數(shù)控機床故障分析與維修

第7章進給伺服系統(tǒng)的故障分析7.1進給伺服系統(tǒng)的類型特點7.2伺服系統(tǒng)故障分析的一般思路7.3伺服系統(tǒng)軟件報警故障成因與分析處理7.4伺服系統(tǒng)硬件報警的分析7.5伺服系統(tǒng)無報警故障的實例分析7.6刀架與刀庫故障的實例分析7.7與CRT顯示相關(guān)的故障現(xiàn)象與實例分析第1頁，共292頁。7.1進給伺服系統(tǒng)的類型特點

用對比的方法，來了解不同類型伺服系統(tǒng)的基本組成、結(jié)構(gòu)特點與工作原理，是“據(jù)理析象”分析伺服系統(tǒng)故障的基礎(chǔ)。進給伺服分類按照控制特點，伺服系統(tǒng)可以分成(見圖7.1.1)閉環(huán)伺服系統(tǒng)與開環(huán)伺服系統(tǒng)。

第2頁，共292頁。圖7.1.1進給伺服系統(tǒng)按控制的閉合性分類

第3頁，共292頁。普通型開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)可以分成：普通型與反饋補償型。普通型伺服系統(tǒng)又可以分成串行型與平行型。串行型與平行型的工作原理相同，其控制流程圖如圖7.1.2中上部所示。兩個系統(tǒng)(見圖7.1.2下部)的主要區(qū)別在于控制器不同。串行型采用環(huán)行分配器，而平行型采用的是編程器接口。這類伺服系統(tǒng)中，脈沖分配器的失效與驅(qū)動器中大功率器件的失效是常見故障成因。

第4頁，共292頁。圖7.1.2普通型開環(huán)伺服系統(tǒng)組成框圖與工作原理

第5頁，共292頁。反饋補償型開環(huán)伺服系統(tǒng)反饋補償型開環(huán)伺服系統(tǒng)，實際上是在普通型開環(huán)伺服系統(tǒng)上增加了位置誤差反饋補償功能。從它的系統(tǒng)框圖(如圖所示)上可見，該系統(tǒng)的組成特點是：主控鏈路上，以脈沖混合器代換了脈沖分配器；反饋鏈路由數(shù)字正弦/余弦信號發(fā)生器、感應(yīng)同步器、整形電路與電壓頻率變換器組成。位置誤差，是由反饋回路獲得并且轉(zhuǎn)換成變頻脈沖后，反饋給脈沖混合器的。反饋的變頻脈沖與指令脈沖疊加，對控制脈沖數(shù)進行了補償。第6頁，共292頁。雖然系統(tǒng)組成中采用了具有感應(yīng)同步器的位置反饋回路，但是與全閉環(huán)不同，這個位置環(huán)的功能是作位置誤差的反饋補償?shù)模皇亲魑恢梅答伩刂频?。這類伺服系統(tǒng)中，感應(yīng)同步器的污染與位置的精確與安裝的穩(wěn)固、反饋電路與電纜連接等問題，又是普通型開環(huán)伺服系統(tǒng)所不具有的故障成因。(在以后的系統(tǒng)框圖中，將省略電源供給，但是分析時仍然不可忘記電源供給問題！)第7頁，共292頁。通常，按位置環(huán)中位置檢測傳感器(簡稱“測位器”)放置位置的不同，閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以分成半閉環(huán)型與全閉環(huán)型。按位置環(huán)控制信號不同，閉環(huán)系統(tǒng)還可以分成幅值型比較式、相位比較式與脈沖比較式三種類型。

第8頁，共292頁。圖7.1.3位置誤差反饋補償型開環(huán)伺服系統(tǒng)

第9頁，共292頁。電流內(nèi)環(huán)速度環(huán)位置環(huán)實際上，閉環(huán)涉及的不只是雙環(huán)，而是“三環(huán)”伺服系統(tǒng)。除了數(shù)字式控制器外，一般“電流環(huán)”是隱含在伺服單元中的“內(nèi)環(huán)”?！半p環(huán)調(diào)速系統(tǒng)”是指電流內(nèi)環(huán)與速度外環(huán)。電流內(nèi)環(huán)是不可忽略的環(huán)節(jié)。電流內(nèi)環(huán)的反饋補償調(diào)節(jié)電流控制驅(qū)動單元的整流器的電壓輸出，從而控制伺服電機的電樞電流大小，使得軸運行速度具有良好的靜態(tài)與動態(tài)特性：當(dāng)速度指令為階躍信號時，電流調(diào)節(jié)器輸出其最大飽和值，使電機電樞電流最大而能在加速過程中保持最大轉(zhuǎn)矩和最大速度，從而縮短了啟動與制動時間；當(dāng)運行中電網(wǎng)不穩(wěn)或欠壓時，反饋電流減小而使電流調(diào)節(jié)器輸出立即增大。

第10頁，共292頁。半閉環(huán)型伺服系統(tǒng)，又分別有三種：反饋補償型、數(shù)字式軟件控制型與普通型。反饋補償型半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(如圖所示)的特點：指令信號與反饋信號，都是脈沖信號(所以，是一種脈沖比較型伺服系統(tǒng))。

第11頁，共292頁。圖7.1.4反饋補償型半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

第12頁，共292頁。從系統(tǒng)組成上看，半閉環(huán)型伺服系統(tǒng)與普通型還有三個不同特點：

·

它的速度反饋與位置反饋信號都進入脈沖混合器中，與CNC指令信號進行疊加。疊加后的脈沖信號經(jīng)誤差寄存器內(nèi)的分配而成為分配脈沖信號。再經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換而成矩形波控制信號。·

速度環(huán)中由于采用了旋轉(zhuǎn)變壓器(圖中R)作為測速傳感器，因此，其組成上與普通型伺服系統(tǒng)的不同：需要正弦/余弦勵磁信號輸入、并將輸出的誤差電壓信號變換與整形后轉(zhuǎn)換為頻率信號。

第13頁，共292頁。

·位置環(huán)中，采用了感應(yīng)同步器或磁尺為位置檢測傳感器，安裝在工作臺位置。這種安裝方式與全閉環(huán)相同。它的位置環(huán)反饋，僅作位置誤差補償而不作位置反饋疊加控制。位置誤差補償回路組成及補償作用，與開環(huán)伺服系統(tǒng)中的反饋回路作用相同。

第14頁，共292頁。數(shù)字式軟件控制型伺服系統(tǒng)數(shù)字式軟件控制型伺服系統(tǒng)(如圖7.1.5所示)，其特點是：·

數(shù)字控制器接受CNC(主機)的指令信號，同時完成三個環(huán)(電流環(huán)、速度環(huán)與位置環(huán))的反饋控制，輸出控制信號?！?/p>

數(shù)字控制器具有的I/O接口裝置包括了不同類型輸入信號的測量與輸出控制信號：

第15頁，共292頁。①

來自脈沖編碼器(即脈沖發(fā)生器)的同一脈沖信號，進入控制器后分別進入I接口的位置反饋電路與速度反饋電路，爾后成為位置反饋信號與速度反饋信號，饋入控制器內(nèi)各自的控制單元。②電流檢測元件(這里采用了霍爾元件)檢測的電流信號，經(jīng)濾波放大環(huán)節(jié)后，經(jīng)控制器電流測量輸入回路，再反饋到控制器的電流控制單元。如果電流控制單元不是數(shù)字式，放大后的數(shù)字電流信號則還需要進行D/A轉(zhuǎn)換變成模擬電流信號。③數(shù)字控制器將CNC的指令脈沖與反饋脈沖疊加而成的控制脈沖信號作為控制信號輸出?？刂菩盘柦?jīng)調(diào)制器變?yōu)槊}寬調(diào)制信號，并進行功率放大后來控制電機。

第16頁，共292頁。圖7.1.5數(shù)字式半閉環(huán)軟件控制型伺服系統(tǒng)

第17頁，共292頁。普通半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，較多見的是普通半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。普通半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，又可以按反饋信號接受與處理環(huán)節(jié)的不同而分成四類：

第18頁，共292頁。圖7.1.6伺服單元處理雙環(huán)的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

第19頁，共292頁。(例如：三菱的MR-J2伺服放大器、FANUC0D與SINUMERIK810D等系統(tǒng)的伺服放大器)CNC直接處理的雙環(huán)伺服系統(tǒng)(見圖)。實際上是一種數(shù)字式控制型系統(tǒng)。

圖7.1.7CNC直接處理雙環(huán)的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(例如：FANUC伺服進給系統(tǒng))第20頁，共292頁。伺服單元中轉(zhuǎn)后由CNC處理位置環(huán)的伺服系統(tǒng)(見圖)。

圖7.1.8伺服單元中轉(zhuǎn)位置反饋信號的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(例如：三菱MR-J2伺服單元的連接方式)第21頁，共292頁。（d）位置環(huán)與速度環(huán)由CNC與伺服單元分別處理的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(見圖)。

圖7.1.9CNC與伺服單元分別處理的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

第22頁，共292頁。系統(tǒng)中，具體速度環(huán)與位置環(huán)的控制信號與反饋信號類型，取決于測速傳感器與位置傳感器類型。作為輔助裝置的制動裝置，它們又與伺服系統(tǒng)緊密相關(guān)。具體制動裝置與保護裝置又由設(shè)備情況而定。

