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1、数控机床论文：数控机床伺服系统常见故障的诊断与处理【摘 要】:结合实际工作中数控机床的故障现象，分析了伺服系统几类故障的原因及应对措施，并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法，对数控工程技术人员有一定的参考指导意义。【关键词】:数控机床;伺服系统;故障现象;分析与处理Fault Diagnosis and Treatment of CNC Machine Tool Servo System Abstract:In combination with numerical control machine tool fault phenomenon，this paper analyzes sever
2、al types of servo systemfailure and relative measures and sums up the dealing method of the general failure in the system，which provides a reference for NCtechnicianKey words:CNC machine tools;servo system;fault phenomenon;analysis and processing数控机床产生的故障繁多，故障的诊断维修需要工程技术人员了解、掌握多门学科的相关知识。现就数控机床伺服进给系统
3、常见故障的诊断分析与处理方法作一阐述。1超程当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时，就会发生超程报警，一般会在CRT上显示报警内容。具体故障现象有两种情况:一是系统出错，提示某轴硬件超程，原因可能是零件过大，不适合在此机床上加工或者伺服的超程回路短路，这两种原因的排除措施分别为重新考虑加工此零件的条件和检验超程回路，避免超程信号的误输入;二是系统报警，提示某轴软超程，原因可能是程序错误或刀具位置有误，排除措施是重新编制程序或重新对刀。2过载当进给运动的负载过大，频繁正、反向运动以及传动链润滑状态不良时，均会引起过载报警1。一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警
4、信息。同时，在强电柜中的进给驱动单元上、指示灯或数码管会提示驱动单元过载、过电流等信息。具体故障原因见表1。 3窜动在进给时出现窜动现象的原因如下:1)测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等;2)速度控制信号不稳定或受到干扰;3)接线端子接触不良，如螺钉松动等。当窜动发生在由正方向运动与反向运动的换向瞬间时，一般是由于进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致，紧固螺钉或调整间隙和增益能解决此故障。4爬行在启动加速段或低速进给时发生爬行现象，产生原因可能有进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低、外加负载过大或联轴器的机械传动有故障，应通过听工作时的声音、检查伺服的增益参数、校核
5、工作负载和目测联轴器的外形检查，根据具体情况做好机床润滑、依参数说明书正确设置相应参数、改善切削条件或更换联轴器接触故障。5机床出现振动机床在高速运行时，可能产生振动，设备出现过流报警。机床振动问题一般属于速度问题，而机床速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的，即凡是与速度有关的问题，应该先检查速度调节器，从给定信号、反馈信号及速度调节器本身这三方面去查找故障。例:一台配套某系统的加工中心，进给加工过程中，发现x轴有振动现象。分析与处理:加工过程中坐标轴出现振动、爬行现象与多种原因有关，故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系统的调整与设定不当等1。为了判定故障原因，将机床操作方式置
6、于手动，用手摇脉冲发生器控制x轴进给，发现x轴仍有振动现象。在此方式下，通过较长时间的移动，x轴速度单元上OVC报警灯亮。证明x轴伺服驱动器发生了过电流故障，根据以上现象，分析可能的原因如下:1)负载过重;2)机械传动系统不良;3)位置环增益过高;4)伺服不良等。维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服上。卸下x轴，经检查发现6个电刷中有两个的弹簧已经烧断，造成了电枢电流不平衡，使输出转矩不平衡。另外，发现的轴承亦有损坏，故而引起x轴的振动与过电流。更换轴承与电刷后，机床恢复正常。6伺服电动机不转数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC 24 V继电器线圈电压1
