的增益、積分時間電位器調(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)的設定與調(diào)節(jié)無關(guān)。為了進一步驗證，維修時在記錄了原調(diào)整值的前提下，將以上參數(shù)進行了重新調(diào)節(jié)與試驗，發(fā)現(xiàn)故障依然存在，證明了判斷的正確性。 </p><p>　　在以上基礎上，將參數(shù)與調(diào)整值重新回到原設定后，對伺服電動機與測量系統(tǒng)進行了檢查。首先清理了測速發(fā)電機和伺服電動機的換向器表面，并用數(shù)字表檢查測速發(fā)電機繞組情況。檢查發(fā)現(xiàn)，該伺服電動機的測速發(fā)電機轉(zhuǎn)子與電動機軸之間

11、的連接存在松動，粘接部分已經(jīng)脫開；經(jīng)重新連接后，開機試驗，故障現(xiàn)象消失，機床恢復正常工作。 </p><p>　?。?）一臺數(shù)控銑床，采用FUNAC 6M系列三軸一體型伺服驅(qū)動器，開機后，X軸工作正常，但是手動移動Z軸，發(fā)現(xiàn)在較小范圍內(nèi)，Z軸可以運動，但繼續(xù)移動Z軸，系統(tǒng)出現(xiàn)伺服報警。 </p><p>　　分析和處理過程：根據(jù)故障現(xiàn)象，檢查機床實際工作情況，發(fā)現(xiàn)開機后Z軸可以少量運動

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，可能是機床電氣控制系統(tǒng)故障或機械傳動系統(tǒng)不良。為確定故障部位，考慮到本機床采用半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，維修時首先松開伺服與絲杠的連接，并再次開機實驗，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象不變，故確認報警是由于電氣控制系統(tǒng)不良引起。 </p><p>　　由于機床Z軸伺服帶有制動器，開機測量制動器的輸入電壓正常，在系統(tǒng)、驅(qū)動器關(guān)機的情況下，對制動器

13、單獨加入電源進行試驗，手動轉(zhuǎn)動Z軸，發(fā)現(xiàn)制動器松開，手動轉(zhuǎn)動軸平穩(wěn)、輕松，證明制動器工作良好。 </p><p>　　為了進一步縮小故障部位，確認Z軸伺服的工作情況，維修時利用不同規(guī)格的 X軸在機床側(cè)進行互換實驗，發(fā)現(xiàn)換上的同樣出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，且工作時故障現(xiàn)象不變，從而排除了伺服本身原因。 </p><p>　　為了確認驅(qū)動器的工作情況，維修時在驅(qū)動器側(cè)，對Z軸的驅(qū)動器進行互換實驗，即將

14、X軸驅(qū)動器與Z軸伺服鏈接，Z軸驅(qū)動器與X軸連接。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移到X軸，Z軸工作恢復正常 </p><p>　　根據(jù)以上實驗，樂意確認以下幾點： </p><p>　?、贆C床機械傳動系統(tǒng)正常，制動器工作良好； </p><p>　?、跀?shù)控系統(tǒng)工作正常，因為當Z軸驅(qū)動器帶動X軸時，機床無報警； </p><p>　?、踆軸伺服工作正常

15、，因為將它在機床側(cè)與X軸互換后，工作正常； </p><p>　?、躗軸驅(qū)動器工作正常，因為通過X軸驅(qū)動器在電柜側(cè)互換，控制Z軸后，同樣發(fā)生故障。 </p><p>　　綜合以上判斷，可以確認故障是由于Z軸伺服的電纜連接引起的。 </p><p>　　仔細檢查伺服的電纜連接，發(fā)現(xiàn)該機床在出廠時電樞線連接錯誤，即驅(qū)動器的L/M/N端子未與插頭的 A/B/C連接端

16、一一對應，相序存在錯誤，重新連接后，故障消失，Z軸可以正常工作。 </p><p>　?。?）一臺配套FUNAC 6ME系統(tǒng)的加工中心，X軸在靜止時機床工作正常，無報警；但在X軸運動過程中，出現(xiàn)振動，伴有噪聲。 </p><p>　　分析與處理過程：由于機床在X軸靜止時機床工作正常，無報警，初步判定數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動器無故障。考慮到X軸運動時定位正確，因此，進一步判定系統(tǒng)X位置環(huán)工作正常。

17、檢查X軸的振動情況，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，振動的頻率與運動速度有關(guān)，運動速度快振動頻率較高，運動速度慢則振動頻率低，初步認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>　　①測速發(fā)電機不良；②測速發(fā)電機連接不良；③直流伺服電動機不良。 </p><p>　　維修時首先檢查X軸伺服電動機的測速發(fā)電機連接，未發(fā)現(xiàn)不良。檢查X軸伺服電動機與內(nèi)裝式測速發(fā)電機，發(fā)現(xiàn)換向器表面