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理工论文：数控机床伺服进给系统常见故障及典型案例分析[1]
【论文参考网 - 理学论文】摘 要：数控机床和数控系统在工作时常出现由于伺服进给系统原因造成的机床故障，此类故障出现的常见形式有超程、过载、工件尺寸无规律偏差等。针对这些典型故障现象，采用一定的机床维修技术，减少此类故障的发生率。?? 　　关键词：伺服进给系统；精度；伺服电动机?? 　　 　　1 伺服进给系统常见故障形式?? 　　 　　1.1 超程?? 　　当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬限位时，就会发生超程报警，一般会在CRT上显示报警内容，根据数控系统说明书，即可排除故障，解除超程。?? 　　1.2 爬行?? 　　一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动或伺服的转动不同步，从而使进给忽快忽慢，产生爬行现象。论文论文参考网?? 　　1.3 窜动?? 　　在进给时出现窜动现象，其可能原因有：1、接线端子接触不良，如紧固的螺钉松动；2、位置控制信号受到干扰；3、测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。如果窜动发生在正、反向运动的瞬间，则一般是由于进给传动链的反向间隙或者伺服系统增益过大引起。?? 　　1.4 过载?? 　　当进给运动的负载过大、参数设定错误、频繁正、反向运动以及进给传动链润滑状态不良时，均会引起过载的故障。此故障一般机床可以自行诊断出来，并在 CRT显示屏上显示过载、过热或过电流报警。同时，在进给伺服模块上用指示灯或者数码管显示驱动单元过载、过电流等报警信息。?? 　　1.5 伺服电动机不转?? 　　当速度、位置控制信号未输出、或者使能信号（即伺服允许信号，一般为DC+24V继电器线圈电压）未接通以及进给驱动单元故障都会造成此故障。此时应测量数控装置的指令输出端子的信号是否正常，通过CRT观察I/O状态，分析机床 PLC梯形图（或流程图），以确定进给轴的启动条件，观察如润滑、冷却等是否满足。如是进给驱动单元故障则用交换法，可判断出相应单元是否有故障。?? 　　 　　2 伺服进给系统常见故障典型案例分析?? 　　 　　（1）一台配套FANUC 7M系统的加工中心，进给加工过程中，发现Y轴有振动现象。?? 　　为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动方式，用手摇脉冲发生器控制Y轴进给，发现Y轴仍有振动现象。在此方式下，通过较长时间的移动后，Y轴速度单元上OVC报警灯亮。证明Y轴伺服驱动器发生了过电流报警，根据以上现象，分析可能的原因如下：?? 　　①电动机负载过重；②机械传动系统不良；③位置环增益过高；④伺服电动机不良，等等。?? 　　维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服电动机上。卸下Y轴电动机，经检查发现2个电刷中有1个的弹簧己经烧断，造成了电枢电流不平衡，使电动机输出转矩不平衡。另外，发现电动机的轴承亦有损坏，故而引起-轴的振动与过电流。更换电动机轴承与电刷后，机床恢复正常。?? 　　（2）一台配套FANUC 6ME系统的加工中心。轴在运动时速度不稳.由运动到停止的过程中，在停止位置出现较大幅度的振荡，有时不能完成定位，必须关机后，才能重新工作。?? 　　分析与处理过程：仔细观察机床的振动情况，发现，X轴振荡频率较低，且无异常声。从振荡现象上看，故障现象与闭环系统参数设定有关，如：系统增益设定过高、积分时间常数设定过大等。?? 　　检查系统的参数设定、伺服驱动器的增益、积分时间电位器调节等均在合适的范围，且与故障前的调整完全一致，因此可以初步判断，轴的振荡与参数的设定与调节无关。为了进一步验证，维修时在记录了原调整值的前提下，将以上参数进行了重新调节与试验，发现故障依然存在，证明了判断的正确性。?? 　　在以上基础上，将参数与调整值重新回到原设定后，对伺服电动机与测量系统进行了检查。首先清理了测速发电机和伺服电动机的换向器表面，并用数字表检查测速发电机绕组情况。检查发现，该伺服电动机的测速发电机转子与电动机轴之间的连接存在松动，粘接部分已经脱开；经重新连接后，开机试验，故障现象消失，机床恢复正常工作。?? 　　（3）一台数控铣床，采用FUNAC 6M系列三轴一体型伺服驱动器，开机后，X轴工作正常，但是手动移动Z轴，发现在较小范围内，Z轴可以运动，但继续移动Z轴，系统出现伺服报警。?? 论文论文参考网　　分析和处理过程：根据故障现象，检查机床实际工作情况，发现开机后Z轴可以少量运动，不久温度迅速上升，表面发烫。?? 　　分析引起以上故障的原因，可能是机床进给驱动系统和主轴驱动系统故障的原因及处理方法详解