半閉環(huán)系統(tǒng)的另外兩種型式是：幅值比較式(見圖)與相位比較式(見圖)。

第23頁，共292頁。圖7.1.10幅值比較式半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

第24頁，共292頁。圖7.1.11相位比較式半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

第25頁，共292頁。全閉環(huán)也有三種類型：脈沖比較式、幅值型比較式與相位比較式。

脈沖比較式全閉環(huán)伺服系統(tǒng)，也可以分成全部由CNC直接處理的雙環(huán)伺服系統(tǒng)與分別處理的雙環(huán)伺服系統(tǒng)。它們的系統(tǒng)框圖，只要將圖～圖中的脈沖編碼器改為光柵或磁尺，并且安裝位置定于工作臺旁即可。

第26頁，共292頁。對于幅值比較式與相位比較式閉環(huán)伺服系統(tǒng)，需要了解：①半閉環(huán)位置傳感器采用的是旋轉(zhuǎn)變壓器，而全閉環(huán)采用的是感應(yīng)同步尺。②

它們的安裝位置不同：旋轉(zhuǎn)變壓器可在電機內(nèi)或在電機旁安裝，而感應(yīng)同步尺是安裝在工作臺旁的。

第27頁，共292頁。③

旋轉(zhuǎn)變壓器從轉(zhuǎn)子正弦繞組獲得感應(yīng)電勢，而感應(yīng)同步尺從定尺上獲取。于是，可以方便地從半閉環(huán)系統(tǒng)框圖去獲知全閉環(huán)系統(tǒng)框圖。只要將圖中的旋轉(zhuǎn)變壓器改為感應(yīng)同步尺，安裝位置定于工作臺旁，并將轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組分別改成動尺與定尺，就可以獲得幅值比較式全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。同樣方法，可從圖獲得相位比較式全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

第28頁，共292頁。通常人們認(rèn)為：全閉環(huán)與半閉環(huán)的主要差別，在于它們的位置檢測傳感器放置位置的不同。半閉環(huán)的位置檢測是在伺服電機位置，而全閉環(huán)的位置檢測是在工作臺，所以檢查結(jié)果的誤差中包含了機械傳動誤差。而且，由于全閉環(huán)位置檢測的傳感器安裝在與工作臺聯(lián)動的輔助構(gòu)架上，在日常生產(chǎn)中容易被污染或碰撞松動或移位，導(dǎo)致位置超差或位置檢測的失效。需要指出：這種位檢傳感器位置差別的比較，僅對普通型半閉環(huán)而言是成立的，對于反饋補償型半閉環(huán)中位置傳感器安裝及其可能存在的問題，卻是與全閉環(huán)的類同的。所以，分類只是為了搞清控制的差異。

第29頁，共292頁。按照伺服電機不同，伺服驅(qū)動系統(tǒng)又可以分成兩大類：直流電機伺服系統(tǒng)與交流電機伺服系統(tǒng)。其中，交流電機伺服系統(tǒng)較多采用交流同步電動機。這種分類方法，在于區(qū)分速度控制方式與驅(qū)動方式的不同。在圖分類圖中，加注了由直流電機結(jié)構(gòu)特點而可能出現(xiàn)的故障；用變體字方式突出了不同伺服系統(tǒng)的主要組件——它們可能成為伺服系統(tǒng)故障的成因。所以，在診斷分析中采用“先一般后特殊”原則時，應(yīng)該先予以考慮。

第30頁，共292頁。圖7.1.12伺服系統(tǒng)按進給驅(qū)動伺服電機分類

第31頁，共292頁。圖注：*

整流橋(SCR)：三相全控橋式反并聯(lián)整流電路。其中，整流管易被擊穿，造成短路。**可控硅(也稱為晶閘管)是大功率管。其控制角，也稱為觸發(fā)角。大功率管易被擊穿，造成短路。同樣，在PWM的開關(guān)放大器中大功率晶體管的損壞也往往是故障成因。***由閉環(huán)控制原理，速度環(huán)也要求負(fù)反饋。接線錯誤(接成正反饋)，會導(dǎo)致飛車。測速器的(元件損壞或污染等)失效或安裝不良、反饋回路裝置故障或接觸不良、電纜斷線或屏蔽接地不良而受電磁干擾等，會導(dǎo)致失步、加工誤差大、振動與噪聲大、延時過長導(dǎo)致的停機、頻繁停機等故障。****交流伺服系統(tǒng)中，最多采用的是變頻調(diào)速。其中，變頻器故障又是交流伺服系統(tǒng)的常見故障。永磁體的退磁與脫落又是常見故障。

第32頁，共292頁。圖7.1.13晶體管PWM控制直流調(diào)速伺服系統(tǒng)

第33頁，共292頁。圖7.1.14晶閘管控制直流調(diào)速伺服系統(tǒng)

第34頁，共292頁。

晶閘管(可控硅)控制永磁式直流調(diào)速伺服系統(tǒng)的常見故障成因：·

功率放大器中晶閘管擊穿、脈沖編碼器故障、測速發(fā)電機或直流電機電刷和換向器易磨損、電機內(nèi)永磁體脫落或退磁?！?/p>

電流環(huán)中：開環(huán)增益過大(超調(diào)產(chǎn)生自激振動)或過??；電流環(huán)增益超調(diào)、相應(yīng)電位器的漂移。——軟件(參數(shù))故障通?？梢杂谜{(diào)節(jié)硬件(電位器)來解決。

第35頁，共292頁?！?/p>

觸發(fā)脈沖發(fā)生器中，移相觸發(fā)器通過脈沖分配器去觸發(fā)晶閘管。移相觸發(fā)器故障，脈沖分配器的脈沖變壓器副邊串聯(lián)的二極管和并聯(lián)的濾波電容器失效，往往成為故障點。

·維修后：重接或替代了不同的生產(chǎn)廠家的電機時，易發(fā)生電極極性接反或反饋線接成正反饋的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)飛車(runaway)現(xiàn)象。

第36頁，共292頁。常見的永磁式交流同步電機伺服系統(tǒng)，可以根據(jù)速度調(diào)節(jié)方式的不同而分成兩類：無級調(diào)速與變頻調(diào)速。前面閉環(huán)伺服系統(tǒng)框圖中速度環(huán)的速度指令是模擬電壓，就是屬于電壓無級調(diào)速控制型的伺服系統(tǒng)。變頻調(diào)速，是由變頻器為交流電機提供變頻電源(電壓的幅值與頻率可調(diào)的電源)，以改變電源頻率來控制電機速度的。圖所示為SPWM變頻調(diào)速的交流電機伺服系統(tǒng)組成框圖。

第37頁，共292頁。圖7.1.15SPWM變頻調(diào)速伺服系統(tǒng)

第38頁，共292頁。變頻器是變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)。常見的變頻器有兩種：交—交變頻器(直接式變頻器)與交—直—交變頻器。其中，最多應(yīng)用的是交-直-交變頻器，其工作原理如圖所示。50Hz的交流經(jīng)全橋整流而變?yōu)椤爸绷鳌?。整流全橋中可控硅大功率管的擊穿與失效是常見故障。整流后的“直流”中仍有脈動電流，會降低電源功率因素，并且會有大量高次諧波饋入電網(wǎng)。再生回路，是應(yīng)用電容濾波——

即吸收網(wǎng)絡(luò)來吸收這些無功功率，并與電機感應(yīng)再生電能一起反饋給電網(wǎng)而具有再生機能的回路。再生回路中的電容的失效將導(dǎo)致濾波功能的喪失，可能造成伺服軸啟停時的過電壓。逆變器，多用PWM型逆變器，也常是導(dǎo)致脫扣的故障環(huán)節(jié)。若采用晶閘管逆變器，其中晶閘管(即可控硅)也可能出現(xiàn)擊穿與失效。

第39頁，共292頁。圖7.1.16交-直-交變頻器原理圖(幅值與頻率可調(diào)的)第40頁，共292頁。常見的還有交流式無換向器的交流電機伺服系統(tǒng)(見圖7.1.17)與直流式無換向器的交流電機伺服系統(tǒng)(見圖7.1.18)。

圖7.1.17無換向器交流同步電機伺服系統(tǒng)

第41頁，共292頁。圖7.1.18無換向器直流式交流同步電機伺服系統(tǒng)

第42頁，共292頁。7.2伺服系統(tǒng)故障分析的一般思路

故障分析的正確思路，首先是來自于對系統(tǒng)組成及其工作原理的認(rèn)識。前述各種類型伺服系統(tǒng)框圖示意目的，是突出它們各自系統(tǒng)的組成特點——即它們的“個性”。在修前技術(shù)準(zhǔn)備時，快速查閱技術(shù)資料，就應(yīng)該找出設(shè)備的特殊性，以便具體分析時注意這些“個性”——即“注重個性”。面對眾多的類型，又需要掌握它們的共同特性，即“歸納共性”。因為，在故障大定位階段，關(guān)心的是共同的、大的獨立環(huán)節(jié)——共性的東西。下面從典型的全閉環(huán)伺服系統(tǒng)框圖(圖7.2.1)出發(fā)，來確立一般伺服系統(tǒng)故障的分析思路。

第43頁，共292頁。圖7.2.1中的符號“”——本質(zhì)上是一個“加法器”。它完成正控制輸入信號與負(fù)反饋信號的疊加。對應(yīng)于每個閉環(huán)，都有一個加法器。

