數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的故障與維修

1、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的故障與維修    摘 要： 數(shù)控伺服系統(tǒng)作為數(shù)控裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)很大程度上取決于伺服系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。因此，對高性能伺服系統(tǒng)的研究和開發(fā)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。 關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng) 控制 電機(jī) Summary: The number controls servo system as the number controls to equip and tool machine of contact link is the importance that number con

2、trols tool machine to constitute part, the number controls very great degree of the technique index signs such as accuracy and speed etc. s of the tool machine to is decided by the function good and bad of the servo system up. Therefore, to high performance the research and development of the servo

3、system have been one of the key techniques that the modern number controls tool machine. Key words: The servo system the control the electrical machinery 前言： 伺服系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床設(shè)備中具有重要的地位，高性能的伺服系統(tǒng)可以提供靈活、方便、準(zhǔn)確、快速的驅(qū)動(dòng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和整個(gè)工業(yè)的不斷發(fā)展，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)也取得了極大的進(jìn)步，伺服系統(tǒng)已進(jìn)入全數(shù)字化和交流化的時(shí)代。 一、 伺服系統(tǒng)的發(fā)展過程 （一）直流伺服技術(shù) 伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣的過

4、程。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)類型分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。50年代，無刷電機(jī)和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，并在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和機(jī)械設(shè)備上獲得了廣泛的應(yīng)用。70年代則是直流伺服電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛的時(shí)代。 （二）交流伺服技術(shù) 從70年代后期到80年代初期，隨著微處理器技術(shù)、大功率高性能半導(dǎo)體功率器件技術(shù)和電機(jī)永磁材料制造工藝的發(fā)展及其性能價(jià)格比的日益提高，交流伺服技術(shù)交流伺服電機(jī)和交流伺服控制系統(tǒng)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)之一，并將逐漸取代直流伺服系統(tǒng)。 （三）交直流伺服技術(shù)的比較 直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)受電機(jī)本身缺陷的影響，其發(fā)展受到了限制。直流伺服電機(jī)

5、存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，影響了與其連接的其他機(jī)械設(shè)備的精度，難以應(yīng)用到高速及大容量的場合，機(jī)械換向器則成為直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。 交流伺服電機(jī)克服了直流伺服電機(jī)存在的電刷、換向器等機(jī)械部件所帶來的各種缺點(diǎn)，特別是交流伺服電機(jī)的過負(fù)荷特性和低慣性更體現(xiàn)出交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性。所以交流伺服系統(tǒng)在工廠自動(dòng)化等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 從伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品當(dāng)前的應(yīng)用來看，直流伺服產(chǎn)品正逐漸減少，交流伺服產(chǎn)品則日漸增加，市場占有率逐步擴(kuò)大。在實(shí)際應(yīng)用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服產(chǎn)品已經(jīng)成為主流產(chǎn)品。 二、伺服系統(tǒng)的應(yīng)用 隨著市場競爭的日趨激烈，用

6、戶對所需產(chǎn)品提出了更高的技術(shù)要求和更合理的性能價(jià)格比。伺服系統(tǒng)以其出色的性能滿足了各種產(chǎn)品制造廠家近乎苛刻的要求，從而能夠?qū)Ξa(chǎn)品的加工過程、加工工藝和綜合性能進(jìn)行改造。在機(jī)電一體化設(shè)備上伺服系統(tǒng)的使用更加廣泛，幾乎工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域都成為伺服系統(tǒng)的應(yīng)用對象。 三、伺服系統(tǒng)故障與維修 （一） 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障與維修 1主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配 當(dāng)進(jìn)行螺紋切削或用每轉(zhuǎn)進(jìn)給切削時(shí)，會(huì)出現(xiàn)停止進(jìn)給，主軸仍然運(yùn)轉(zhuǎn)的故障。主軸有一個(gè)每轉(zhuǎn)一個(gè)的脈沖的反饋信號(hào)，一般為主軸編碼器有問題。 2轉(zhuǎn)速偏移指令值 3主軸異常噪聲及振動(dòng) 電氣驅(qū)動(dòng)（在減速過程中發(fā)生、振動(dòng)周期與轉(zhuǎn)速無關(guān)） 主軸機(jī)械（恒轉(zhuǎn)速自由停車、振動(dòng)周期與