1、进给驱动系统故障的处理
根据统计，这部分的故障率约占数控机床全部故障率的l/3左右。故障现象大致分三类：
软件报警现象：包括有伺服进给系统出错报警（大多是速度控制单元故障引起或是主控印刷线路板内与位置控制或伺服信号有关部分发生故障）、检测元件（如测速发电机、旋转变压器或脉冲编码器等）故障、检测信号引起故障、过热报警（包括伺服单元过热、变压器过热及伺服电机过热）等情况。
硬件报警现象：包括高压报警（电网电压不稳定）、大电流报警（晶闸管损坏）、电压过低报警（大多为输入电压低于额定值的85%或电源线联结不良）、过载报警（机械负载过大）、速度反馈断线报警、保护开关动作有误等。这些故障在处理中应按具体情况分别对待。
无报警显示的故障现象：包括机床失控、机床振动、机床过冲（参数设置不当）、噪声过大（电机方面有故障）、快进时不稳定等现象。这些故障要从检查速度控制单元，参数设置、传动副间隙、异物浸人、电机轴向窜动、电刷接触不良等方面去查找故障源。
2、主轴驱动系统故障的处理
直流主轴控制系统的故障：包括主轴停止旋转（触发线路故障）、主轴速度不正常（测速发电机故障或数/模转换器有故障）、主电机振动或噪声过大故障（相序不对或电源频率设定有错误）、过电流报警、速度偏差过大（负荷过大或主轴被制动）等。
交流主轴控制系统的故障：包括电机过热故障（负载超标、冷却系统过脏、冷却风扇损坏、电机与控制单元间接线不良等）、交流输入电路及再生回路熔丝烧断 （这类故障原因较多：如阻抗过高、浪涌吸收器损坏、电源整流桥损坏、逆变器用的晶体管模块损坏、控制单元印刷电路板损坏，电机加、减速频率过高等）、主电机振动、噪声过大、电机速度超标或达不到正常转速等故障。
对待这些故障也必须先从检测开始、查找与分析故障原因找出故障源，针对这些故障采取措施排除故障。如电机振动就必须先确认是在何种情况下产生这种现象，如果在减速中产生，则故障肯定发生在再生回路，此时就要检查该回路的熔丝是否已熔断，或该回路的晶体管是否有损坏。若在恒速下产生，则应先查看反馈电压是否正常，之后切断指令，查看电机停转过程中是否有异常噪声。如有，肯定故障发生在机械部分，不然就在印刷线路板上。若反馈电压不正常，则应先查看振动周期是否与速度有关，若有关，则应检查主轴与主轴电机的连接方面是否有故障，主轴以及装在交流主轴电机尾部的脉冲发生器是否损坏，若不是，则可能故障产生在印刷线路板上，需要查看线路板或重新调整。也可能产生在机械方面，属于机械故障。
原文标题：数控机床伺服驱动系统常见故障及对策
文章出处：【微信号：WW_CGQJS，微信公众号：传感器技术】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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数控机床进给伺服系统的常见故障及诊断
数控机床进给伺服系统的常见故障及诊断
(湖南工业职业技术学院，长沙410007)
摘 要:本文分析了数控机床进给伺服系统常见的故障形式 探讨了各类故障的诊断方法，并针对各类
故障列举了诊断实例
关健词:数控机床 进给伺服系统 故障 诊断
丁}(-,(l丁 ‘
时，在强电柜中的进给驱动单元上，用指不灯或数码管提
数控机床进给伺服系统由各坐标轴的进给驱动装
示驱动单元过载、过电流等信息
置、位置检测装置及机床进给传动链等组成。其任务是，
故障实例:一台日本三井精机生产的数控铣床，配置
实现各坐标轴的位置控制。在数控机床的使用过程中， FANUC公司的6M系统
进给伺服系统比较容易发生故障，因此，做好进给伺服系
故障现象:运行时出现过载报警
统的故障诊断和处理工作，是数控机床维护和维修工作
故障诊断:引起过载的原因无非是:①机床负荷异常，
引起电机过载;②速度控制单元上的印刷线路板设定错
当进给伺服系统发生故障时，通常有3种表现形式: 误;③速度控制单元的印刷线路板不良;④电机故障;⑤电
一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报普信息;二
