第三章 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修

1、3.1 3.1 對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求1. 調(diào)速范圍寬 2. 定位精度高 minmax/nrnn3. 有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性4. 快速響應(yīng)，無超調(diào) 為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間，減小輪廓過渡誤差。 5. 低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng) 一般來說，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過載46倍而不損壞。6. 可靠性高 要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、

2、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。 7. 對(duì)電機(jī)的要求 1）從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載46倍而不損壞。 3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。 4）電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 數(shù)控機(jī)床所采用的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制以及混合控制4種。 無位置反饋裝置的伺服進(jìn)給系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。使用步

3、進(jìn)電機(jī)（包括電液脈沖馬達(dá)）作為伺服執(zhí)行元件，是其最明顯的特點(diǎn)。 在開環(huán)控制系統(tǒng)中，數(shù)控裝置輸出的脈沖，經(jīng)過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的環(huán)形分配器或脈沖分配軟件的處理，在驅(qū)動(dòng)電路中進(jìn)行功率放大后控制步進(jìn)電機(jī)，最終控制了步進(jìn)電機(jī)的角位移。 步進(jìn)電機(jī)再經(jīng)過減速裝置（或直接連接）帶動(dòng)了絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠將角位移轉(zhuǎn)移。因此，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，就 可以間接控制移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量。如圖3-1為開環(huán)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖3-1 開環(huán)控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖圖3-2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖圖3-3 全閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，但是由于系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際

4、位移量不進(jìn)行檢測(cè)，因此無法通過反饋?zhàn)詣?dòng)進(jìn)行誤差檢測(cè)和校正。 步進(jìn)電機(jī)的步距角誤差、齒輪與絲杠等部件的傳動(dòng)誤差, 最終都將影響被加工零件的精度；特別是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，將導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)的“失步”，使加工無法進(jìn)行。 因此，開環(huán)控制僅適用于加工精度要求不高，負(fù)載較輕且變化不大的簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。 采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，電氣控制與機(jī)械傳動(dòng)間有明顯的分界，因此調(diào)試維修與故障診斷較方便且機(jī)械部分的間隙摩擦死區(qū)剛度等非線性環(huán)節(jié)都在閉環(huán)以外，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好。 伺服電機(jī)和光電編碼器通常做成一體，電動(dòng)機(jī)和絲杠間可以直接聯(lián)接或通過減速裝置聯(lián)接；位置檢測(cè)單位和實(shí)際最小移動(dòng)單位間的匹配，

5、可以通過數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)（電子齒輪比）進(jìn)行設(shè)置。它具有傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，從而在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。如圖3-2為半閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。 采用閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是：機(jī)床移動(dòng)部件上直接安裝有直線位移檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置檢測(cè)最終位移輸出量。實(shí)際位移值被反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動(dòng)中，它可以直接與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用誤差進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上說，對(duì)于這樣的閉環(huán)系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)精度僅取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，它與機(jī)械傳動(dòng)的誤差無關(guān)，顯然，其精度將高于半閉環(huán)系統(tǒng)。而且它可以對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙、磨損自動(dòng)補(bǔ)償，其精度保持性要比半閉

6、環(huán)系統(tǒng)好得多。圖3-3為全閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。 由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，它對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)系統(tǒng)的要求比半閉環(huán)更高，傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度、間隙、導(dǎo)軌的爬行等各種非線性因素將直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生振蕩。 解決以上問題的最佳途徑是采用直線電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行器件。采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以完全取消傳動(dòng)系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的環(huán)節(jié)，大大簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動(dòng)”。它從根本上消除了傳動(dòng)環(huán)節(jié)對(duì)精度、剛度、快速性、穩(wěn)定性的影響，故可以獲得比傳統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更高的定位精度、快進(jìn)速度和加速度。 從原理上說，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)應(yīng)包括從位置指令脈沖給定到實(shí)際位置輸出的