第44頁，共292頁。圖7.2.1普通全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成框圖

第45頁，共292頁。可以用來簡化表示閉環(huán)控制。它包含了三條鏈路。閉環(huán)分析時，應(yīng)該記住這個環(huán)節(jié)的簡化圖(見圖7.2.2)。每見到這個環(huán)節(jié)，就應(yīng)該聯(lián)想到：誰輸出指令，哪里來的反饋信號，控制信號由誰輸出以及輸出給誰

。

第46頁，共292頁。圖7.2.2閉環(huán)的疊加控制環(huán)節(jié)

第47頁，共292頁。由圖7.2.1可見，閉環(huán)伺服系統(tǒng)是由三條鏈路構(gòu)成的：

主鏈，是圖中由粗箭頭連接的系統(tǒng)。包括了：從面板控制鍵、主板、伺服控制與驅(qū)動單元、伺服電機、傳動裝置與制動裝置，直到工作臺或驅(qū)動軸等環(huán)節(jié)。它包括了機械裝置與電氣裝置。如果是數(shù)字式伺服單元，電氣結(jié)構(gòu)就包括硬件與軟件(主要是參數(shù)設(shè)置)。因此，伺服系統(tǒng)的可能故障，除了機械故障(包括液/氣壓系統(tǒng)故障)外，其電氣結(jié)構(gòu)還可能存在硬件故障與軟件故障。

第48頁，共292頁。

反饋鏈，三個(閉環(huán)的)反饋回路分別具有各自的傳感器、反饋信號處理裝置以及傳感器電源與信號復(fù)合電纜。其中，各處理裝置，一般都在對應(yīng)的控制器上。檢測傳感器的電源供給輸入與檢測信號的反饋輸出，都是經(jīng)過電纜與控制器上處理器的I/O接口連接的。所以，一般講反饋回路的硬件包括了檢測傳感器、連接電纜(包括屏蔽與接地)與控制器反饋接口電路。它們都可能成為伺服系統(tǒng)控制類故障的成因。第49頁，共292頁。

//控制器容易受各種電磁干擾。由此可以引起控制類故障現(xiàn)象(詳見6.4節(jié))：機床不動作、誤動作、失控(伺服電機暴走、超程與各種超差、伺服停止時的軸振動)、程序中斷、突然停機(多種報警或者無報警停機、過流/過壓/欠壓/伺服沒有準(zhǔn)備好等報警)，以及加工誤差大等故障現(xiàn)象。//第50頁，共292頁。

供電鏈，即供電系統(tǒng)。包括了：保險絲/熔斷器、斷路器、變壓器、濾波器、接觸器、繼電器、開關(guān)電源等。關(guān)于供電系統(tǒng)的常見故障，可以詳見4.1.3節(jié)。各伺服系統(tǒng)電源供給系統(tǒng)的配電方式與器件的組成會有所不同。在第3章中，已要求“讀懂電氣圖”，在節(jié)電源故障與電網(wǎng)干擾節(jié)中也介紹了共用型與分立型配電方式。常見的是共用型配電(集中供電)方式，一旦供電回路出現(xiàn)故障，各伺服系統(tǒng)都將癱瘓。

第51頁，共292頁。例如，圖3.2.1MNC863T數(shù)控車床電源連接框圖中：伺服單元的供電系統(tǒng)是：從電網(wǎng)進線→總空氣開關(guān)(含保險絲)→交流接觸器→三相濾波器→空氣開關(guān)(即斷路器)→伺服變壓器→伺服電源電源電纜。主控板、面板控制鍵的供電系統(tǒng)包括了：電網(wǎng)進線→總空氣開關(guān)(含保險絲)→交流接觸器→三相濾波器→空氣開關(guān)(即斷路器)→配電盤變壓器→保險絲→直流電源(開關(guān)電源)→主板與I/O板電源電纜。其中配電盤變壓器到24V電源小板的回路，給主控板及其它繼電器接口供電。

第52頁，共292頁。

不同閉環(huán)(電流環(huán)、速度環(huán)與位置環(huán))，都可采用類似方法分析。伺服系統(tǒng)的故障現(xiàn)象，根據(jù)獨立單元分析法也可以歸結(jié)為：不同條件下出現(xiàn)的無輸出(不能啟動、不能回零、中途停止)、輸出不正常(即軸運行不穩(wěn)定、超差、超程、越位、過沖、飛車等“失控”現(xiàn)象，以及振動與噪聲)。

第53頁，共292頁。正如在2.4節(jié)中曾指出的“伺服系統(tǒng)的故障類型，有機械故障：制動與傳動部件等的缺陷、磨損、誤差過大或間隙過大造成的阻力過大、噪聲與振動等，以及液/氣壓系統(tǒng)故障。也有電氣故障：包括了伺服單元本身及其之外的器件及其接線故障。諸如：功率器件、動作開關(guān)、繼電器、測速發(fā)電機、電動機等器件故障，及其器件的連接錯誤，或連接與接觸不良等。如果是數(shù)字式伺服單元，除了本身可能存在的硬件故障外，還可能出現(xiàn)軟件與參數(shù)設(shè)置以及操作失誤方面的軟性故障。”

第54頁，共292頁。7.3伺服系統(tǒng)軟件報警故障成因與分析處理

7.3.1伺服控制系統(tǒng)軟件報警的處理與實例分析可將伺服控制系統(tǒng)的軟件報警分成兩大類。第一類：關(guān)于操作出錯(例如未初始化)、程序中移位過大、伺服板堆棧溢流/出、內(nèi)存出錯、等待超時等報警。

第55頁，共292頁。①這些報警，一般是可以用復(fù)位法來消除的報警(見4.2節(jié))。但是，有的系統(tǒng)就不能用復(fù)位法消除此類報警。例如，F(xiàn)ADAL加工中心出現(xiàn)#19軸伺服卡上堆棧溢出是指：存儲CPU指令直到執(zhí)行為止的期間內(nèi)發(fā)生的溢流。所以成因就涉及伺服軸卡或CPU卡等故障。需要運行診斷程序來判斷定位。②

如果此類報警反復(fù)出現(xiàn)，則需要根據(jù)報警內(nèi)容查看與修改程序或修改參數(shù)設(shè)置。

③

出現(xiàn)等待超時，不僅與參數(shù)設(shè)置范圍是否合適(在調(diào)試階段)有關(guān)，還可能與造成反饋信號傳遞的阻塞、信道接觸不良、污染、阻抗過大或者電機過載或過熱保護電器動作將反饋輸入信號短接等硬件故障有關(guān)。

第56頁，共292頁。例如，F(xiàn)ADAL系統(tǒng)的#16循環(huán)測試等待超時，是在允許的時間內(nèi)未檢測到分解器的零脈沖故障。與分解器沒有響應(yīng)或伺服電機過熱有關(guān)。(伺服電機過熱或振動，造成由過零脈沖發(fā)生器不能產(chǎn)生1Hz的信號，或該信號不能有效傳遞到伺服控制器，導(dǎo)致控制器在規(guī)定的時間4～10?s內(nèi)接收不到該信號。)需要查電機是否過熱、查分解器板上電機接口的溫度保護開關(guān)是否動作而使分解器反饋輸入對地短接，以及檢查分解器的跳碼(Jumper)連接是否正確等。若是伺服電機過熱，必須查明成因，并等待電機冷卻后方可再啟動。因此，必須了解系統(tǒng)報警的具體內(nèi)容與相關(guān)成因。如果一概而論、一見軟件報警就采用復(fù)位法，可能導(dǎo)致擴大故障的后果(見4.2節(jié)的注意事項)。

第57頁，共292頁。第二類：進給保持、伺服單元沒有準(zhǔn)備好、伺服放大器故障、轉(zhuǎn)速指令未到達伺服板，或連接故障、過大幅值(表明幅值測量失效)、伺服電機過載(無論是待機時、點動時、手動時、空運行時)、電機故障、飛車組態(tài)等軟件報警。這些PLC報警，實際涉及的可能是硬件故障。

第58頁，共292頁。

1.CRT顯示“進給保持”

CRT顯示“進給保持”時，控制面板上進給保持燈必定點亮，“進給保持”鍵必定壓合，所有的進給軸都不可啟動。對于CRT上顯示“進給保持”的軟件報警信息，涉及的故障成因可以是軟性也可以是硬性故障。因此，首先應(yīng)該進行故障類型判別?！葯z查該鍵能否釋放？如可，釋放之，按JOG鍵，手動將軸移開現(xiàn)位將軸返回，以保證無危險后，才可重新啟動軸。如果該鍵不可釋放，可利用調(diào)用參數(shù)設(shè)置畫面了解相關(guān)參數(shù)設(shè)置(主鏈中：急停、進給保持與制動釋放等)是否有誤。調(diào)用自診斷實時狀態(tài)畫面，應(yīng)該先檢查有關(guān)信號實時狀態(tài)是否正常。采用接口信號分析法進行故障大定位。如果實時狀態(tài)參數(shù)不正常，檢查相關(guān)開關(guān)或器件是否良好。如果器件良好，則應(yīng)該檢查信號反饋回路以及接口電路(可以參見圖的判別流程圖)。