机的检测部件故障等 ‘经过检查和分析，最后确认是电机
是在进给伺服单元!用报警灯或数码管显T驱动单元的
不良引起的
故障;三是进给运动不正常，但无任何报警信息。下面将
故障处理:修复电机
结合故障诊断实例对进给伺服系统常见的故障形式和诊
断方法进行探讨
爬行发生在启动加速段或低速进给时，一般是由进给
传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过
当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关
大等因素所致。尤其要注意的是 伺服电动机和滚珠丝杠
设定的硬限位时，就会发生超程报警。 一般会在CRT上
连接用的联轴器.由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如
显示报警内容，根据数控系统说明书，即可排除故障，解除
裂纹等，造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步，
从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象。
故障实例:一台日立精机生产的加工中心机床，配置
故障实例:某卧式加工中心配置FANUC6M系统
有F一6M系统。
故障现象:Y轴运动时产生爬行。
故障现象:X轴方向发牛软件超程
故障诊断和故障处理:按图1所示的流程图进行。
故障诊断:通过对系统进行检查，没有发现什么问题。 4 振动
经详细询问操作者，得知该故障是在突然停电之后引起
当数控机床发生振动故障时，要分析机床振动周期是
的。因此，可以认为，这是一起由外界十扰引起的偶发性
否与进给速度有关①如与进给速度有关，振动一般与该
轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关;②若与进给速
故障处理:按 “RESET(复位)”按钮，让机床完成返回
度无关，振动一般与位置环增益太高或位置反馈故障有
参考点动作，机床即可恢复正常运行。
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进给伺服系统的常见故障诊断维修--凌坤电气
摘要：根据经验，进给伺服系统的故障约占整个数控系统故障的1/3。故障报警现象有三种：一是利用软件诊断程序在CRT 上显示报警信息，二是利用伺服系统上的硬件(如发光二极管、熔丝熔断等)显示报警，三是没有任何报警指示。
根据经验，进给伺服系统的故障约占整个数控系统故障的1/3。故障报警现象有三种：一是利用软件诊断程序在CRT 上显示报警信息，二是利用伺服系统上的硬件(如发光二极管、熔丝熔断等)显示报警，三是没有任何报警指示。& & 1、软件报警形式& & 现代数控系统都具有对进给驱动进行监视、报警的能力。在CRT 上显示进给驱动的报警信号大致可分为以下三类。& & (1) 伺服进给系统出错报警。这类报警的起因，大多是速度控制单元方面的故障引起的，或是主控制印制电路板内与位置控制或伺服信号有关部分的故障。& & (2) 检测出错报警。它是指检测元件(测速发、旋转变压器或脉冲编码器)或检测信号方面引起的故障。& & (3) 过热报警。这里所说的过热是指伺服单元、变压器及伺服电动机过热。总之，可根据CRT 显示器上显示的报警信号，参阅该维修说明书中“各种报警信息产生的原因”的提示进行分析判断，找出故障，将其排除。& & 2、硬件报警形式& & 硬件报警形式包括速度单元上的报警指示灯和熔丝熔断以及各种保护用的开关跳开等报警。报警指示灯的含义随速度控制单元设计上的差异也有所不同，一般有下述几种。& & (1) 大电流报警。此时多为速度控制单元上的功率驱动元件(晶闸管模块或晶体管模块)损坏。检查方法是在切断电源的情况下，用万用表测量模块集电极和发射极之间的阻值。如阻值小于10Ω，表明该模块已损坏。当然速度控制单元的印制电路板故障或电动机绕组内部短路也可引起大电流报警，但后一种故障较少发生。& & (2)高电压报警。产生这类报警的原因是输入的交流电源电压达到了额定值的110%，甚至更高或电动机绝缘能力下降，或速度控制单元的印制电路板不良。& & (3) 电压过低报警。大多是由于输入电压低于额定值的85%或是伺服变压器二次绕组与速度单元之间的连接不良引起的。& & (4) 速度反馈断线报警。