7、全部環(huán)節(jié)，即包括位置控制、速度控制、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)元器件等部分。但在很多系統(tǒng)中，為了制造方便，通常將伺服系統(tǒng)的位置控制部分與CNC裝置制成一體，所以，人們平時(shí)習(xí)慣上所說的機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)，一般是指伺服進(jìn)給系統(tǒng)的速度控制單元、伺服電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)元器件部分，而不包括位置控制部分。3.3.1、步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字脈沖以軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量，因此，步進(jìn)電機(jī)能很方便地將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移，具有較好的定位精度，無漂移和無積累定位誤差的優(yōu)點(diǎn)，能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列，可作同步電動(dòng)機(jī)使用，廣泛地應(yīng)用于各種小型自動(dòng)化設(shè)備及儀器。3.3.2 3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的分類：步進(jìn)電機(jī)的分類：按轉(zhuǎn)

8、矩產(chǎn)生的原理可分為: 1.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī); 2.永磁式步進(jìn)電機(jī); 3.混合式步進(jìn)電機(jī)； 可變磁阻式步進(jìn)電機(jī)又稱為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，工作原理是由改變電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的軟鋼齒之間的電磁引力來改變定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、步距角小。 永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心上裝有多條永久磁鐵，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)與定位是由定、轉(zhuǎn)子之間的電磁引力與磁鐵磁力共同作用的。與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，相同體積的永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，步距角也大。 混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)合了反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用永久磁鐵提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用細(xì)密的極齒來減小步距角，是目前數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最多的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。從控制繞組數(shù)量上可分為:

9、 1.二相步進(jìn)電機(jī)。 2.三相步進(jìn)電機(jī)。 3.四相步進(jìn)電機(jī)。 4.五相步進(jìn)電機(jī)。 5.六相步進(jìn)電機(jī)。從運(yùn)動(dòng)的型式上可分為： 1.旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)。 2.直線步進(jìn)電機(jī)。 3.平面步進(jìn)電機(jī)。（一）. 驅(qū)動(dòng)電路： (a)(b)(c)VDCVDCVDC步進(jìn)電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)電路，單極性電流一般采用下圖雙管串聯(lián)電路,雙極性電流一般采用下圖的H橋電路;對(duì)于三相混合式步進(jìn)電機(jī)則采用三相逆變橋電路,3.3.3 3.3.3 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、控制方式及接線圖 （二）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組電流控制電路 VDC PWM A + = - = 電流檢測(cè) *i （三）（三）. 步進(jìn)電機(jī)的接線圖步進(jìn)電機(jī)的接線圖（一） 步距角和步距誤差：

10、 轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的空間機(jī)械角度，即步距角為 =360/Z*N其中 Z-轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N-運(yùn)行拍數(shù)。 步進(jìn)電機(jī)每走一步，轉(zhuǎn)子實(shí)際的角位移與設(shè)計(jì)的步距角存在有步距誤差。連續(xù)走若干步時(shí)，上述誤差形成累積值。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈后，回至上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，因此步進(jìn)電機(jī)步距的誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。步進(jìn)電機(jī)步距的積累誤差，是指一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)步距積累誤差的最大值，步距誤差和積累誤差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影響步距誤差和積累誤差的主要因素有: 齒與磁極的分度精度；鐵心迭壓及裝配精度；各相矩角特性之間差別的大??；氣隙的不均勻程度等。（四）（四） 步進(jìn)電機(jī)的主要特性：步進(jìn)電機(jī)的主要特性：（二）靜態(tài)矩角特性和最大靜轉(zhuǎn)矩特性：（

11、二）靜態(tài)矩角特性和最大靜轉(zhuǎn)矩特性： 所謂靜態(tài)是指電機(jī)不改變通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)?？蛰d時(shí)，步進(jìn)電機(jī)某相通以直流電流時(shí)，該相對(duì)應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)矩輸出。如在電機(jī)軸上加一順時(shí)針方向的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子則按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度，稱為失調(diào)角,這時(shí)轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩T與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等。矩角特性是描述步進(jìn)電機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間關(guān)系的曲線，或稱為靜轉(zhuǎn)矩特性。 T0步進(jìn)電機(jī)矩角特性 （三）啟動(dòng)慣頻特性啟動(dòng)慣頻特性 起 動(dòng) 慣 頻 特 性 f（ H z） JL 0 在負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML=0的條件下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)，不丟步地進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)所允許的最高啟動(dòng)頻率，稱為啟動(dòng)頻率

