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數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)常見故障淺析
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摘要：本文闡述了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作原理、常見故障以及維修這些故障的常用方法。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;進(jìn)給伺服系統(tǒng);原理：常見故障
數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度為控制量，接受來(lái)自插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件生成的進(jìn)給脈沖指令，經(jīng)過(guò)一定的信號(hào)變換及電壓、功率放大、檢測(cè)反饋，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺(tái)(即工件)相對(duì)于刀具運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)。因而，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工目的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是數(shù)控機(jī)床故障的高發(fā)區(qū)域。數(shù)控機(jī)床常見故障有三分之一以上發(fā)生在機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)�，F(xiàn)將我在使用數(shù)控機(jī)床過(guò)程中經(jīng)常遇到的進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障的分析和排除方法寫于此，希望本文能為我國(guó)數(shù)控技術(shù)的推廣應(yīng)用有所幫助。
數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)按照其有無(wú)檢測(cè)裝置以及檢測(cè)裝置的位置可分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)三類伺服系統(tǒng)，本文以閉環(huán)伺服系統(tǒng)為例。首先，我們先了解一下數(shù)控機(jī)床閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。
一、構(gòu)成
數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，檢測(cè)元件和反饋電路組成檢測(cè)裝置，亦稱檢測(cè)系統(tǒng)�？蓞⒖聪聢D：
二、原理
伺服系統(tǒng)是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以消除偏差，使被調(diào)量跟蹤給定值。
進(jìn)給伺服系統(tǒng)的任務(wù)是完成各坐標(biāo)軸的位置和速度控制，在整個(gè)系統(tǒng)中它又分為：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。
在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中進(jìn)給伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障有三種表現(xiàn)形式：一是在CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容或報(bào)警信息;二是進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)單元上用報(bào)警燈或數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)單元的故障;三是運(yùn)動(dòng)不正常，但無(wú)任何報(bào)警。機(jī)床的操作及維修人員可以根據(jù)報(bào)警信息以及該機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作原理查找原因，排除故障。在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中進(jìn)給伺服系統(tǒng)常出現(xiàn)故障有：超程，過(guò)載，竄動(dòng)，爬行，振動(dòng)，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)，位置誤差，漂移，回基準(zhǔn)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(jī)床廠家為機(jī)床設(shè)定的保護(hù)措施，一般有軟件超程、硬件超程和急停保護(hù)三種，不同機(jī)床所采用的措施會(huì)有所區(qū)別。硬件超程為防止在回零之前手動(dòng)誤操作而設(shè)置，急停是最后一道防線，當(dāng)硬件超程限位保護(hù)失敗時(shí)它會(huì)起到保護(hù)作用，軟件限位在建立機(jī)床坐標(biāo)系后(機(jī)床回零后)生效，軟件限位設(shè)置在硬件限位之內(nèi)。超程的具體恢復(fù)方法，不同的系統(tǒng)有所區(qū)別，根據(jù)機(jī)床的說(shuō)明書即可排除。
四、過(guò)載
當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過(guò)大、頻繁正反向運(yùn)動(dòng)以及進(jìn)給傳動(dòng)潤(rùn)滑狀態(tài)和過(guò)載檢測(cè)電路不良時(shí)，都會(huì)引起過(guò)載報(bào)警。一般會(huì)在CRT上顯示伺服電機(jī)過(guò)載、過(guò)熱或過(guò)流的報(bào)警，或電氣柜的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元上，用指示燈或數(shù)碼管提示驅(qū)動(dòng)單元過(guò)載、過(guò)流信息。
五、竄動(dòng)
在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象，即在切削過(guò)程中，進(jìn)給謎度應(yīng)均勻時(shí)，突然出現(xiàn)加速現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因可能有：測(cè)速信號(hào)不穩(wěn)定，如測(cè)速裝置、測(cè)速反饋信號(hào)千擾等;速度控制信號(hào)不穩(wěn)定或受到干擾：接線端子接觸不良，如螺絲松動(dòng)等。當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正向運(yùn)動(dòng)向反向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)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(tǒng)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(jī)和絲桿是勻速旋轉(zhuǎn)的，工作臺(tái)卻有可能是一快一慢或一跳一停地運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做“爬行”現(xiàn)象。一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過(guò)低以及外加負(fù)載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電機(jī)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(zhuǎn)動(dòng)和伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。
七、振動(dòng)
當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一進(jìn)給軸振動(dòng)時(shí)，首先要分析機(jī)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(tǒng)加減時(shí)間設(shè)定過(guò)小所致。根據(jù)上述原因，定位和排除故障。
八、伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)
數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給單元除了速度控制信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，使能信號(hào)是進(jìn)給動(dòng)作的前提，可參考具體系統(tǒng)的信號(hào)連接說(shuō)明書。檢查使能信號(hào)是否接通，通過(guò)PLC梯形圖，分析軸使能的條件：檢查數(shù)控系統(tǒng)是否發(fā)出速度控制信號(hào);對(duì)帶有電磁制動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)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(jī)故障。
目前，閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床常用的伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩種。直流伺服電機(jī)伺服系統(tǒng)要定期對(duì)電刷、換向器、測(cè)速電機(jī)(速度檢測(cè)裝置)電刷進(jìn)行檢查。檢查要在數(shù)控機(jī)床斷電，電機(jī)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(cè)量電刷的長(zhǎng)度，如FANUC直流電機(jī)的電刷由10mm磨損到5mm時(shí)，必須更換同型號(hào)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(jī)換向器表面，并分析造成這種情況的原因，比如是電機(jī)工作條件惡劣，還是電機(jī)本身封閉不良。
4、用潔凈的壓縮空氣導(dǎo)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(yīng)使電機(jī)空運(yùn)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(cè)速電機(jī)時(shí)應(yīng)卸下電機(jī)后蓋，露出測(cè)速電機(jī)。
7、檢查測(cè)速電機(jī)電刷長(zhǎng)度、連接是否牢固，檢查銅頭的表面積碳是否嚴(yán)重，如果嚴(yán)重，可使電機(jī)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似工具將銅頭槽內(nèi)的積碳清理掉。
交流伺服電機(jī)不存在電刷的維護(hù)問(wèn)題，所以稱之為免維護(hù)電機(jī)。但這并不是說(shuō)交流伺服電機(jī)絕對(duì)不出故障。交流伺服電機(jī)常見故障有接線故障，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件故障，電磁制動(dòng)故障等。交流電機(jī)故障判斷方法有：
1、電阻測(cè)量：用萬(wàn)用表測(cè)量電樞的電阻�？慈嘀g電阻是否一致，用兆歐表檢測(cè)絕緣狀況。
2、電機(jī)檢查：先將機(jī)械裝置(比如絲桿)與電機(jī)脫開，用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，正常時(shí)感覺(jué)有一定得均勻阻力，如果旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)不均勻的阻力，應(yīng)更換電機(jī)進(jìn)行確認(rèn)。
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