第59頁，共292頁。

2.有關(guān)“伺服單元未準(zhǔn)備好”報警信息

例

FANUC-7M系統(tǒng)某數(shù)控機床，CRT顯示“07-VelocityUnitNotReady”，伺服不能啟動。修前技術(shù)準(zhǔn)備查07號軟件報警內(nèi)容是“速度單元未準(zhǔn)備好”。CNC直接處理雙環(huán)的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(如圖7.1.7)。

機床有三個伺服軸系。修前調(diào)查

無其它任何報警。電網(wǎng)、環(huán)境與外觀都正常。

第60頁，共292頁。據(jù)理析象

故障特征：軟件報警。故障大定位：CNC側(cè)。系統(tǒng)能報警，表明CNC主控裝置完好。報警內(nèi)容未給出伺服軸系。三軸速度環(huán)同時都壞而不能報警的可能不大。主控板上三個反饋接口同時故障也不太可能，除非反饋輸入板供電問題或線路板問題。最可能的故障類型：參數(shù)故障。羅列成因

按照這里CNC軟件報警輸出與其輸入有關(guān)：反饋輸入板供電問題或線路板問題、參數(shù)輸入問題。最可能故障成因：參數(shù)問題。

第61頁，共292頁。確定步驟與方法先軟后硬查參數(shù)設(shè)置是否正常，以判斷故障類型。如否→查RAM電池回路。如是→，查反饋輸入板供電問題→查線路板問題。參數(shù)檢查法：調(diào)出參數(shù)設(shè)置畫面，PC參數(shù)已全部丟失。參數(shù)丟失成因：查知RAM電池接觸不良而失電，而造成參數(shù)丟失。排除故障用砂紙與無水酒精重新清潔插座，裝好電池。系統(tǒng)上電，重新輸入?yún)?shù)。報警消除，故障排除。第62頁，共292頁。例

FANUC-6系統(tǒng)老數(shù)控機床，CRT顯示“07-VelocityUnitNotReady”，伺服不能啟動。修前技術(shù)準(zhǔn)備查07號軟件報警內(nèi)容是“速度單元未準(zhǔn)備好”。伺服電機為直流電機，測速器為測速發(fā)電機。

修前調(diào)查還有，Y軸速度板上TGLS紅色報警燈點亮：速度反饋信號斷線報警。故障特征：軟件報警與Y軸伺服硬件報警。故障大定位：Y軸速度環(huán)。外觀電纜完好。查制動可輕松釋放。手動Y軸電機無明顯聲響與阻力，故排除機械與直流電機故障可能。

第63頁，共292頁。據(jù)理析象綜合軟件與硬件報警內(nèi)容，并參照分析后面的圖7.3.1。

故障定位：Y軸速度反饋鏈。故障類型：硬件故障。羅列成因測速發(fā)動機故障未發(fā)信號、反饋斷線或接觸不良或反饋接口不良。確定步驟

先外后內(nèi)查連接電纜→先一般后特殊查測速發(fā)動機磨損故障或污染→查反饋接口。故障點測試檢查連線均正常→清潔插頭與接頭，重新連接好電纜，將另一端接到示波器上→手轉(zhuǎn)動電機時示波器上無電壓輸出。故障精定位：測速發(fā)電機故障。

第64頁，共292頁。排除故障打開電機，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重碳粉污染電機與測速發(fā)動機的電樞，是無速度反饋信號輸出的成因。用壓縮空氣吹凈碳粉后，以酒精清洗臟的電樞，再開機，故障消除。注意：測速器失修或接觸不良會導(dǎo)致無速度反饋信號。應(yīng)定時清洗電樞，視加工量大小及時更換電刷。上述可見，出現(xiàn)這類軟件報警時，需要檢查各伺服單元上有無報警顯示，以判定是否共同問題。

第65頁，共292頁。另外的幾種情況：·

若各伺服單元無報警，先查參數(shù)→用短路銷隔離所有伺服軸，上電后若報警依舊，則為主板控制電路或伺服狀態(tài)判別電路故障?！?/p>

·

若隔離伺服軸上電后報警消失，需要判定故障軸→分別隔離各軸，上電看報警是否消失。如果分別隔離各軸后上電都報警依舊→查共同的供電系統(tǒng)與控制電器。

·若某伺服單元有報警顯示，例如紅燈點亮，可用短路銷隔離該軸，上電后若軟件報警消失→交換法，判定指令信號電纜與連接是否良好→再用短路銷隔離，以確定是否該軸伺服單元故障(一般為伺服保護電路或功率部分故障)。

第66頁，共292頁。

3.有關(guān)“伺服單元異常”或“伺服放大器故障”方面報警信息例

一臺FANUC-OM系統(tǒng)立式加工中心。出現(xiàn)#414和#410報警。修前技術(shù)準(zhǔn)備該系統(tǒng)如圖7.1.7所示，速度環(huán)也由CNC處理。查知報警內(nèi)容為：速度控制OFF和X軸伺服驅(qū)動異常。修前調(diào)查報警出現(xiàn)后能通過重新啟動而消除。但在自動方式下每執(zhí)行到X軸快速移動時就報警。

第67頁，共292頁。據(jù)理析象

故障特征：具有重演性并與X軸快移相關(guān)。故障類型：硬件故障?？煲苿幼饔嘘P(guān)，從而故障大定位：X軸移動電纜及其接點。羅列成因

最可能的故障成因：X軸移動電纜的接點。重演故障與觀察檢查：快移時，X軸伺服電機電源線插頭處相線間拉電弧。插頭間的拉電弧引起相間短路，導(dǎo)致速度環(huán)自保護電器動作并報警。排除故障

清理搭絲并修整插頭。故障排除。

第68頁，共292頁。例GPM90DB-2型數(shù)控曲軸銑床多次程序中斷，CRT顯示“W軸伺服報警”。

修前技術(shù)準(zhǔn)備

根據(jù)技術(shù)資料畫出與報警相關(guān)的系統(tǒng)框圖，如圖所示。

第69頁，共292頁。圖7.3.1與W軸伺服報警相關(guān)的系統(tǒng)框圖

第70頁，共292頁。修前調(diào)查成熟的加工程序。故障特征：軟件報警，故障頻次高。

報警時，W軸電機停轉(zhuǎn)，滑板處于制動狀態(tài)(未釋放)。據(jù)理析象故障頻次高，與電器的誤動作/不動作、失修卡住或接觸性故障有關(guān)。報警機理：滑板制動未釋放或滯后釋放動作，PLC在規(guī)定時間內(nèi)檢測到的是“制動未釋放”信號狀態(tài)(如“1”)而輸出“W軸伺服報警”。故障大定位：W三條鏈路中)。故障類型：硬件故障(滑板制動未釋放——不動作成因)。

第71頁，共292頁。羅列成因上面鏈路內(nèi)的器件與接線、液壓與供電系統(tǒng)故障，以及PLC輸出接口電路或中間繼電器故障。最可能的故障成因：電磁閥(詳見5.7節(jié))與滑板銹死等失效故障。確定步驟(程序中斷，一般可以采用PLC程序法)這里，先一般后特殊、先簡后繁：

用信號強制輸入法查第一條鏈中電磁閥輸出與滑板動作?！盘栕粉櫡ㄏ蚯白凡楦鱾€環(huán)節(jié)。信號強制輸入法：斷開電磁閥原接線，按其電源要求，正常的外接電源輸入后，觀察其輸出動作——不動作。故障定位：電磁閥。

第72頁，共292頁。故障點測試

萬用表測試電磁閥線圈電阻正常。判定電磁閥內(nèi)機構(gòu)失效卡住，導(dǎo)致制動不能釋放。排除故障

更換電磁閥，故障排除。

第73頁，共292頁。注意1.程序中斷，一般采用PLC程序法。應(yīng)該查技術(shù)資料中PLC的I/O實時狀態(tài)信號，是否包括了檢測流程圖中的器件狀態(tài)。如果沒有資料可查，則可以采用畫出相關(guān)的動作流程圖來分析的方法。2.圖7.3.1流程圖中有兩個延時：在T時刻繼電器動作指令發(fā)出后延時Δt1后，即(T+Δt1)時刻發(fā)出運動指令。又必須在延時Δt2內(nèi)PLC獲得W軸伺服狀態(tài)反饋信號。由于信道傳遞的堵塞與丟失或反饋鏈路中的故障，PLC在延時Δt2內(nèi)沒有獲得正常的反饋信號，也會發(fā)出類似的報警而中斷程序。在Δt1內(nèi)，未完成制動釋放，但是伺服已獲得運動指令來驅(qū)動W軸電機。于是電機過載報警裝置必定報警——反饋通知PLC而中斷程序。即如本例情況，延時間隔過長，下一個動作已跟上而出現(xiàn)動作阻塞或過載現(xiàn)象。系統(tǒng)報警只給出了籠統(tǒng)的概念——故障大定位于W軸伺服系統(tǒng)。3.思考一下：假如報警時檢查滑板制動已釋放，故障成因會有哪些？第74頁，共292頁。

例

A980MC系統(tǒng)T30加工中心，手動運行Y軸時CRT出現(xiàn)“驅(qū)動失敗”報警。修前技術(shù)準(zhǔn)備了解到系統(tǒng)采用測速發(fā)電機與光柵尺測位器、電磁閥與液壓抱閘系統(tǒng)。機械傳動是Y軸電機通過同步皮帶與滾珠絲杠連接的?？梢怨串嬇cY軸運行相關(guān)的系統(tǒng)框圖(如圖7.2.1所示)及報警相關(guān)的系統(tǒng)框圖(類似圖7.3.1，但增加一條位置反饋信號鏈，并延時T3＞T2)。據(jù)理析象