12、或突跳頻率，超過此值就不能正常啟動(dòng)。啟動(dòng)頻率與機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)，包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加上其它運(yùn)動(dòng)部件折算至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。下圖表示啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。隨著負(fù)載慣量的增加，起動(dòng)頻率下降。若同時(shí)存在負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML；則起動(dòng)頻率將進(jìn)一步降低。在實(shí)際應(yīng)用中，由于ML的存在，可采用的啟動(dòng)頻率要比慣頻特性還要低。（四）步進(jìn)電機(jī)矩頻特性：（四）步進(jìn)電機(jī)矩頻特性： 矩頻特性是用來描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩寫連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系曲線。矩頻特性曲線上每一頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩除了和步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及材料有關(guān)外，還與步進(jìn)電機(jī)繞組連接、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電壓有密切

13、的關(guān)系。下圖是混合式步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)的典型的矩頻特性曲線。 連續(xù)運(yùn)行距頻特性 ML f 0 （V2） （V1） V1V2 1.電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn) 1） 驅(qū)動(dòng)器無供電電壓 2） 驅(qū)動(dòng)器保險(xiǎn)絲熔斷 3） 驅(qū)動(dòng)器報(bào)警(過電壓、欠電壓、過電流、過熱) 4） 驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連線斷線 5） 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng) 6） 驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)被封鎖 7） 接口信號(hào)線接觸不良 8） 驅(qū)動(dòng)器電路故障 9） 電機(jī)卡死或者出現(xiàn)故障 10）電動(dòng)機(jī)生銹 11）指令脈沖太窄、頻率過高、脈沖電平太低3.3.4 步進(jìn)電機(jī)常見故障及分析： 2.電機(jī)起動(dòng)后堵轉(zhuǎn) 1）指令頻率太高 2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩太大 3）加速時(shí)間太短 4）負(fù)載慣量太大 5）電源電壓降低

14、 3.3.電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有抖動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有抖動(dòng) 1） 指令脈沖不均勻 2） 指令脈沖太窄 3） 指令脈沖電平不正確 4） 指令脈沖電平與驅(qū)動(dòng)器不匹配 5） 脈沖信號(hào)存在噪聲 6） 脈沖頻率與機(jī)械發(fā)生共振 4. 4. 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不規(guī)則，正反轉(zhuǎn)地?fù)u擺電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不規(guī)則，正反轉(zhuǎn)地?fù)u擺 1） 指令脈沖頻率與電機(jī)發(fā)生共振 2） 外部干擾 5. 5. 電機(jī)定位不準(zhǔn)電機(jī)定位不準(zhǔn) 1） 加減速時(shí)間太小 2） 存在干擾噪聲 3）系統(tǒng)屏蔽不良 6 . 電機(jī)過熱：電機(jī)過熱： 1） 工作環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高 2） 參數(shù)選擇不當(dāng)，如電流過大，超過相電流 3） 電壓過高 7. 工作過程中停車： 1） 驅(qū)動(dòng)電源故障

15、 2） 電動(dòng)機(jī)線圈匝間短路或接地 3） 繞組燒壞 4） 脈沖發(fā)生電路故障 5） 雜物卡住 8. 噪聲大 1） 電機(jī)運(yùn)行在低頻區(qū)或共振區(qū) 2） 純慣性負(fù)載、短程序、正反轉(zhuǎn)頻繁 3） 磁路混合式或永磁式轉(zhuǎn)子磁鋼退磁后以單步運(yùn)行或在失步區(qū) 4） 永磁單向旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的定向機(jī)構(gòu)損壞 9. 失步或者多步 1） 負(fù)載過大，超過電動(dòng)機(jī)的承載能力 2） 負(fù)載忽大忽小 3） 負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大，啟動(dòng)時(shí)失步、停車時(shí)過沖 4） 傳動(dòng)間隙大小不均 5） 傳動(dòng)間隙產(chǎn)生的零件有彈性變形 6） 電動(dòng)機(jī)工作在震蕩失步區(qū) 7） 電路總清零使用不當(dāng) 8） 干擾 9） 定、轉(zhuǎn)子相檫 10. 無力或者是出力降低無力或者是出力降低 1