此类报警多是由伺服电动机的速度或位置反馈线接触不良或连接器接触不良引起的。如果此类报警是在更换印制电路板之后出现，则应先检查印制电路板上的设定是否有误，例如误将脉冲编码设定为测速发电机。& & (5) 保护开关动作。此时应首先分清是何种保护开关动作，然后再采取相应措施解决。如伺服单元上热继电器动作时，应先检查热继电器的设定是否有误，然后再检查数控机床工作时的切削条件是否太苛刻或数控机床的摩擦力矩是否太大。如变压器热动开关动作，但此时变压器并不热，则是热动开关失灵；如果变压器很热，用手只能接触几秒，则要检查电动机负载是否过大。这可以在减轻切削负载条件下，再检查热动开关是否动作。如仍发生动作，应在空载低速进给的条件下测量电动机电流，如已接近电流额定值，则需要重新调整数控机床。产生上述故障的另一原因是变压器内部短路。& & (6) 过载报警。造成过载报警的原因有机械负载不正常，速度控制单元上电动机电流的上限值设定得太低。永磁电动机上的永久磁体脱落也会引起过载报警，如果不带制动器的电动机空载时用手转不动或转动轴时很费劲，即说明永久磁体脱落。& & (7) 速度控制单元上的熔丝熔断或断路器跳闸。发生此类故障的原因很多，除机械负荷过大和接线错误外(仅发生在重新接线之后)，主要原因如下：& & ① 速度控制单元的环路增益设定过高。& & ② 位置控制或速度控制部分的电压过高或过低引起振荡(如速度或位置检测元件故障，也可能引起振荡)。& & ③ 电动机故障(如电动机去磁，将会引起过大的励磁电流)。& & ④ 相间短路(当速度控制单元的加速或减速频率太高时，由于流经扼流圈的电流延迟，可能造成相间短路，从而熔断熔丝，此时需适当降低工作频率)。& & 3、无报警显示的故障& & 这类故障多以数控机床处于不正常运动状态的形式出现，但故障的根源却在进给驱动系统。常见故障如下。& & (1) 直流伺服电动机不转。这类故障的可能原因如下：& & ① 电动机永久磁铁脱落，此时用手很难转动电动机转子。& & ② 对于带制动器的电动机，可能由于通电后电磁制动片未能脱开或是制动器用的整流器损坏，使制动器失灵。& & (2) 数控机床失控(飞车现象)。其原因如下：& & ① 位置传感器或速度传感器的信号反相，或者是电枢线反接，使整个系统变成正反馈；& & ② 速度指令不正确。& & ③ 位置传感器或速度传感器没有反馈信号。& & ④ 计算机或板有故障。& & ⑤ 电源板有故障而引起的逻辑混乱。& & (3) 数控机床振动。此时应首先确认振动周期与进给速度是否成比例变化，如果成比& & 例变化，则故障的起因是数控机床、电动机、检测器不良，或是系统插补精度差，检测增益太高；如果不成比例变化，且数值大致固定时，则故障的起因是与位置控制有关的系统参数设定错误，速度控制单元上短路棒设定错误或增益电位器调整不好，以及速度控制单元的印制电路不良。& & (4) 伺服超差。故障影响因素如下。& & ① 计算机与驱动放大模块之间或计算机与位置检测器之间或驱动放大器与伺服电动机之间的连线是否正确、可靠。& & ② 位置检测器的信号及相关的D/A转换电路是否有问题。& & ③ 驱动放大器输出电压是否有问题。& & ④ 电动机轴与数控机床间的传动机构是否有问题。& & ⑤ 位置环增益是否符合要求。& & (5) 数控机床停止时，有关进给轴振动。可检查以下部位。& & ① 高频脉动信号是否符合要求。& & ② 伺服放大器速度环的补偿是否合适。& & ③ 位置检测用编码盘的轴、联轴器、齿轮系是否啮合良好，有无松动现象。& & (6) 数控机床过冲。数控系统的参数(快速移动时间常数)设定的大小或速度控制单元上的速度环增益设定太低都会引起数控机床过冲。另外，如果电动机和进给丝杠间的刚性太差，如间隙太大或传动带的张力调整不好也会造成此故障。& & (7) 数控机床移动时噪声过大。如果噪声源来自电动机，可能的原因是电动机换向器表面的粗糙度高或有损伤，油、液、灰尘等侵入电刷槽或换向器和电动机有轴向窜动。& & (8) 快速移动坐标轴时数控时机床出现振动，有时还伴有大的冲击。这种现象多是由于伺服电动机尾部测速发电机的电刷接触不良引起的。& & (9) 圆柱度超差。两轴联动加工外圆时圆柱度超差，且加工时象限稍一变化精度就不一样，则多是由于进给轴的定位精度太差所致，需要调整机床精度差的轴。如果是在坐标轴的45?方向超差，则多是由于位置增益或检测增益调整不好造成的。
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