數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障分析與維修

伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的核心，保障機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦發(fā)生故障，影響范圍及后果極大。文章介紹了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的組成和分類以及伺服系統(tǒng)故障類型，闡述了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)常見故障的基本維修流程和常用維修方法，最后歸納總結(jié)了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)常見故障處理措施。

數(shù)控機(jī)床的工作核心是伺服系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件與數(shù)控系統(tǒng)的樞紐，伺服系統(tǒng)在機(jī)床動(dòng)態(tài)運(yùn)行中處于頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)等動(dòng)作過程，故障率是最高的，因此伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，直接影響零件加工的質(zhì)量和效率。如何解決數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)難題是數(shù)控機(jī)床維修領(lǐng)域面臨的重大問題。

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障分析與維修

1、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)單元、執(zhí)行件、機(jī)械傳動(dòng)部件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成

[1]數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的類型，按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無(wú)位置測(cè)量裝置，可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；按使用直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)分類，可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)；按進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)分類，可分為進(jìn)給伺服和主軸伺服系統(tǒng)；按反饋比較控制方式分類有脈沖數(shù)字比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)和全數(shù)字伺服系統(tǒng)。

[2]伺服系統(tǒng)將接收到的位移等信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大處理后，由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)床主軸和刀架進(jìn)行工作，從而完成相應(yīng)精度動(dòng)作。

2、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的故障類型

伺服系統(tǒng)的故障一般分為進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障和主軸伺服系統(tǒng)故障[3]。

2.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障

（1）超程：運(yùn)動(dòng)行程超過軟限位或開關(guān)限位設(shè)定范圍時(shí)，會(huì)發(fā)生超程報(bào)警。

（2）電機(jī)不轉(zhuǎn)：使能控制信號(hào)丟失、無(wú)速度控制信號(hào)外，均可導(dǎo)致伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)。

（3）竄動(dòng)：信號(hào)不穩(wěn)、接線端子接觸不良、速度控制信號(hào)不穩(wěn)或受干擾，均可引起竄動(dòng)現(xiàn)象。

（4）過載：頻繁正反轉(zhuǎn)、潤(rùn)滑不良、負(fù)載過大時(shí)，均會(huì)引起過載報(bào)警。

（5）機(jī)床振動(dòng)：機(jī)床高速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致振動(dòng)，振動(dòng)問題源于速度問題，可查詢速度環(huán)。

（6）爬行：外加負(fù)載過大、伺服系統(tǒng)增益低、傳動(dòng)鏈潤(rùn)滑不良、聯(lián)軸器聯(lián)接松動(dòng)、聯(lián)軸器本身的缺陷，均可造成爬行現(xiàn)象。

2.2主軸伺服系統(tǒng)故障

（1）過載：頻繁正反轉(zhuǎn)、輸入電源缺相、切削用量過大等。

（2）干擾：屏蔽和接地不良、外界電磁干擾、反饋信號(hào)或主軸轉(zhuǎn)速指令信號(hào)受干擾。

（3）運(yùn)動(dòng)不匹配：編碼器脈沖反饋信號(hào)不準(zhǔn)確等。

（4）轉(zhuǎn)速異常：主軸轉(zhuǎn)速超出規(guī)定范圍值。

（5）噪聲異常：主軸在運(yùn)行中有振動(dòng)和異常聲響。

（6）準(zhǔn)停抖動(dòng)：換刀和退刀時(shí)，主軸定位抖動(dòng)。

（7）主軸不轉(zhuǎn)：主軸電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中不轉(zhuǎn)。

3、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)常見故障的基本維修流程

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)在進(jìn)行故障維修時(shí)，與機(jī)床維修的基本思路是一樣的，基本上采取“望、聞、問、切、施"維修流程步驟，“望、聞、問"是為了了解故障現(xiàn)象，“切"是為了分析故障原因，查找故障部件，“施"是為了解決實(shí)際故障問題。