按報警機理，制動未釋放或釋放延時、無速度/位置檢測反饋或反饋延時、反饋裝置接口不良、傳動阻力過大等都可以導(dǎo)致停機報警。

第75頁，共292頁?，F(xiàn)場工作啟動液壓后，手動Y軸時液壓自動中斷而出現(xiàn)報警。常規(guī)外觀檢查與液壓保護電器都正常。無硬件報警?？蓡右簤罕砻髦苿涌舍尫?。先機后電思路，手動去除液壓抱閘并去除同步皮帶后，手扳動絲杠感吃力。故障類型：機械故障。故障大定位：機床側(cè)絲杠傳動系統(tǒng)。可能成因：絲杠負(fù)載阻力過大：軸承故障或松動移位。

第76頁，共292頁。故障點測試檢查絲杠前軸承座正常。檢查絲杠下軸向推力軸承座時發(fā)現(xiàn)軸承座緊固螺母松動并且已壓于閘瓦上。這是手搖絲杠費力的原因。該軸向軸承座松動導(dǎo)致滾珠絲杠上下竄動，造成電機轉(zhuǎn)動時絲杠空轉(zhuǎn)而軸未移動。光柵尺未能檢測到移動信號，在T3內(nèi)無位置反饋信號給位控板而發(fā)出的報警并停機。故障處理

緊固松動的螺母后絲杠不再竄動，故障排除。

第77頁，共292頁。例

T-30加工中心，CRT顯示19085號報警，伺服不能啟動。修前技術(shù)準(zhǔn)備查報警內(nèi)容為伺服驅(qū)動故障。未清楚是哪一伺服軸的故障。主控板上的伺服反饋接口有短路銷，可用于短接伺服輸入。B軸和Z軸為兩個完全相同配置的伺服系統(tǒng)，集中供電系統(tǒng)。

第78頁，共292頁。修前調(diào)查各伺服驅(qū)動器上顯示正常，無任何報警?！懦丝偩€控制與電源輸入、伺服驅(qū)動與電機故障的可能。先公后專查伺服系統(tǒng)集中供電的三相交流電源與DC225V，正常。——排除了電源輸入故障的可能。機床外觀無異常。操作正常。畫出與報警相關(guān)系統(tǒng)框圖(見圖7.3.2)與閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖(見圖3.4.1)。

第79頁，共292頁。圖

與報警相關(guān)的系統(tǒng)框圖

第80頁，共292頁。據(jù)理析象

故障特征：軟件報警。表明CNC/PLC主控裝置完好。報警機理：啟動自診斷檢測伺服接口故障狀態(tài)的PLC報警。(見例7.3.4)首要問題是：故障大定位于NC側(cè)還是機床側(cè)。其次：如是機床側(cè)，定位于哪一伺服軸系故障。再次：伺服不能啟動，先查其輸入：供電鏈路故障可能已排除。第81頁，共292頁。主鏈：正輸入：來自CNC主控板的指令信號與參數(shù)設(shè)置正常？負(fù)輸入：來自電機與傳動/制動的阻力即負(fù)載效應(yīng)？反饋鏈：負(fù)輸入正常？

故障類型：硬件故障。

第82頁，共292頁。羅列成因主控板側(cè)：PLC輸入板上相應(yīng)伺服反饋口或相應(yīng)PLC輸出板口故障?？偩€裝置、電纜或接插排故障。?機床側(cè)：主鏈中，負(fù)輸入為制動未釋放。反饋鏈路中，測位器、反饋電纜與插口或伺服單元故障。(可參見例中有關(guān)信號的邏輯狀態(tài))

第83頁，共292頁。確定步驟與方法

短路銷法(隔離所有的伺服軸)進行故障大定位，確定是否機床側(cè)故障。 →如是，再用短路銷法判定(故障定位)故障軸系。 →先一般后特殊“故障精定位”，查故障軸各移動電纜及其連接。 →如否，查制動裝置與反饋鏈。

(因為如果某伺服驅(qū)動單元有硬件故障、電機故障會報警。沒有其它報警，先不查。如果參數(shù)混亂應(yīng)該有多個報警、不是調(diào)試階段一般不會有參數(shù)設(shè)置問題，先不查。)

第84頁，共292頁。短路銷法①將主控板上位置環(huán)反饋接口的B與Z軸短路，系統(tǒng)上電，報警消除。??表明：主控板反饋接口完好。故障大定位：機床側(cè)。②停電，取消Z軸短路銷，B軸仍短路，系統(tǒng)上電，仍無報警。??表明：Z軸伺服完好。③停電，再取消B軸短路銷，系統(tǒng)上電后出現(xiàn)報警。故障定位：B軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)。查B軸制動電纜與反饋電纜，發(fā)現(xiàn)：B軸制動電纜外皮已磨破。

第85頁，共292頁。故障點測試萬用表測試該制動電纜。故障精定位：制動電磁閥控制線斷線故障。為排除其它可能故障，先再將Z軸短路，將Z軸制動電纜與反饋電纜代替B軸的(替代法)。上電后也不報警。確定故障成因：B軸制動電磁閥控制電纜斷線而不能釋放，導(dǎo)致編碼器無動態(tài)位置反饋信號輸出而報警。排除故障

更換新電纜，故障排除。

第86頁，共292頁。//注：(1)本案例突出短路銷法的使用。先故障大定位、先一般后特殊、先簡后繁等原則，可以提高診斷效率。原實例的診斷步驟為：(備件替代法)替代驅(qū)動器控制板和通道測量板后故障依舊→短路銷法判出B軸系故障→(交換法)B軸和Z軸的功率輸出板互換后Z軸運行正常，排除功率輸出板故障→檢查B軸電機和編碼器時發(fā)現(xiàn)B軸制動電磁閥控制線磨斷……

第87頁，共292頁。(2)本例，可以像例3.4.1那樣采用接口信號分析法直接定位。//全數(shù)字伺服系統(tǒng)關(guān)于“伺服放大器故障”的報警是較詳細(xì)的。例如FADAL加工中心有X/Y/Z三個坐標(biāo)軸，還有三個轉(zhuǎn)動軸。由短路銷/跳碼(JUMPER)設(shè)置來選擇軸系的連接。CRT顯示“AMPLIFIERFAULTONAXIS”(伺服放大器故障)，是檢測應(yīng)該啟動的軸伺服放大器處于未啟動狀態(tài)時發(fā)出的PLC報警。如果A軸參數(shù)已設(shè)置而跳碼未設(shè)置，會出現(xiàn)同樣報警。根據(jù)TROUBLESHOOTING的指南，再結(jié)合診斷的基本原則，診斷思路可歸結(jié)為如圖所示的判別流程圖。

第88頁，共292頁。圖7.3.3伺服放大器故障的判別流程圖

第89頁，共292頁。從該判別流程圖上可以得到一些啟示：Y

報警點≠故障點。

報警點給出了檢測點呈故障狀態(tài)。故障成因：既有“未復(fù)位”這樣的操作錯誤與參數(shù)設(shè)置錯誤構(gòu)成的軟性故障、跳碼設(shè)置錯誤的硬性故障，也包括電纜與器件的硬件故障。伺服放大器故障只是其中的一個可能環(huán)節(jié)(過載繼電器在伺服放大器上、報警號與實時狀態(tài)對比中可能包括伺服放大器故障——即這里的伺服板)。顯然，報警點不是定位的故障點。

第90頁，共292頁。Y

“歸納共性”主思路——根據(jù)工作原理：可以伺服放大器為研究對象(獨立單元)，它的反饋輸出不正常，先查其輸入。(參見圖7.2.1)由PLC報警機理可知：(參考圖)可以涉及從面板、NC/PLC、伺服放大器到PLC輸出板報警鏈路上的每個環(huán)節(jié)。

第91頁，共292頁。因此，應(yīng)該分析閉環(huán)控制三條鏈路的輸入是否正常：

主鏈：正輸入：來自CNC的指令，涉及NC、PLC與總線等。負(fù)輸入：面板急停，來自電機與傳動/制動的阻力即負(fù)載效應(yīng)。反饋鏈：位置檢測傳感器→接線與屏蔽信號電纜→反饋接口電路的反饋位置誤差信號得負(fù)輸入。供電鏈：供電系統(tǒng)的正輸入與保護裝置動作的切斷輸入。

第92頁，共292頁。Y

“注重個性”——例如，急停后伺服放大器與某些繼電器是否需要的復(fù)位操作、特殊的短路銷設(shè)置、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)置與反饋輸入信號類型等?！浞值男耷凹夹g(shù)準(zhǔn)備是必要的！Y

操作錯誤或設(shè)置錯誤，會導(dǎo)致這類報警。數(shù)字式伺服放大器處理雙環(huán)(位置環(huán)與速度環(huán))，無反饋誤差信號或反饋信號小于可接收極限值時也會出現(xiàn)這類報警。

