數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)及其故障診斷《數(shù)控機(jī)床故障診斷》教學(xué)課件

1、4 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)及其故障診斷 伺服系統(tǒng)的高性能和高可靠性決定了整臺(tái)數(shù)控機(jī)床的性能和可靠性。 數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有兩種： 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：控制機(jī)床各坐標(biāo)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：控制機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 另外，對(duì)某些加工中心而言，刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)也可認(rèn)為是數(shù)控機(jī)床的某一伺服軸，用以控制刀庫(kù)中刀具的定位。 伺服系統(tǒng)的作用： 主要用來(lái)控制機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速和機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是機(jī)床主體和數(shù)控裝置的 聯(lián)系環(huán)節(jié)，它接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行部件跟隨指令 脈沖運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確。 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能和加工精度，如： 1數(shù)控機(jī)床的

2、最高移動(dòng)速度、 2跟蹤精度、 3定位精度及重復(fù)定位精度等。 它們直接取決于伺服的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。 伺服系統(tǒng)： 是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，以指令脈沖為輸入給定值與反饋脈沖值進(jìn)行比較，利用比較后產(chǎn)生的偏差值對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以消除偏差，使被調(diào)量跟蹤給定值。 42 主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷421 主軸伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障形式及診斷方法 數(shù)控機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)故障有兩種表現(xiàn)形式： 1無(wú)報(bào)警信息故障； 2有報(bào)警信息故障。 報(bào)警信息故障分為兩種： A、由監(jiān)視器顯示故障信息的故障； B、由主軸驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)碼管或指示燈顯示故障 信息的故障。 (1)數(shù)控機(jī)床主軸伺服系統(tǒng)無(wú)報(bào)警信息的故障 主軸轉(zhuǎn)速與指示值不符 故障的原因：

3、一般是CNC裝置輸出的-10一+10V轉(zhuǎn)速模擬量偏離轉(zhuǎn)速指令對(duì)應(yīng)的數(shù)值。 應(yīng)檢查CNC裝置模擬量輸出是否有問(wèn)題，如有問(wèn)題則檢查模擬量輸出電纜線連接是否松動(dòng)。 如果模擬量輸出正常，則檢查CNC裝置和變頻器模擬量的參數(shù)是否正確設(shè)置。 主軸噪聲和振動(dòng) 故障原因： 如果在主軸恒速運(yùn)行過(guò)程中，反饋信號(hào)正常，主軸電機(jī)在自由停車的過(guò)程中有異常噪聲和振動(dòng)，那么這種情況一般屬于主軸機(jī)械的問(wèn)題。 如果噪聲和振動(dòng)周期與主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)，那么基本上是主軸機(jī)械部分的問(wèn)題。干擾 當(dāng)CNC沒(méi)有輸出速度指令時(shí)，主軸有往返運(yùn)動(dòng)，調(diào)整零速平衡和漂移補(bǔ)償不能消除該故障，這多半是由電磁干擾、屏蔽和接地不良造成的。 因此，電源進(jìn)線要采取抗

4、干擾措施，走線要合理，信號(hào)線和反饋線要進(jìn)行屏蔽，接地要可靠。(2)數(shù)控機(jī)床主軸伺服系統(tǒng) 有報(bào)警信息的故障 過(guò)載 過(guò)載時(shí)，主軸電機(jī)過(guò)熱，CNC和主軸驅(qū)動(dòng)裝置提示報(bào)警信息。 故障原因： 切削量過(guò)大、主軸正反轉(zhuǎn)頻繁、主軸電機(jī)冷卻系統(tǒng)不良、主軸電機(jī)內(nèi)部風(fēng)扇損壞、主軸電機(jī)與主軸驅(qū)動(dòng)裝置之間的連線斷開(kāi)、或接觸不良等。主軸異常噪聲和振動(dòng) A、如果故障發(fā)生在主軸減速過(guò)程，可能是由于主軸驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)的再生回路的晶體管模塊損壞； B、如果異常噪聲和振動(dòng)周期與主軸轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可能是由于主軸驅(qū)動(dòng)裝置未調(diào)整好，或驅(qū)動(dòng)裝置的控制電路不良、測(cè)速裝置有故障。 主軸轉(zhuǎn)速偏離指令值 有以下幾種原因： 1主軸電機(jī)的負(fù)載過(guò)大或主軸的轉(zhuǎn)速

5、極限值設(shè)定太小而造成主軸電機(jī)過(guò)載，引起主軸轉(zhuǎn)速偏離指令值； 2如果問(wèn)題發(fā)生在主軸減速過(guò)程，可能是由于再生回路的控制有故障或再生回路中的晶體管模塊損壞。 3速度反饋信號(hào)出現(xiàn)故障、速度反饋信號(hào)電纜線接觸不良或斷線； 4主軸驅(qū)動(dòng)裝置有故障。 主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不同步 故障原因： 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不同步時(shí)，一般是由于脈沖編碼器有故障、反饋信號(hào)異常。 因?yàn)椋?dāng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行螺紋切削、攻絲或其他需要主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給坐標(biāo)軸進(jìn)行同步配合的加工動(dòng)作時(shí)，要依靠脈沖編碼器配合工作。主軸定位抖動(dòng) 可能有以下幾種原因： 1主軸定位一般分為機(jī)械準(zhǔn)停定位、電氣準(zhǔn)停定位和脈沖編碼器的準(zhǔn)停定位。 因此，當(dāng)主軸定位抖動(dòng)時(shí)，準(zhǔn)停裝置可能有