7、。伺服电动机不转，常用诊断方法有:1)检查数控系统是否有速度控制信号输出。2)检查使能信号是否接通。通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC梯形图(或流程图)，以确定进给轴的起动条件，如润滑、冷却等是否满足。3)对带电磁制动的伺服电动机，应检查电磁制动是否释放。4)进给驱动单元故障。5)伺服电动机故障。例:一台配套某系统的进口立式加工中心，在加工过程中发现某轴不能正常移动。分析与处理:通过机床电气原理图分析，该机床采用的是HSV16型交流伺服驱动。现场分析、观察机床动作，发现运行程序后，测量其输出的速度信号和位置控制信号均正常。在观察PLC状态，发现伺服允许信号没有输入。对照“刀库给定值转换/
8、定位控制”板原理图逐级测量，最终发现该板上的模拟开关(型号DG201)已损坏，更换同型号备件后，机床恢复正常工作。7位置误差当伺服轴运动超过位置允许误差时，数控系统就会产生位置误差过大的报警，包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要原因及排除方法见表2。 8漂移当指令值为零时，坐标轴仍移动，从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。9回参考点故障回参考点故障一般分为找不到参考点和找不准参考点两类。前一类故障一般是回参考点减速开关产生的信号或零位脉冲信号失效，可以通过检查脉冲编码器零标志位或光栅尺零标志位是否有故障;后一类故障时参考点开关挡块位置设置不当引起的，需要重新调整挡块
9、位置2。10开机后电动机产生尖叫开机后电动机产生尖叫(高频振荡)，往往是CNC中与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的。排除措施是，重新按参数说明书设置好相关参数。例:某进口立式加工中心，更换了SIEMENS611A双轴模块后，开机x，y出现尖叫声，系统与驱动器均无故障。分析与处理:SIEMENS611A驱动器开机时出现尖叫声的情况，在机床首次调试时经常遇到，主要原因是驱动器与实际进给系统的匹配未达到最佳值而引起的。对于这类故障，通常只要通过驱动器的速度环增益与积分时间的调整即可进行消除，具体方法为:1)根据驱动模块及规格，对驱动器的调节器板的S2进行正确的电流调节器设定;2)将速度调节器的
10、积分时间Tn调节电位器(在驱动器正面)，逆时针调制极限(Tn39 ms);3)将速度调节器的比例Kp调节电位器(在驱动器正面)，调整至中间位置(Kp710);4)在以上调整后，既可以消除伺服的尖叫声，但此时动态性较差，还须进行下一步调整;5)顺时针慢慢旋转积分时间Tn调节电位器，减小积分时间，直到电动机出现振荡声;6)逆时针稍稍旋转积分时间Tn调节电位器，使振荡声恰好消除;7)保留以上位置，并作好记录。机床经以上调整后，尖叫声即消除，机床恢复正常工作。11加工工件尺寸无规律变化加工工件尺寸出现无规律变化的可能原因与排除方法见表3。例:配套某系统的数控车床，在工作过程中，发现加工工件的x向尺寸出
11、现无规律的变化。分析与处理:数控机床的加工尺寸不稳定通常与机械传动系统的安装、连接与精度，以及伺服进给系统的设定与调整有关3。在本机床上利用百分表仔细测量x轴的定位精度，发现丝杠每移动一个螺距，x向的实际尺寸总是要增加几十微米，而且此误差不断积累。根据以上现象分析，故障原因似乎与系统的齿轮比、参数计数器容量、编码器脉冲等参数的设定有关，但经检查，以上参数的设定均正确无误，排除了参数设定不当引起故障的原因。为了进一步判定故障部位，维修时拆下x轴伺服，并在轴端通过划线做上标记，利用手动增量进给方式移动x轴，检查发现x轴每次增量移动一个螺距时，轴转动均大于360。同时，在以上检测过程中发现伺服每次转
12、动到某一固定的角度上时，均出现“突跳”现象，且在无“突跳”区域，运动距离与轴转过的角度基本相符(无法精确测量，依靠观察确定)。根据以上实验可以判定可以判定故障是由于x轴的位置监测系统不良引起的，考虑到“突跳”仅在某一固定的角度产生，且在无“突跳”区域，运动距离与轴转过的角度基本相符。因此，可以进一步确认故障与测量系统的电缆连接、系统的接口电路有关，原因是编码器本身的不良。通过更换编码器后，机床恢复正常。12伺服电动机开机后即自动旋转造成此故障的可能原因及排除方法见表4。例:一台配套SIEMENS交流伺服驱动系统的卧式加工中心，在开机调试时，出现手动按下刀库回转按钮后，刀库即高速旋转，导致机床报警。分析与处理:根据故障现象，可以初步确定故障是由于刀库交流驱动器反馈信号不正确或反馈线脱落引起的速度环正反馈或开环。测量确认该伺服反馈线已连接，但极性不正确;交换测速反馈极性后，刀库动作恢复正常。13总结通过分析研究，利用上述方法可以有效地解决数控机床伺服系统出现的故障，大大地提高了数控机床的使用效率。参考文献:1姚敏强数控机床故障诊断维修技术M北京:电子工业出版社，20072徐衡数控机床故障维修M北京:机械工业出版社，20053龚仲华数控机床故障诊断与维修500例M北京:机械工业出版社，2006