16、） 驅(qū)動(dòng)電源故障 2） 電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)部發(fā)生錯(cuò)誤 3） 電動(dòng)機(jī)繞組碰到機(jī)殼，發(fā)生相間短路或者 線頭脫落 4） 電動(dòng)機(jī)軸斷 5） 電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙過大 6） 電源電壓過低 11.不能啟動(dòng)不能啟動(dòng) 1） 工作方式不對(duì) 2） 驅(qū)動(dòng)電路故障 3） 遙控時(shí)，線路壓降過大 4） 安裝不正確，或電動(dòng)機(jī)本身軸承、止口等故障使電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn) 5） N 、S極接錯(cuò) 6） 長(zhǎng)期在潮濕場(chǎng)所存放，造成電動(dòng)機(jī)部分生銹 驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路開關(guān)電源FPGA顯示、按鍵26LS32EPROMM26LS31光耦光耦光耦285 DSP(ADSP2181)X25163電平變換16C550AD7888IPMPMSM三相220V單相220V

17、編碼器輸出信號(hào)輸出輸入脈沖接口RS232串行接口模擬接口編碼器輸入接口6PG+光耦3.4 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器一般硬件框圖伺服驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖伺服系統(tǒng)主回路的接線圖松下伺服驅(qū)動(dòng)器I/F速度控制接線圖松下伺服驅(qū)動(dòng)器I/F位置控制接線圖松下伺服驅(qū)動(dòng)器I/F轉(zhuǎn)矩控制接線圖三洋伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖松下伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖 西門子伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖3.4.2 參數(shù)設(shè)置1.位置比例增益 設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益。設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào)。參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。 2. 速度比例增益 設(shè)定速

18、度調(diào)節(jié)器的比例增益。設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載值情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較大的值。 3.速度積分時(shí)間常數(shù)設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。設(shè)置值越小，積分速度越快。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較小的值。 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的故障按機(jī)床提供的報(bào)警形式大致可分為三類： 1）CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容，它是利用軟件 的診斷程序來實(shí)現(xiàn)。 2）利用進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)單元上的硬件（如發(fā)光二極管 或數(shù)碼管指示，保險(xiǎn)絲熔斷

19、等）顯示報(bào)警驅(qū)動(dòng) 單元的故障。 3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不正常，但沒有任何報(bào)警指示。 1. 1. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)警故障進(jìn)給伺服系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)警故障 這類故障的起因，大多是速度控制單元方面的故障引起的，或是主控制印制線路板與位置控制或伺服信號(hào)有關(guān)部分的故障。可根據(jù)報(bào)警所顯示的內(nèi)容去排除。 2.2. 檢測(cè)元件檢測(cè)元件（測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈（測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器等）沖編碼器等） 或檢測(cè)信號(hào)方面引起的故障或檢測(cè)信號(hào)方面引起的故障 例如：某數(shù)控機(jī)床顯示“主軸編碼器斷線”。引起的原因有：電機(jī)動(dòng)力線斷線。如果伺服電源剛接通，尚未接到任何指令時(shí)，就發(fā)生這種報(bào)警，則由于斷線而造成故障可能性最大。伺服單元

20、印制線路板上設(shè)定錯(cuò)誤，如將檢測(cè)元件脈沖編碼器設(shè)定成了測(cè)速發(fā)電機(jī)等。沒有速度反饋電壓或時(shí)有時(shí)斷，這可用顯示其來測(cè)量速度反饋信號(hào)來判斷，這類故障出檢測(cè)元件本身存在故障外，多數(shù)是由于連接不良或接通不良引起的。由于光電隔離板或中間的某些電路板上劣質(zhì)元器件所引起的。當(dāng)有時(shí)開機(jī)運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間后，出現(xiàn)“主軸編碼器斷線”，這是，重新開機(jī)，可能會(huì)自動(dòng)消除故障。 3. 3. 過熱報(bào)警故障過熱報(bào)警故障 這里所述的過熱是指伺服單元、變壓器及伺服電機(jī)等的過熱。引起過熱報(bào)警的原因有： 1）機(jī)床切削條件苛刻及機(jī)床摩擦力矩過大，引起主回路中的過熱繼電器動(dòng)作。 2）切削時(shí)，伺服電機(jī)電流太大或變壓器本身故障，引起伺服變壓器熱