6、故障。 2. 主軸定位要有一個(gè)減速過(guò)程。如果減速或增益參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，會(huì)引起主軸定位抖動(dòng)。主軸電機(jī)不轉(zhuǎn) 可能有以下幾種原因： 1CNC裝置沒(méi)有速度信號(hào)輸出。 即速度信號(hào)傳輸有故障、使能信號(hào)沒(méi)有接通，可能是主軸的啟動(dòng)條件如潤(rùn)滑、冷卻等制約了主軸啟動(dòng)， 2. 如果有主軸準(zhǔn)停信號(hào)，則是控制信號(hào)的流程可能有問(wèn)題、設(shè)定不正確或準(zhǔn)停裝置有故障。4.3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的故障形式及診斷方法 (1)故障形式 進(jìn)給伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障的三種表現(xiàn)方式： 1、在CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容或報(bào)警信 息； 2、在進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)單元上用報(bào)警燈或數(shù)碼管顯 示驅(qū)動(dòng)單元的故障； 3、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不正常，但無(wú)任何報(bào)警信息。進(jìn)給伺服系統(tǒng)常

7、見(jiàn)的故障如下： 超程 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)，發(fā)生超程報(bào)警，在CRT上顯示報(bào)警內(nèi)容，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說(shuō)明書，即可排除故障，解除報(bào)警。過(guò)載 當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過(guò)大，頻繁正、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)載報(bào)警。 一般會(huì)在CRT上顯示伺服電機(jī)過(guò)載、過(guò)熱或過(guò)流等信息。 同時(shí)，在強(qiáng)電柜中的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元上，用指示燈或數(shù)碼管提示驅(qū)動(dòng)單元過(guò)載、過(guò)電流等信息。 竄動(dòng) 在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象： 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。 4. 當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正向運(yùn)動(dòng)向反向運(yùn)動(dòng)的

8、瞬 間，則是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或伺 服系統(tǒng)增益過(guò)大所致。爬行 一般發(fā)生在啟動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)。原因： 1.進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑狀態(tài)不良、 2.伺服系統(tǒng)增益過(guò)低及外加負(fù)載過(guò)大、 3.連接伺服電機(jī)和滾珠絲杠的聯(lián)軸器，由于連 接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身缺陷，如裂紋等，造成 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)與伺服電機(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。振動(dòng) 分析機(jī)床振動(dòng)周期是否與進(jìn)給速度有關(guān)。 1如與進(jìn)給速度有關(guān)，振動(dòng)一般與該軸的速 度環(huán)增益太高或速度反饋故障有關(guān)； 2. 若與進(jìn)給建度無(wú)關(guān)，振動(dòng)一般與位置環(huán)增 益太高或位置反饋故障有關(guān)； 3. 如果振動(dòng)在加減速過(guò)程中產(chǎn)生，往往是系 統(tǒng)加減速時(shí)間設(shè)定過(guò)小造成的

9、伺服電機(jī)不轉(zhuǎn) 數(shù)控系統(tǒng)供給進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元速度控制信號(hào)和使能控制信號(hào)是關(guān)鍵。1. 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(guò)CRT觀察I O狀態(tài)，分析機(jī)床PLc梯形圖，以確定進(jìn)給軸的啟動(dòng)條件，如潤(rùn)滑、冷卻等是否滿足；3. 對(duì)帶電磁制動(dòng)的伺服電機(jī)，應(yīng)檢查電磁制動(dòng)是否釋放；4. 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障；5. 伺服電機(jī)故障。 位置誤差 當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過(guò)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(guò)大的報(bào)警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差。主要原因有以下幾種； 1.系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍過(guò)??； 2.伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)； 3.位置檢測(cè)裝置有污染； 4.進(jìn)給傳動(dòng)鏈累積誤差過(guò)大； 5.主軸箱垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡裝置(如平衡油缸等)不 穩(wěn) 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(guò)漂移補(bǔ)償和驅(qū)動(dòng)單元上的零速調(diào)整來(lái)消除。 回參考點(diǎn)故障(2)故障定位 伺服系統(tǒng)是由位置環(huán)和速度環(huán)組成的，當(dāng)伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，采用兩種方法定位： 模塊交換法 數(shù)控機(jī)床有些進(jìn)給軸的驅(qū)動(dòng)單元具有相同的當(dāng)量， 立式加工中心的x軸和Y軸的驅(qū)動(dòng)單元往往是一致的，當(dāng)其中的某一軸發(fā)生故障時(shí)，可以用另一軸來(lái)替代，觀察故障的轉(zhuǎn)移情況，快速確定故