7、轉(zhuǎn)速有關(guān)） 4主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)：CNC是否有速度信號(hào)輸出；使能信號(hào)是否接通、CTR觀察I/O狀態(tài)、分析PLC梯形圖以確定主軸的啟動(dòng)條件（潤滑、冷卻）主軸驅(qū)動(dòng)故障：主軸電機(jī)故障。 （二） 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的故障與維修 1超程 當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)設(shè)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)說明書，即可排除故障，解除報(bào)警。 2過載 當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過大，頻繁正、反向運(yùn)動(dòng)以及傳動(dòng)鏈潤滑狀態(tài)不良時(shí)，均會(huì)引起過載報(bào)警。一般會(huì)在CRT上顯示伺服電動(dòng)機(jī)過載、過熱或過流等報(bào)警信息。同時(shí)，在強(qiáng)電柜中的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元上、指示燈或數(shù)碼管會(huì)提示驅(qū)動(dòng)單元過載、過電流等信息

8、。 3竄動(dòng) 在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象：測速信號(hào)不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號(hào)干擾等；速度控制信號(hào)不穩(wěn)定或受到干擾；接線端子接觸不良，如螺釘松動(dòng)等。當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正方向運(yùn)動(dòng)與反向運(yùn)動(dòng)的換向瞬間時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致。 4爬行 發(fā)生在起動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益低及外加負(fù)載過大等因素所致。尤其要注意的是：伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于聯(lián)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)與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。 5振動(dòng) 機(jī)床以高速運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)過流報(bào)

9、警。機(jī)床振動(dòng)問題一般屬于速度問題，所以就應(yīng)去查找速度環(huán)；而機(jī)床速度的整個(gè)調(diào)節(jié)過程是由速度調(diào)節(jié)器來完成的，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(dòng)問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號(hào)、反饋信號(hào)及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。 6伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn) 數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元除了速度控制信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有：檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出；檢查使能信號(hào)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)給軸的起動(dòng)條件，如潤滑、冷卻等是否滿足；對帶電磁制動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)，應(yīng)檢查電磁制動(dòng)是否釋放

10、；進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障；伺服電動(dòng)機(jī)故障。 7位置誤差 當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過位置允差范圍時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生位置誤差過大的報(bào)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??；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(dòng)鏈累積誤差過大；主軸箱垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡裝置(如平衡液壓缸等)不穩(wěn)。 8漂移 當(dāng)指令值為零時(shí)，坐標(biāo)軸仍移動(dòng)，從而造成位置誤差。通過誤差補(bǔ)償和驅(qū)動(dòng)單元的零速調(diào)整來消除。 9回參考點(diǎn)故障 有找不到和找不準(zhǔn)參考點(diǎn)兩種故障。前者主要是回參考點(diǎn)減速開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)或零標(biāo)志脈沖信號(hào)失效所導(dǎo)致，可以用示波器檢測信號(hào)；后者是參考點(diǎn)開關(guān)擋塊位置設(shè)置不當(dāng)引起，只要重新調(diào)整即可。 （三）

11、 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的移動(dòng)定位是由位置伺服系統(tǒng)來完成的。位置伺服系 統(tǒng)一般采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制。(半)閉環(huán)控制的特點(diǎn)就是任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障都可能導(dǎo)致系統(tǒng) 定位不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定或失效。診斷定位故障環(huán)節(jié)就成為維修的關(guān)鍵。根據(jù)伺服系統(tǒng)的控制原 理和系統(tǒng)接口的特性，對系統(tǒng)進(jìn)行分解判斷，已成為行之有效的方法。下面主要介紹了位置環(huán)和速度環(huán)診斷方法。 1 位置環(huán)故障診斷 如果位置伺服系統(tǒng)的位置反饋和速度反饋各自采用一個(gè)反饋器件 ，可以斷開位置環(huán)的控制作用，讓速度環(huán)單獨(dú)運(yùn)行，以便判斷故障出自位置環(huán)還是速度環(huán)。 斷開位置環(huán)的控制作用，可以采用兩種方法： 1）機(jī)械斷開，即斷開位置反饋編碼器與伺 服電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)連接。 2）電氣斷開，即斷開位置反饋編碼器與系統(tǒng)的連接。 在位置開環(huán)狀態(tài)下 進(jìn)行維修測試時(shí)，不允許給被測試軸任何方式的移動(dòng)指令，否則將引起伺服電動(dòng)機(jī)失控。 如果位置反饋和速度反饋由一只反饋元件完成，位置反饋信號(hào)經(jīng) 轉(zhuǎn)換電路變?yōu)樗俣瓤刂菩盘?hào)，則要根據(jù)系統(tǒng)硬件具體特性和故障信息作出靈活判斷。 2 速度環(huán)故障診斷 在速度開環(huán)的方式下，對速度控制單元進(jìn)