第93頁，共292頁。Y

個性與共性結(jié)合，羅列可能的故障成因：軟件設(shè)置與操作失誤(軟性故障)、主鏈與反饋鏈路中組件與電纜連接故障、供電系統(tǒng)內(nèi)器件與連線故障。輸入正常而輸出不正常時，才是伺服放大器本身故障。Y充分利用系統(tǒng)的自診斷功能(報警信息、報警號、警燈或指示燈，以及實時信號狀態(tài)表)，判別故障類型，根據(jù)基本原則確定診斷方法。

第94頁，共292頁。//FADAL加工中心，具有類似數(shù)字式半閉環(huán)軟件控制型伺服系統(tǒng)(見圖7.1.5)。伺服控制器包括了三個閉環(huán)控制。(但與圖不同，測速器與測位器分開。速度控制是模擬控制：速度指令與速度反饋信號都是幅值不超過10V的模擬信號。位置反饋信號是脈沖信號。)主板——CPU板(1400)通過1030板與伺服控制板連接。伺服控制板上有三個槽口，分別安裝了三軸的伺服控制器(軸卡)。

CPU卡

軸卡(伺服控制器)

伺服放大器(是功率放大驅(qū)動器)

第95頁，共292頁。#14報警給軸卡的速度指令不正常。包括了移動指令傳遞的設(shè)置未完成而導(dǎo)致的信號傳遞故障。手冊提示了硬件故障的分析思路：查直流電源電壓供給：＋5V、＋12V和－12V。若正常→運行CPU與軸系診斷程序，判別是否某軸故障。若是→更換故障軸軸卡，重新再運行診斷程序。若多軸卡故障，更換CPU板或1030板(后面稱這一段為功能測試法)。#20報警

速度指令傳遞故障或緩沖器未設(shè)置。手冊也只提示了關(guān)于通訊故障→功能測試法確定是否將故障定位于軸卡。

第96頁，共292頁。#3報警跳碼邏輯錯誤、反饋信號丟失(上電時反饋檢測時伺服軸控制器沒有響應(yīng)NC)或伺服電機接線錯誤→(注：短路銷法)短接軸卡上相應(yīng)跳碼，使上電時不進行反饋測試與斷開負(fù)載(伺服電機)。上電，如無飛車→軸卡故障或卡上跳碼線路上元件損壞。若飛車→查電機電纜或接線錯誤。#18報警

伺服放大器掉線(linedown)——軸卡來自放大器的反饋信號或信號電壓低于10V。伺服放大器上LSECB若點亮→查機械約束(注：與制動未釋放有關(guān))。若不亮→查電纜連接不良？若否→伺服放大器故障。

第97頁，共292頁。#21報警信道中斷不能工作。查信號電纜的連接與屏蔽接地(有噪聲)，若完好→更換軸卡。//☆判別流程圖中虛框部分的核心是“狀態(tài)對比”(這部分內(nèi)容手冊上未提及)。需要注意以下兩點。一是故障大定位：機床側(cè)/CNC側(cè)→哪個軸系→哪個鏈路。二是判別故障類型：機/電？而具體涉及的方法包括了：NC與PLC間信號交換法、接口分析法、先一般后特殊地使用測量對比法、隔離體法與信號強制輸入法(對編碼器)，以及信號追蹤法等。(一般說明書上只介紹了短路銷法、功能測試法與測量對比法等一些簡單方法)。

第98頁，共292頁。

4.有關(guān)“轉(zhuǎn)速指令未到達伺服驅(qū)動板”的報警信息例

SIEMENS840C系統(tǒng)PTA160O數(shù)控磨床，出現(xiàn)#300300故障報警，伺服不能啟動。修前技術(shù)準(zhǔn)備

查技術(shù)手冊，報警內(nèi)容為“A2DRIVELINKOFF”，并提示應(yīng)檢查NC端口到各伺服驅(qū)動器驅(qū)動總線的連結(jié)。

//實際案例現(xiàn)場工作：逐段測量NC到驅(qū)動器及驅(qū)動器之間的連接電纜未見異常。為故障大定位，拔下設(shè)備總線插頭并加電重新初始化(等于斷開與伺服的連接——隔離體法)，報警依然存在?！吡艘欢螐澛?！//

第99頁，共292頁。羅列成因報警內(nèi)容給出了故障大定位：主控板與伺服單元間的信號交換、接口電路與總線。伺服不能啟動，先查其輸入：有無來自主控板的指令信號與參數(shù)設(shè)置。(由報警指出為主鏈路問題。又伺服驅(qū)動板與主控板共享電源，所以，就忽略了反饋鏈與供電鏈。)故障類型：既可以是參數(shù)設(shè)置的軟件故障，也可以是端口電路與總線的硬件故障。

第100頁，共292頁。確定步驟應(yīng)該先軟后硬查NC參數(shù)，再查總線及其接口。調(diào)出參數(shù)設(shè)置畫面發(fā)現(xiàn)參數(shù)丟失。排除故障重新輸入?yún)?shù)后，機床報警消失。

//注：1.報警內(nèi)容是驅(qū)動總線連接的硬件故障，實際為參數(shù)丟失。又說明：報警點故障點。2.系統(tǒng)自診斷不能替代維修人員的現(xiàn)場調(diào)查與分析。如果，先分析羅列成因后，先軟后硬查參數(shù)，是上策。然后再按自診斷提示進行，有利于提高診斷效率。3.如果具有短路銷設(shè)置，可采用隔離體法，可用來故障大定位。4.參數(shù)丟失，還應(yīng)該追查成因，否則故障還會重演。//第101頁，共292頁。

5.有關(guān)“伺服超差”、“超程”報警這類軟件報警，是位置環(huán)故障。故障成因，包括軟性故障(操作失誤與參數(shù)設(shè)置失匹)與硬性故障(硬件故障與機械故障)。關(guān)于超程報警，前面已有案例，它們是：例

程序中斷，瞬間超程報警顯示。PLC程序法與信號強制輸入法分析判出是+X行程開關(guān)連接電纜或接頭故障導(dǎo)致的假超程。

第102頁，共292頁。例6.4.5

運行中＋X超程報警。接口信號分析法，判出是＋X繼電器勵磁線圈短路，導(dǎo)致的假超程。例

多個超程報警，有編程與操作失誤故障史，導(dǎo)致報警軟鍵始終“ON”的假超程報警。參數(shù)的臨時修改法解除了報警。例

調(diào)試階段回零操作時出現(xiàn)正向移動就出現(xiàn)超程報警。為報警軟鍵始終ON導(dǎo)致的假超程報警。

第103頁，共292頁。在上述超程報警案例分析中，首先需要判別真/假超程。

真超程與假超程超程報警后，擋塊撞及行程開關(guān)的是真(硬)超程，未撞及，為假(軟)超程。一般做法：手動將機床沿超程的反方向退回，檢查確定無危險時，按“復(fù)位”鍵重新啟動。若報警依舊，則為假(軟)超程。第104頁，共292頁。超程報警機理，同時包括兩類：軸實際坐標(biāo)超越軟限位或超越硬限位行程。

第105頁，共292頁。關(guān)于各類超差報警，前面已有案例，它們是：例

Z軸動差過大報警。接口信號法與信號追蹤法判出：編碼器與電機間的十字鏈接塊脫落，造成無反饋信號所致。例

X軸超差報警。用逐漸增大Kv，減小跟隨誤差來排除故障。例

動態(tài)跟隨誤差過大報警。老機床機械磨損使反向間隙增大而使自動漂移補償超過最大允差。采用參數(shù)修改法與調(diào)正伺服系統(tǒng)來排除故障。

第106頁，共292頁。第107頁，共292頁。分析可見：動差過大的成因包括了電氣故障(加工程序或參數(shù)設(shè)置的軟件故障與硬件故障)、機械故障及其環(huán)境與電網(wǎng)干擾。

第108頁，共292頁。例

DYNAPATH10M系統(tǒng)XB408加工中心，在加工過程中出現(xiàn)工作臺(B軸)回轉(zhuǎn)落位超差報警。修前技術(shù)準(zhǔn)備查知B軸為工作臺旋轉(zhuǎn)軸，脈沖編碼器作為測位器。位控板上反饋接口：是以短路銷方式來饋入信號(個性)的。據(jù)理析象

故障大定位：位置環(huán)。(系統(tǒng)框圖略)由超差機理(見例及其“附注”)，先排除加工程序與參數(shù)設(shè)置問題。但是，不可排除硬件故障、機械定位誤差、環(huán)境與電網(wǎng)干擾。

第109頁，共292頁。修前調(diào)查環(huán)境無干擾源；機床電網(wǎng)與接地正常。外觀檢查：無明顯機械阻力故障。撞塊、編碼器聯(lián)軸節(jié)及其電纜外觀完好無異常。先軟后硬查機床參數(shù)：CRT上調(diào)出參數(shù)設(shè)置畫面，參數(shù)均正常。故障類型：硬故障。