21、控開關(guān)動(dòng)作。 3）伺服電機(jī)電耦內(nèi)部短路或絕緣不良、電機(jī)永久磁鋼去磁或脫落及電機(jī)制動(dòng)器不良，引起電機(jī)的熱控開關(guān)動(dòng)作。 4）驅(qū)動(dòng)器參數(shù)增益不當(dāng)或驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)參數(shù)匹配不當(dāng)。 例如：某直流伺服電機(jī)過熱報(bào)警，可能原因有：過負(fù)荷?？梢酝ㄟ^測(cè)量電機(jī)電流是否超過額定值來判斷。電機(jī)線圈絕緣不良?？捎?00V絕緣電阻表檢查電樞線圈與機(jī)殼之間的絕緣電阻。如果在1M以上，表示絕緣正常，否則應(yīng)清理換向器表面的炭刷粉末等。電機(jī)線圈內(nèi)部短路。可卸下電機(jī)，測(cè)電機(jī)空載電流，如果此電流與轉(zhuǎn)速成正比變化，則可判斷為電機(jī)線圈內(nèi)部短路。應(yīng)清掃換向器表面，如表面上有油更易引起此故障。電機(jī)磁鐵退磁。可通過快速旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，測(cè)定電機(jī)電樞電壓是

22、否正常。如電壓低且發(fā)熱，則說明電機(jī)已退磁。應(yīng)重新充磁。制動(dòng)器失靈。當(dāng)電機(jī)帶有制動(dòng)器時(shí)，如電機(jī)過熱則應(yīng)檢查制動(dòng)器動(dòng)作是否靈活。CNC裝置的有關(guān)印制線路板不良。 4. 4. 電機(jī)過載電機(jī)過載 i）機(jī)床負(fù)荷異常，引起電機(jī)電流超過額定值。這可以用檢查電動(dòng)機(jī)電流來判斷。此時(shí)需要變更切削條件，減輕機(jī)床負(fù)荷。 ii）印制電路板設(shè)定錯(cuò)誤。亦即應(yīng)確定電動(dòng)機(jī)過載的設(shè)定是否正確。 iii）印制線路板不良。 iv）對(duì)于交流伺服來說，沒有脈沖編碼器反饋信號(hào)也會(huì)引起電機(jī)過載報(bào)警。 v）起動(dòng)扭矩超過最大扭矩或者負(fù)載有沖擊現(xiàn)象；電機(jī)振動(dòng)或抖動(dòng)。 vi）電機(jī)或編碼器配線異常（配線不良或連接不良）。 vii)編碼器有故障（反饋脈

23、沖與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角不成比例變化，而有跳躍） 5. 5. 伺服單元過電流報(bào)警伺服單元過電流報(bào)警 i）伺服驅(qū)動(dòng)器的電路板與熱開關(guān)連接不良。 ii）U、V、W與地線連接錯(cuò)誤，或它們之間存在短路。 iii）伺服驅(qū)動(dòng)器故障（電流反饋電路、功率晶體管或者電路板故障)。 iv）因負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大并且高速旋轉(zhuǎn)，動(dòng)態(tài)制動(dòng)器停止，制動(dòng)電路故障。 v）伺服驅(qū)動(dòng)器的安裝方法（方向、與其他部分的間隔）不適合。 vi）負(fù)載是否過大，是否超出再生處理能力等。 vii）伺服驅(qū)動(dòng)器的風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng) 6. 6. 伺服單元過電壓報(bào)警伺服單元過電壓報(bào)警 i）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大（再生能力不足）。 ii）內(nèi)部或外接的再生放電電路故障（包括接線斷開

