數控機床進(jìn)給伺服系統常見(jiàn)故障淺析
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摘要：本文闡述了數控機床進(jìn)給伺服系統的工作原理、常見(jiàn)故障以及維修這些故障的常用方法。
關(guān)鍵詞：數控機床;進(jìn)給伺服系統;原理：常見(jiàn)故障
數控機床的進(jìn)給伺服系統是以機床移動(dòng)部件的位置和速度為控制量，接受來(lái)自插補裝置或插補軟件生成的進(jìn)給脈沖指令，經(jīng)過(guò)一定的信號變換及電壓、功率放大、檢測反饋，最終實(shí)現機床工作臺(即工件)相對于刀具運動(dòng)的控制系統。因而，它是實(shí)現數控機床加工目的的關(guān)鍵環(huán)節，也是數控機床故障的高發(fā)區域。數控機床常見(jiàn)故障有三分之一以上發(fā)生在機床的進(jìn)給伺服系統�，F將我在使用數控機床過(guò)程中經(jīng)常遇到的進(jìn)給伺服系統故障的分析和排除方法寫(xiě)于此，希望本文能為我國數控技術(shù)的推廣應用有所幫助。
數控機床進(jìn)給伺服系統按照其有無(wú)檢測裝置以及檢測裝置的位置可分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)三類(lèi)伺服系統，本文以閉環(huán)伺服系統為例。首先，我們先了解一下數控機床閉環(huán)進(jìn)給伺服系統的構成及工作原理。
一、構成
數控機床的伺服系統一般由驅動(dòng)單元、機械傳動(dòng)部件、執行件和檢測反饋環(huán)節等組成。驅動(dòng)控制單元和驅動(dòng)元件組成伺服驅動(dòng)系統，機械傳動(dòng)部件和執行元件組成機械傳動(dòng)系統，檢測元件和反饋電路組成檢測裝置，亦稱(chēng)檢測系統�？蓞⒖聪聢D：
二、原理
伺服系統是一個(gè)反饋控制系統，它以指令脈沖為輸入給定值與反饋脈沖進(jìn)行比較，利用比較后產(chǎn)生的偏差值對系統進(jìn)行自動(dòng)調節，以消除偏差，使被調量跟蹤給定值。
進(jìn)給伺服系統的任務(wù)是完成各坐標軸的位置和速度控制，在整個(gè)系統中它又分為：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。
在數控機床運行中進(jìn)給伺服系統出現故障有三種表現形式：一是在CRT或操作面板上顯示報警內容或報警信息;二是進(jìn)給伺服驅動(dòng)單元上用報警燈或數碼管顯示驅動(dòng)單元的故障;三是運動(dòng)不正常，但無(wú)任何報警。機床的操作及維修人員可以根據報警信息以及該機床進(jìn)給伺服系統的工作原理查找原因，排除故障。在數控機床運行中進(jìn)給伺服系統常出現故障有：超程，過(guò)載，竄動(dòng)，爬行，振動(dòng)，伺服電機不轉，位置誤差，漂移，回基準點(diǎn)故障等。下面我們逐一敘述這些故障的成因及排除方法。
三、超程
超程是機床廠(chǎng)家為機床設定的保護措施，一般有軟件超程、硬件超程和急停保護三種，不同機床所采用的措施會(huì )有所區別。硬件超程為防止在回零之前手動(dòng)誤操作而設置，急停是最后一道防線(xiàn)，當硬件超程限位保護失敗時(shí)它會(huì )起到保護作用，軟件限位在建立機床坐標系后(機床回零后)生效，軟件限位設置在硬件限位之內。超程的具體恢復方法，不同的系統有所區別，根據機床的說(shuō)明書(shū)即可排除。
四、過(guò)載
當進(jìn)給運動(dòng)的負載過(guò)大、頻繁正反向運動(dòng)以及進(jìn)給傳動(dòng)潤滑狀態(tài)和過(guò)載檢測電路不良時(shí)，都會(huì )引起過(guò)載報警。一般會(huì )在CRT上顯示伺服電機過(guò)載、過(guò)熱或過(guò)流的報警，或電氣柜的進(jìn)給驅動(dòng)單元上，用指示燈或數碼管提示驅動(dòng)單元過(guò)載、過(guò)流信息。
五、竄動(dòng)
在進(jìn)給時(shí)出現竄動(dòng)現象，即在切削過(guò)程中，進(jìn)給謎度應均勻時(shí)，突然出現加速現象。產(chǎn)生的原因可能有：測速信號不穩定，如測速裝置、測速反饋信號千擾等;速度控制信號不穩定或受到干擾：接線(xiàn)端子接觸不良，如螺絲松動(dòng)等。當竄動(dòng)發(fā)生在由正向運動(dòng)向反向運動(dòng)轉換的瞬間時(shí)，一般是由進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或伺服系統增益過(guò)大所致。排除方法是逐一檢查上述可能故障點(diǎn)，找到故障確定原因加以排除即可。