第110頁，共292頁。羅列成因以位控器為研究對象。輸出報警，查其輸入?！?/p>

機柜內(nèi)電脈沖干擾輸入：系統(tǒng)接地不良或電纜屏蔽層接地不良，干擾數(shù)字信號。

·

機械定位誤差過大輸入：回零參照點位置不準(zhǔn)、磨損或潤滑不良?！?/p>

工作指令鏈路輸入不正常：線路或接點故障(因為CNC裝置是模塊結(jié)構(gòu))?！?/p>

反饋鏈輸入不正常：編碼器、電纜及其接點連接故障，短路銷設(shè)置錯誤?！の豢仄鞅旧砉收希赫`差寄存器故障、增益電位器漂移、接口電路故障。

第111頁，共292頁。確定步驟B軸參照點位置檢查。 →重演故障查坐標(biāo)軸參數(shù)與診斷畫面狀態(tài)參數(shù)。 →故障追蹤與測試。

第112頁，共292頁?，F(xiàn)場工作(1)參照點位置檢查與調(diào)整：用千分表與其它測試儀器，測得實際工作臺回轉(zhuǎn)角度與要求值偏差2～3。重新調(diào)整參照點基準(zhǔn)位置。第113頁，共292頁。(2)重演故障：按加工程序進行并觀察CRT上坐標(biāo)軸實時顯示。B軸單獨運行時正常。移動Z后再回轉(zhuǎn)B軸時報警重演。發(fā)現(xiàn)移動Z時：B軸盡管處鎖定狀態(tài)，但B軸還在累加坐標(biāo)值。(X/Y/Z坐標(biāo)顯示正常。)不該有的“累加”導(dǎo)致超差報警?！收犀F(xiàn)象特征：B軸反饋信號有規(guī)律的干擾。由坐標(biāo)值顯示說明有B軸編碼器反饋信號，不必查診斷畫面。故障定位：B軸反饋鏈路。

第114頁，共292頁。(3)故障點測試：按照先一般后特殊原則，先查B軸編碼器反饋電纜——移動電纜及其接點。

編碼器端口，發(fā)現(xiàn)電纜屏蔽層接地焊點斷開。位控板端口，未接入編碼器A、B與Z信號。(注：編碼器使用要求同時接入它的六路信號：A、B與Z，A、B與Z。原設(shè)計：位控板上短路銷斷開了B軸編碼器的這三個信號。)故障成因：反饋線接線(短路銷設(shè)置)錯誤與屏蔽接地不良。

第115頁，共292頁。排除故障焊好屏蔽接地點；正常短接位控板上短路銷，將來自B軸編碼器反饋信號正常接入。故障排除，設(shè)備恢復(fù)正常。有關(guān)“過大幅值”的軟件報警故障，一般可大定位于反饋鏈路內(nèi)的硬件故障。//如例，程序中斷，“X模擬輸出超限”的軟件報警，采用了接口信號分析法故障定位于伺服單元輸入接口，最后確定為接觸性故障。//第116頁，共292頁。又如，F(xiàn)ADAL加工中心#22報警，內(nèi)容為：“BADSCALEREADING”提示反饋輸入的速度信號幅值超越允許極限。建議：檢查反饋信號電纜接線或屏蔽接地，干擾信號的竄入→校正信號幅度(調(diào)節(jié)伺服控制器上反饋放大處理中的幅值輸出電位器)，若無效→查幅值調(diào)節(jié)器盒內(nèi)線路板。

第117頁，共292頁。7.3.2檢測系統(tǒng)報警的處理與實例分析

檢測元件：在反饋鏈路中(參見7.1節(jié)中的那些系統(tǒng)框圖)，測速傳感器有：測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器，光電脈沖編碼器或脈沖發(fā)生器。測位傳感器有：光電(脈沖)編碼器、光柵磁尺與感應(yīng)同步器等。它們都是有源電器，需要穩(wěn)定的電源供給。光電與光柵類傳感器的污染、位置傳感器的安裝松動與移位以及本身性能故障；測速器的碳粉污染(例與例)、失效與松動，可導(dǎo)致失步、噪聲與振動。傳感器的接線錯誤或接觸不良、信號或電源電纜斷線與屏蔽接地不良受干擾等會使檢測信號失真或延時，從而導(dǎo)致超程、超差、程序中斷等故障。接線錯誤還可能導(dǎo)致飛車現(xiàn)象等。

第118頁，共292頁。

反饋處理裝置：各反饋鏈路還包括了反饋信號處理接口環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)框圖中分別示以“速度反饋”與“位置反饋”，或“速度反饋處理裝置”與“位置反饋處理裝置”(例如FADAL系統(tǒng)的脈沖編碼器的脈沖處理裝置，稱作“分解器”)。一般來講，它們的功能是由各環(huán)控制器內(nèi)進行反饋處理的接口板來完成的。

第119頁，共292頁。

反饋處理中的參數(shù)設(shè)置：反饋接口裝置中的延時時間、信號增益/倍率、極限值等參數(shù)設(shè)置，又可能是反饋鏈中故障的軟性成因。例如，F(xiàn)ADAL系統(tǒng)上有關(guān)檢測反饋鏈路有較全面的報警信息，并在維修手冊中提示了主要診斷步驟。從中可以得到相關(guān)的故障成因：#1報警無電機反饋。是指在上電時沒有檢測到來自分解器或編碼器的信號(位置監(jiān)控報警)→查控制器反饋接口跳碼連接設(shè)置。若正?！鷾y分解器輸入端口(即編碼器輸出是否正常)：用測試相應(yīng)跳碼處電壓是否為1.7AC左右。如是→分解器故障。如否→查電源故障。(即位置反饋監(jiān)控電路故障)(注：即獨立單元分析法)第120頁，共292頁。查電源是否正常：如否→斷電，查編碼器反饋電纜及其連接完好？如是→斷電，查編碼器松動或本身故障。#2報警

編碼器無應(yīng)答→斷電，查編碼器反饋電纜及其連接完好？如是→上電，測分解器輸入端口跳碼處電壓是否為1.7AC左右(手動相應(yīng)軸，以示波器查測點電壓波形)。(注：即強制輸入法)第121頁，共292頁。如是→斷電，清掃相應(yīng)模塊線路板(線路板污染問題)。再上電，若報警依舊→分解器故障。如否→斷電，查編碼器松動或本身故障。#16報警分解器零脈沖檢測等待超時。與分解器沒響應(yīng)或伺服電機振動與過熱有關(guān)。#22報警速度反饋信號幅值超限。與反饋電纜接線或屏蔽接地不良、信號幅度校正不當(dāng)或幅值調(diào)節(jié)線路板故障有關(guān)。(見7.2節(jié)末)(顯然，主控板本身故障或其供電不正常、總線與中斷控制器等故障也會導(dǎo)致位置監(jiān)控報警。)第122頁，共292頁。FADAL的報警信息遠(yuǎn)不止這些。從報警信息涉及的故障成因可見，包括了反饋鏈路中的硬件成因：電源電壓供給、檢測元件(本身、污染及其安裝移位與松動)、反饋處理裝置及其接口電路、接點設(shè)置與接點、接線電纜及其屏蔽接地等?？赡艿能浖梢颍悍答佹溌分械膮?shù)設(shè)置，伺服環(huán)增益參數(shù)設(shè)置不當(dāng)(引起的電機自激振動，也將影響反饋脈沖信號的大小與檢測)。還有，更換的不同型號編碼器的每轉(zhuǎn)線數(shù)與原來的不同，需要注意修改相應(yīng)的參數(shù)。故障排除，可采用相應(yīng)的軟件與硬件故障的排除方法。

第123頁，共292頁。前面談到有關(guān)“等待超時”的報警信息及其可能成因涉及參數(shù)設(shè)置、干擾與信道阻塞硬件故障。但是，由于反饋信號丟失而造成等待超時，卻可能出現(xiàn)的是其它的一些報警信息。例如：例

Z軸動差過大報警是編碼器與電機間的十字連接塊脫落而無反饋信號所致。例

“軸的實際位置與指令不符”報警是編碼器被撞受損造成接觸不良而無反饋信號所致。

第124頁，共292頁。例

開機時位置環(huán)報警是主板上ZF反饋接口電路故障而無反饋信號所致。例

機械手不能自動換刀故障的“讀禁止”報警是接近開關(guān)松動移位而無反饋信號所致。例“速度單元未準(zhǔn)備好”故障信息是碳粉污染測速發(fā)電機而無速度反饋信號所致。例

“伺服驅(qū)動故障”報警是電纜斷線制動不能釋放而導(dǎo)致編碼器無動態(tài)饋信號所致。

第125頁，共292頁。7.3.3過熱類報警的處理與實例分析這類報警是PLC報警，可故障大定位于：速度環(huán)。報警機理與伺服供電系統(tǒng)保護裝置開關(guān)的通斷動作輸出有關(guān)(詳見第5章)——與這些電器的輸入及其本身性能故障有關(guān)。并且，數(shù)字式伺服系統(tǒng)相關(guān)I/O接口或連線故障導(dǎo)致CNC沒有接受到保護裝置的信號，也會出現(xiàn)此類報警。因此，雖說是軟件報警，但涉及內(nèi)容是硬件故障，不能簡單地復(fù)位以消除報警，必須查明原因。

第126頁，共292頁。保險絲熔斷一般可由伺服放大器或伺服板上電源指示燈熄滅或不亮來顯示失電。全數(shù)字式伺服系統(tǒng)由PLC循環(huán)檢測與狀態(tài)對比可在CRT上顯示此報警信息(如BRK)。伺服系統(tǒng)因無電源輸入而無輸出(不動作)。檢查保險絲管的顏色(見4.1.3節(jié))可判斷短路性質(zhì)(見例4.1.2)。保險絲熔斷，表明其負(fù)載有過大電流發(fā)生。不能簡單地?fù)Q保險絲，必須檢查成因。