具體實(shí)施流程如下：

（1）望：故障出現(xiàn)時(shí)，人們首先習(xí)慣性采用肉眼進(jìn)行初步查看，判定看到的機(jī)床運(yùn)行情況和報(bào)警信息。

（2）聞：電氣元件在承載超負(fù)荷時(shí)，可能會(huì)發(fā)生元件的燒毀，用嗅覺感知故障問題所在，也是故障診斷的方式之一。

（3）問：維修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)看到的或嗅到的不能判明故障所在時(shí)，維修技術(shù)人員有必要詢問現(xiàn)場(chǎng)操作人員的基本機(jī)床問題，包括聽到的機(jī)床異常響聲或異常運(yùn)行狀況等。

（4）切：在進(jìn)行前些步驟的初步診斷后，為了進(jìn)一步了解故障問題，維修技術(shù)人員可操作相關(guān)檢測(cè)儀器儀表，深度把脈故障原因，最終明確故障所在。

（5）施：故障問題明確后，準(zhǔn)備維修方案，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)資料，準(zhǔn)備相應(yīng)維修工具，采取相應(yīng)匹配的維修方法對(duì)故障進(jìn)行處理，最后進(jìn)行功能測(cè)試，解決故障問題。

4、伺服系統(tǒng)常見故障的常用維修方法

（1）部件替換法。部件替換法又稱模塊交換法，由于伺服系統(tǒng)環(huán)節(jié)都是模塊化設(shè)計(jì)，模塊之間具有互換性，可采取部件替換法進(jìn)行故障的預(yù)判斷。

（2）線路短接法。系統(tǒng)電路中某一元件燒毀時(shí)可能造成短路，可采用萬(wàn)用表檢測(cè)元件的進(jìn)線端和出線端，查找是否短接，從而找出故障原因。

（3）使能條件法。伺服電機(jī)需要滿足使能條件才能工作，可通過改變使能條件進(jìn)行檢查，判斷和排除故障原因。

（4）參考電壓法。如某軸發(fā)生故障時(shí)，為判定驅(qū)動(dòng)模塊或電機(jī)模塊故障，可脫開速度環(huán)，檢查位置環(huán)。

（5）參數(shù)試驗(yàn)法。如數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)爬行故障時(shí)，可能是由于伺服系統(tǒng)增益過低，需要通過改變參數(shù)來驗(yàn)證問題。

（6）測(cè)量法。當(dāng)系統(tǒng)中各元件經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)無(wú)物理結(jié)構(gòu)問題，可選擇檢查其電壓和電流值，判定是否因電壓與電流不足，造成的故障問題。

5、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的常見故障處理

5.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障處理

（1）TMP指示燈紅：檢查驅(qū)動(dòng)器是否過熱，電動(dòng)機(jī)是否過載。

（2）DIS指示燈黃：檢查驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)（+ENA/-ENA）是否連接正確。

（3）LED指示燈綠，電機(jī)不動(dòng)：檢查+INHIBIT和-INHIBIT端口是否接錯(cuò)，命令信號(hào)地和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地是否相連。

（4）電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，LED燈閃爍：檢查電機(jī)相位設(shè)定開關(guān)是否正確，傳感器電壓值是否在范圍值內(nèi)。

（5）驅(qū)動(dòng)器LED燈不亮：檢查供電電壓是否小于最小電壓值。

（6）LED燈保持紅色：檢查驅(qū)動(dòng)器輸入電壓是否過壓、欠壓，電動(dòng)機(jī)相間是否短路，電動(dòng)機(jī)是否過載發(fā)熱。

（7）傳動(dòng)系統(tǒng)定位精度不穩(wěn)：檢查絲杠螺母是否安裝正確。

（8）傳動(dòng)系統(tǒng)定位誤差較大：檢查絲杠螺距是否誤差過大，電機(jī)與絲杠之間的連接是否松動(dòng)。

（9）電機(jī)失速：檢查速度反饋極性是否接反，編碼器電源是否失電。

（10）參考點(diǎn)定位誤差過大：檢查接近開關(guān)是否安裝正確，接近開關(guān)與檢測(cè)體之間的間隙是否足夠，接近開關(guān)是否出現(xiàn)故障。

（11）螺紋加工不能重復(fù)：檢查主軸與主軸編碼器間的機(jī)械連接是否正常。

（12）電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)誤：檢查電機(jī)、電纜是否有破損，動(dòng)力電纜和編碼器電纜的配線是否正確，電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出是否錯(cuò)誤，增益設(shè)置是否正確，電機(jī)負(fù)載是否在允許范圍內(nèi)。