24、或破損等）。 iii）加減速時(shí)間過小，在降速過程中引起過電壓。 iv）檢查AC電源電壓（是否有過大的變化）。 7. 7. 伺服單元欠電壓報(bào)警伺服單元欠電壓報(bào)警 i）電源容量太小或AC電源電壓過低 。 ii）伺服驅(qū)動(dòng)器的保險(xiǎn)絲熔斷。 iii）沖擊電流限制電阻斷線（電源電壓是否異常，沖擊電流限制電阻是否過載）。 iv）伺服ON信號(hào)提前有效。 v）電機(jī)主電路用電纜短路。 vi）發(fā)生瞬時(shí)停電。 vii）整流器件損壞或伺服驅(qū)動(dòng)器故障。 8. 8.速度單元的斷路器斷開報(bào)警速度單元的斷路器斷開報(bào)警 1）干擾。有時(shí)速度單元受外界的干擾影響，斷路器自動(dòng)斷開。 2）機(jī)床負(fù)荷異常。這可以用示波器檢查機(jī)床在快速進(jìn)給時(shí)

25、的電動(dòng)機(jī)電流是否超過額定值來判斷機(jī)床負(fù)荷是否異常。 3）速度控制單元內(nèi)整流用二級(jí)管模塊不好。 4）印制電路板不好或印制板與速度控制單元之間的連接不好。 9.9.停機(jī)誤差過大或運(yùn)行時(shí)誤差過大報(bào)警停機(jī)誤差過大或運(yùn)行時(shí)誤差過大報(bào)警 i）位置偏差設(shè)置錯(cuò)誤。因此要認(rèn)真檢查參數(shù)的設(shè)定值。 ii）超調(diào)。在數(shù)控系統(tǒng)中加/減速時(shí)間里，如果電動(dòng)機(jī)沒有流過加減速時(shí)必要的電流，從而使位置控制回路的誤差增加。當(dāng)用示波器觀察速度控制單元的指令波形，應(yīng)使超調(diào)量在5以下。為了消除本報(bào)警，可加大數(shù)控系統(tǒng)的加減速時(shí)間和加大速度控制單元的增益。 iii）輸入電源電壓太低。 iv）連接不良。如測(cè)速機(jī)信號(hào)線、電機(jī)動(dòng)力線等的連接不良均會(huì)

26、引起誤差過大。 v）數(shù)控系統(tǒng)的位置控制部分和速度控制部分的故障。 vi）如果是直流伺服電動(dòng)機(jī)，則電機(jī)的碳刷接觸不良也會(huì)引起誤差過大。 10. 10. 漂移補(bǔ)償量過大報(bào)警漂移補(bǔ)償量過大報(bào)警 i）連接不良。這里指的連接有兩個(gè)方面。一是電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線連接不良，二是電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)元件之間的連接不良。 ii）CNC系統(tǒng)中有關(guān)漂移量補(bǔ)償?shù)膮?shù)設(shè)定錯(cuò)誤引起的。 iii）速度控制單元CNC裝置的主板的位置控制部分有故障。 1.1.位置跟蹤誤差超差報(bào)警位置跟蹤誤差超差報(bào)警 1）電機(jī)過載 2）伺服變壓器過熱 3）伺服變壓器保護(hù)熔斷器熔斷 4）輸入電源電壓太低 5）伺服驅(qū)動(dòng)器與CNC之間的信號(hào)電纜連接不良 6）干擾 7

27、）參數(shù)設(shè)置不當(dāng)（位置偏差值設(shè)定錯(cuò)誤） 8）伺服電機(jī)不良 9）電機(jī)的動(dòng)力線和反饋線連接故障 10）速度控制單元故障以及系統(tǒng)主板的 位置控制部分故障 11）伺服參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或錯(cuò)誤 12) 編碼器不良 13）連接不良引起 14）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)引起 2. 2. 工作過程中，振動(dòng)或爬行工作過程中，振動(dòng)或爬行 1）電動(dòng)機(jī)負(fù)載過重 。 2）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良。 3）位置環(huán)增益過高。 4）伺服電動(dòng)機(jī)不良。 5）外部干擾、接地、屏蔽不良等等。 例1：一臺(tái)配套某系統(tǒng)的加工中心，進(jìn)給加工過程中，發(fā)現(xiàn)X軸有振動(dòng)現(xiàn)象。 分析與處理過程：加工過程中坐標(biāo)軸出現(xiàn)振動(dòng)、爬行現(xiàn)象與多種原因有關(guān)，故障可能是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的原因，亦可能是