第127頁，共292頁。保險絲熔斷機理及其成因受載電流檢測值>過載電流設(shè)定值

保險絲熔斷1.保險絲本身質(zhì)量、型號或容量的選擇不合理，安裝與接觸不良(內(nèi)因)。2.過大電流輸入：失匹控制：速度指令值過大或加/減速頻率太高；速度環(huán)增益設(shè)定過高(參數(shù)設(shè)置與可調(diào)電位器的漂移)，造成過大電流輸出或?qū)е赂哳l自激振動；檢測元件故障或控制板電源電壓過高、過低或不穩(wěn)定導(dǎo)致的電磁振蕩。電網(wǎng)干擾：外電網(wǎng)不穩(wěn)、操作方法不當(dāng)(頻繁啟停動作時瞬間產(chǎn)生大幅感應(yīng)電流)、低通濾波器或浪涌吸收器失效。負(fù)載電器短路：接線錯誤、變壓器相間短路、電機相間短路(加/減速頻率太高或扼流圈電流延時過長產(chǎn)生瞬間大電流所致)、驅(qū)動單元中大功率管擊穿性短路。過載。(負(fù)載效應(yīng))加工方式不妥：連續(xù)的重切削。機械負(fù)荷太大：制動不能釋放、傳動故障或卡死等。電阻抗太大：接線不良、速度環(huán)內(nèi)電器阻抗值的漂移等所致。第128頁，共292頁。

例

一臺引進的舊步進驅(qū)動數(shù)控車床，一按進給軸啟動鍵，步進驅(qū)動器外接保險絲立即熔斷，不能運行。修前調(diào)查無技術(shù)資料，只知為步進開環(huán)伺服系統(tǒng)——個性。根據(jù)普通型開環(huán)伺服系統(tǒng)組成框圖(圖7.1.2)，查數(shù)控裝置后接的器件：無編程器裝置，故確定此系統(tǒng)為串行型(環(huán)行分配器)開環(huán)伺服系統(tǒng)。無制動裝置，無報警顯示，外觀與環(huán)境正常、電網(wǎng)正常。檢查保險絲管：無亮點與嚴(yán)重黑色。故障特征：啟動時擊穿性短路。

第129頁，共292頁。據(jù)理析象

故障大定位：步進驅(qū)動系統(tǒng)。故障類型：硬件故障。羅列成因最易出故障的是功放管的擊穿。擊穿可能成因：功放管本身質(zhì)量與連接問題、電源輸入或脈沖環(huán)行分配器輸出不正常。確定方法與步驟

隔離體法與信號追蹤法：先公后專查電源回路輸出→先一般后特殊查驅(qū)動放大器功放管是否短路→信號強制輸入法查脈沖分配器。

第130頁，共292頁?，F(xiàn)場工作尋找“短路”成因。①

隔離體法——分別斷開脈沖分配器與驅(qū)動器的電源輸入線。用萬用表測試它們的電源輸入端對地電阻，都正常。但驅(qū)動器輸出端電阻過小。②

故障點測試：萬用表測得驅(qū)動放大器上有一個功放管壞。③信號追蹤法來究其成因。追查放大器的信號輸入——上一級脈沖分配器的信號輸出是否正常。

第131頁，共292頁。④

信號強制輸入法：斷開驅(qū)動放大器情況下，上電，用手動脈沖發(fā)生器(手輪)輸入步進脈沖。用多線示波器查脈沖分配器的三個輸出點是否按相序先后依次輸出。測試結(jié)果：三個輸出點同時輸出信號——正常輸入而輸出不正常，因此，故障定位：脈沖分配器損壞。排除故障

更換保險絲、脈沖分配器與功放管，故障排除。

第132頁，共292頁。過流報警

過電流報警幾率高于短路報警。過流報警，一般在伺服單元面板或伺服板上點亮過流報警燈。全數(shù)字式伺服系統(tǒng)則可在CRT上顯示。報警時，伺服軸不動作(突然中止、停止或不能啟動狀態(tài))。

第133頁，共292頁。過流報警機理及其成因勵磁電流＞極限(整定)電流設(shè)定值

開關(guān)通斷動作1.設(shè)置的整定電流過小、過流脫扣器或過流繼電器誤動作(一啟動就報警)。2.過大電流輸入：①失匹控制：速度環(huán)或電流環(huán)參數(shù)設(shè)置失匹與可調(diào)電位器的設(shè)置不當(dāng)。②電網(wǎng)干擾：外電網(wǎng)不穩(wěn)、操作方法不當(dāng)(頻繁啟停動作時瞬間產(chǎn)生大幅感應(yīng)電流)、低通濾波器或浪涌吸收器失效。③過載(負(fù)載效應(yīng))：連續(xù)重切削、機械負(fù)荷太大、電流環(huán)中限流電位器漂移，或交流電動機定子繞組限流電阻損壞等。④若同時保險絲熔斷——過電流太大，主要查短路成因。因為 過流報警時的過電流極限＜短路電流⑤

印刷線路板不良：驅(qū)動模塊或速控模塊污染、搭絲或損壞。3.軟件報警，還與報警鏈路：PLC、I/O板相應(yīng)接口電路及其接插件連接與連線有關(guān)。第134頁，共292頁。常見的過流保護裝置是過流脫扣器或過電流繼電器。列出的報警機理與成因供參考。過流報警的故障診斷步驟，可參考圖的判別流程圖。由圖可見，了解機床所處的不同使用階段是必要的。

第135頁，共292頁。圖7.3.4過流報警故障判別流程圖

第136頁，共292頁。過熱報警伺服電機不同，采用的過熱保護電器往往不同，它們的報警機理與成因也有所不同。(需要指出，參數(shù)設(shè)置失匹產(chǎn)生自激振動，也可能出現(xiàn)電機過熱而不報警(見例3.7.2)。)過熱報警診斷分析的判別流程，可參考圖。

第137頁，共292頁。過熱報警機理及其成因1.直流伺服常用熱動開關(guān)(熱脫扣)(見圖5.4.1)：熱元件受熱形變彎曲

開關(guān)脫扣動作特殊性：報警后熱元件需充分冷卻，立即啟動會再報警。2.交流伺服常用熱繼電器(見5.6節(jié)中4)：受載勵磁電流＞整定電流值

開關(guān)通斷動作特殊性：整定電流過小，連接導(dǎo)線過細(xì)可導(dǎo)致熱繼電器誤動作。

第138頁，共292頁。3．過熱保護裝置報警的共性成因：①

環(huán)境溫度過高，電箱散熱不良，電箱軸流風(fēng)扇、電機風(fēng)扇損壞或風(fēng)道阻塞。②

開關(guān)觸點阻抗太大、短路或接觸不良、機構(gòu)卡住等導(dǎo)致的誤動作。③

速度環(huán)增益過高可導(dǎo)致高頻自激振動而電機發(fā)熱。④

操作頻率過高、啟動時間過長或受強烈的沖擊振動可導(dǎo)致電機發(fā)熱。⑤

線圈絕緣不良/短路、永磁鐵失磁或脫落、電刷磨損等可導(dǎo)致電機發(fā)熱。

⑥失控或過載成因會導(dǎo)致電機過熱。

第139頁，共292頁。圖7.3.5過熱報警故障判別流程圖(1)第140頁，共292頁。圖7.3.5過熱報警故障判別流程圖(2)第141頁，共292頁。例FANUC-OTE-A2數(shù)控機床，加工中突然停機故障。CRT上#702報警(伺服電機過熱報警)。修前調(diào)查得知故障特征：加工中，交流永磁體伺服電機過熱。按照圖7.3.5(a)中電機過熱部分：檢查保險絲未熔斷、無過載報警。電機內(nèi)熱動開關(guān)已動作。又按圖7.3.5(b)思路，檢查并排除了風(fēng)扇與通風(fēng)不良成因的可能性。再按圖7.3.5(c)思路，手動電機軸：可以轉(zhuǎn)動(制動已釋放)，無聲響與振動。停止時也無自激振動(系統(tǒng)上電而未啟動進給軸時)。(注：這里為了將實際電機過熱放在一起分析，可以認(rèn)為是前續(xù)加工停止后再啟動時的情況。)第142頁，共292頁。確定步驟

檢查電機繞組絕緣性能→檢查是否永磁體去磁。

檢查電機繞組絕緣性能：用萬用表或兆歐表測量電機繞組與電機外殼之間的絕緣電阻。

?結(jié)果：絕緣電阻＜1M?！^緣不良。清潔電機換向器：用不含水的壓縮空氣吹電機換向器，吹凈碳刷粉末等雜物。再測絕緣電阻正常。但是啟動進給后報警依舊。

檢查永磁體去磁：按圖所示測量回路。并在快速進給條件下測電機轉(zhuǎn)速N。如果滿足去磁條件，則表明電機永磁體已去磁。測量結(jié)果表明已去磁。

第143頁，共292頁。排除故障更換電機，故障排除。(將故障電機送修，永磁體重新充磁。)(若再無效，則需要檢查繞組內(nèi)部短路：是否滿足正?？蛰d時，電機電流∝轉(zhuǎn)速。)

第144頁，共292頁。圖7.3.6電機去磁檢測法

第145頁，共292頁。例

TC1000型加工中心運行中斷停機，CRT上顯示的PLCSIMATICS5150S功能異常報警。診斷思路這是PL