六、爬行
發(fā)生在起動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)，雖然進(jìn)給電機和絲桿是勻速旋轉的，工作臺卻有可能是一快一慢或一跳一停地運動(dòng)，這種現象叫做“爬行”現象。一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統增益過(guò)低以及外加負載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電機和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，如連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身有缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉動(dòng)和伺服電機的轉動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運動(dòng)忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現象。
七、振動(dòng)
當發(fā)現某一進(jìn)給軸振動(dòng)時(shí)，首先要分析機床振動(dòng)周期是否與進(jìn)給速度有關(guān)。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);若與進(jìn)給速度無(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);如振動(dòng)在加減速過(guò)程中產(chǎn)生。往往是系統加減時(shí)間設定過(guò)小所致。根據上述原因，定位和排除故障。
八、伺服電機不轉
數控系統至進(jìn)給單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，使能信號是進(jìn)給動(dòng)作的前提，可參考具體系統的信號連接說(shuō)明書(shū)。檢查使能信號是否接通，通過(guò)PLC梯形圖，分析軸使能的條件：檢查數控系統是否發(fā)出速度控制信號;對帶有電磁制動(dòng)的伺服電動(dòng)機應檢查電磁制動(dòng)是否釋放;檢查進(jìn)給單元故障;檢查伺服電機故障。
目前，閉環(huán)或半閉環(huán)數控機床常用的伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機兩種。直流伺服電機伺服系統要定期對電刷、換向器、測速電機(速度檢測裝置)電刷進(jìn)行檢查。檢查要在數控機床斷電，電機完全冷卻的狀態(tài)下進(jìn)行，步驟如下：
1、取下橡膠刷帽，用螺絲刀擰下刷蓋并取出電刷。
2、測量電刷的長(cháng)度，如FANUC直流電機的電刷由10mm磨損到5mm時(shí)，必須更換同型號的電刷。
3、檢查電刷的弧形接觸面是否有深溝或裂痕，電刷彈簧上有無(wú)打火痕跡，如果有，進(jìn)一步檢查電機換向器表面，并分析造成這種情況的原因，比如是電機工作條件惡劣，還是電機本身封閉不良。
4、用潔凈的壓縮空氣導入電刷的刷孔，吹凈粘在孔壁上的電刷粉末，如果難以吹凈，可以用螺絲刀刀尖輕輕清理，注意不要碰到換向器的表面。
5、重新裝上電刷，擰緊刷蓋。如果更換了新電刷，應使電機空運行一段時(shí)間，以使電刷表面和換向器表面相吻合。
6、檢查測速電機時(shí)應卸下電機后蓋，露出測速電機。
7、檢查測速電機電刷長(cháng)度、連接是否牢固，檢查銅頭的表面積碳是否嚴重，如果嚴重，可使電機在低速時(shí)，用金相砂紙清理銅頭積碳，之后用螺絲刀刀尖或其他類(lèi)似工具將銅頭槽內的積碳清理掉。
交流伺服電機不存在電刷的維護問(wèn)題，所以稱(chēng)之為免維護電機。但這并不是說(shuō)交流伺服電機絕對不出故障。交流伺服電機常見(jiàn)故障有接線(xiàn)故障，轉子位置檢測元件故障，電磁制動(dòng)故障等。交流電機故障判斷方法有：
1、電阻測量：用萬(wàn)用表測量電樞的電阻�？慈嘀g電阻是否一致，用兆歐表檢測絕緣狀況。
2、電機檢查：先將機械裝置(比如絲桿)與電機脫開(kāi)，用手轉動(dòng)電機轉子，正常時(shí)感覺(jué)有一定得均勻阻力，如果旋轉過(guò)程中，出現不均勻的阻力，應更換電機進(jìn)行確認。
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