28、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定不當(dāng)?shù)鹊取?維修時(shí)通過互換法，確認(rèn)故障原因出在直流伺服電動(dòng)機(jī)上。卸下X軸電動(dòng)機(jī)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)6個(gè)電刷中有2個(gè)的彈簧已經(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Y軸的振動(dòng)與過電流。 更換電動(dòng)機(jī)軸承與電刷后，機(jī)床恢復(fù)正常。 例2：配套某系統(tǒng)的加工中心，在長(zhǎng)期使用后，手動(dòng)操作Z軸時(shí)有振動(dòng)和異常響聲，并出現(xiàn)“移動(dòng)過程中”Z軸誤差過大”報(bào)警。 利用手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床Z軸，發(fā)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)困難，絲杠的軸承發(fā)熱。經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)Z軸導(dǎo)軌無潤滑，造成Z軸摩擦阻力過大；重新修理Z軸潤滑系統(tǒng)后，機(jī)床恢復(fù)正常。 3. 3. 運(yùn)動(dòng)失控（飛車）運(yùn)動(dòng)失控（飛

29、車） 1）位置檢測(cè)、速度檢測(cè)信號(hào)是否為正反饋。 2）電動(dòng)機(jī)或位置編碼器故障。 3）主板、速度控制單元故障。 4. 4.機(jī)床定位精度或加工精度差機(jī)床定位精度或加工精度差 機(jī)床定位精度或加工精度差可分為定位超調(diào)、單脈沖進(jìn)給精度差、定位點(diǎn)精度不好、圓弧插補(bǔ)加工的圓度差等情況。 1）加/減速時(shí)間設(shè)定過小 。 2）電動(dòng)機(jī)與機(jī)床的連接部分剛性差或連接不牢固。 3）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)存在爬行或松動(dòng)。 4）伺服系統(tǒng)的增益不足。 5）位置檢測(cè)器件（編碼器、光柵）不良。 6）速度控制單元控制板不良。 7）機(jī)床反向間隙大、定位精度差。 8）位置環(huán)增益設(shè)定不當(dāng)。 9）各插補(bǔ)軸的檢測(cè)增益設(shè)定不良。 10）感應(yīng)同步器或旋轉(zhuǎn)變壓

30、器的接口板調(diào)整不良。 11）絲杠間隙或傳動(dòng)系統(tǒng)間隙過大。 5. 5. 超速超速 1）測(cè)速反饋連接錯(cuò)誤，如：被接成正反饋或斷線。 2）在全閉環(huán)系統(tǒng)中，聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)與工作臺(tái)的連接不良，造成速度檢測(cè)信號(hào)不正確或無速度檢測(cè)信號(hào)。 3）位置控制板發(fā)生故障，是來自F/V轉(zhuǎn)速的速度反饋信號(hào)為輸入到速度控制單元。 4）速度控制單元設(shè)定不當(dāng)。 5）系統(tǒng)參數(shù)（最高運(yùn)行速度）設(shè)置過低。 6.6.竄動(dòng)竄動(dòng) 1）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。 2）速度控制信號(hào)不穩(wěn)定或受到干擾。 3）接線端子接觸不良，如螺釘松動(dòng)等。當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正向運(yùn)動(dòng)向反向運(yùn)動(dòng)的瞬間，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。 7.7.爬行爬行 1）進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤滑狀態(tài)不良。 2）伺服系統(tǒng)增益設(shè)置過低。 3）外加負(fù)載過大。 4）連軸器有裂紋或松動(dòng)。 8.8.伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn) 1）檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出。 2）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)給軸的啟動(dòng)條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。 3）對(duì)帶電磁制動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)，應(yīng)檢查電磁