（13）返回參考點(diǎn)動(dòng)作不正確：檢查邏輯接近開關(guān)是否要更換，觸點(diǎn)開關(guān)是否復(fù)位。

（14）電機(jī)在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向跑得快：檢查無(wú)刷電機(jī)相位是否搞錯(cuò)，測(cè)試/偏差開關(guān)是否打在測(cè)試位置，偏差電位器位置是否正確。

（15）伺服電機(jī)在有脈沖輸出時(shí)不運(yùn)轉(zhuǎn)：檢查控制模式是否處于位置控制模式，編碼器電纜線是否配置錯(cuò)誤，帶制動(dòng)器的伺服電機(jī)其制動(dòng)器是否已經(jīng)打開，Run指令是否正常，監(jiān)視控制器面板確認(rèn)脈沖指令是否輸入，監(jiān)視控制器脈沖是否正常輸出，輸入脈沖與指令脈沖的設(shè)置是否一致，偏差計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)是否輸入。

5.2主軸伺服系統(tǒng)故障處理

（1）主軸不動(dòng)且無(wú)任何報(bào)警：檢查機(jī)械負(fù)載是否過大，主軸與電動(dòng)機(jī)的連接是否過松，刀具或工件是否裝夾好，動(dòng)力線是否連接正常，使能信號(hào)是否正常，驅(qū)動(dòng)器或電動(dòng)機(jī)是否損壞。

（2）主軸速度指令無(wú)效：檢查動(dòng)力連線是否正常，CNC電路板是否損壞；檢查反饋信號(hào)是否正常，反饋線連接是否正常，主軸驅(qū)動(dòng)器參數(shù)是否設(shè)定不當(dāng)。

（3）速度偏差過大：檢查反饋連線是否正常，反饋裝置是否損壞，動(dòng)力線連線是否正常，動(dòng)力電壓是否正常，機(jī)床切削負(fù)載是否過大，制動(dòng)電路是否正常，電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器是否損壞。

（4）主軸振動(dòng)或噪聲過大：檢查電源系統(tǒng)是否斷相或電壓不正常，負(fù)載是否過大或潤(rùn)滑不良，傳動(dòng)帶是否過緊，軸承、齒輪是否損壞，機(jī)床間隙是否正常，預(yù)緊螺釘是否松動(dòng)。

（5）主軸在加/減速時(shí)工作不正常：檢查相關(guān)參數(shù)設(shè)置是否正常，反饋裝置是否正常，電動(dòng)機(jī)與負(fù)載間的慣量是否匹配。

（6）主軸轉(zhuǎn)速出現(xiàn)隨機(jī)波動(dòng)：檢查屏蔽和接地是否正常，主軸轉(zhuǎn)速指令信號(hào)、反饋信號(hào)是否受到干擾。

（7）主軸不能進(jìn)行變速：檢查CNC參數(shù)設(shè)置是否不當(dāng)，加工程序編程是否錯(cuò)誤，D-A轉(zhuǎn)換電路、速度模擬輸入電路是否出故障。

（8）螺紋亂牙：檢查編碼器是否正常，聯(lián)軸器是否松動(dòng)或斷裂，主軸轉(zhuǎn)速是否不穩(wěn)，加工程序是否有問題。

（9）主軸定位點(diǎn)不穩(wěn)定：檢查限位開關(guān)是否損壞，反饋線連接是否不良，編碼器是否正常。

（10）主軸出力不足：檢查傳動(dòng)帶間隙，主軸電動(dòng)機(jī)是否有故障。

（11）主軸不能正常工作：檢查松緊刀檢測(cè)是否到位，主軸齒輪檔位是否到達(dá)，切削是否過載，驅(qū)動(dòng)器是否過熱，主軸電動(dòng)機(jī)模塊是否出錯(cuò)、主機(jī)機(jī)械部分是否損壞。

6、結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床是國(guó)家制造業(yè)發(fā)展保障，解決好機(jī)床維修問題可極大助推國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，本文簡(jiǎn)單介紹了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障類型、故障維修方法，著重講述了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的常見故障維修措施，為數(shù)控機(jī)床故障維修提供一些借鑒。