西門(mén)子數控機床伺服系統常見(jiàn)故障維修

1.1超程

    當進(jìn)給運動(dòng)超過(guò)由軟件設定的軟限位或由限位開(kāi)關(guān)決定的硬限位時(shí)，就會(huì )發(fā)生超程報警，一般會(huì )在CRT上顯示報警內容，根據數控系統說(shuō)明書(shū)，即可排除故障，解除超程。

    1.2爬行

    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)低及外加負載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉動(dòng)或伺服的轉動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現象。

    1.3竄動(dòng)

    在進(jìn)給時(shí)出現竄動(dòng)現象，其可能原因有：1、接線(xiàn)端子接觸不良，如緊固的螺釘松動(dòng)；2、位置控制信號受到干擾；3、測速信號不穩定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等。如果竄動(dòng)發(fā)生在正、反向運動(dòng)的瞬間，則一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或者伺服系統增益過(guò)大引起。

    1.4過(guò)載

    當進(jìn)給運動(dòng)的負載過(guò)大、參數設定錯誤、頻繁正、反向運動(dòng)以及進(jìn)給傳動(dòng)鏈潤滑狀態(tài)不良時(shí)，均會(huì )引起過(guò)載的故障。此故障一般機床可以自行診斷出來(lái)，并在CRT顯示屏上顯示過(guò)載、過(guò)熱或過(guò)電流報警。同時(shí)，在進(jìn)給伺服模塊上用指示燈或者數碼管顯示驅動(dòng)單元過(guò)載、過(guò)電流等報警信息。

    1.5伺服電動(dòng)機不轉

    當速度、位置控制信號未輸出、或者使能信號（即伺服允許信號，一般為DC+24V繼電器線(xiàn)圈電壓）未接通以及進(jìn)給驅動(dòng)單元故障都會(huì )造成此故障。此時(shí)應測量數控裝置的指令輸出端子的信號是否正常，通過(guò)CRT觀(guān)察I/O狀態(tài)，分析機床PLC梯形圖（或流程圖），以確定進(jìn)給軸的啟動(dòng)條件，觀(guān)察如潤滑、冷卻等是否滿(mǎn)足。如是進(jìn)給驅動(dòng)單元故障則用交換法，可判斷出相應單元是否有故障。

2伺服進(jìn)給系統常見(jiàn)故障典型案例分析

    （1）一臺配套FANUC7M系統的加工中心，進(jìn)給加工過(guò)程中，發(fā)現Y軸有振動(dòng)現象。

    為了判定故障原因，將機床操作方式置于手動(dòng)方式，用手搖脈沖發(fā)生器控制Y軸進(jìn)給，發(fā)現Y軸仍有振動(dòng)現象。在此方式下，通過(guò)較長(cháng)時(shí)間的移動(dòng)后，Y軸速度單元上OVC報警燈亮。證明Y軸伺服驅動(dòng)器發(fā)生了過(guò)電流報警，根據以上現象，分析可能的原因如下：

    ①電動(dòng)機負載過(guò)重；②機械傳動(dòng)系統不良；③位置環(huán)增益過(guò)高；④伺服電動(dòng)機不良，等等。

    維修時(shí)通過(guò)互換法，確認故障原因出在直流伺服電動(dòng)機上。卸下Y軸電動(dòng)機，經(jīng)檢查發(fā)現2個(gè)電刷中有1個(gè)的彈簧己經(jīng)燒斷，造成了電樞電流不平衡，使電動(dòng)機輸出轉矩不平衡。另外，發(fā)現電動(dòng)機的軸承亦有損壞，故而引起-軸的振動(dòng)與過(guò)電流。更換電動(dòng)機軸承與電刷后，機床恢復正常。

    （2）一臺配套FANUC6ME系統的加工中心。軸在運動(dòng)時(shí)速度不穩.由運動(dòng)到停止的過(guò)程中，在停止位置出現較大幅度的振蕩，有時(shí)不能完成定位，必須關(guān)機后，才能重新工作。

    分析與處理過(guò)程：仔細觀(guān)察機床的振動(dòng)情況，發(fā)現，X軸振蕩頻率較低，且無(wú)異常聲。從振蕩現象上看，故障現象與閉環(huán)系統參數設定有關(guān)，如：系統增益設定過(guò)高、積分時(shí)間常數設定過(guò)大等。

    檢查系統的參數設定、伺服驅動(dòng)器的增益、積分時(shí)間電位器調節等均在合適的范圍，且與故障前的調整**，因此可以初步判斷，軸的振蕩與參數的設定與調節無(wú)關(guān)。為了進(jìn)一步驗證，維修時(shí)在記錄了原調整值的前提下，將以上參數進(jìn)行了重新調節與試驗，發(fā)現故障依然存在，證明了判斷的正確性。

    在以上基礎上，將參數與調整值重新回到原設定后，對伺服電動(dòng)機與測量系統進(jìn)行了檢查。首先清理了測速發(fā)電機和伺服電動(dòng)機的換向器表面，并用數字表檢查測速發(fā)電機繞組情況。檢查發(fā)現，該伺服電動(dòng)機的測速發(fā)電機轉子與電動(dòng)機軸之間的連接存在松動(dòng)，粘接部分已經(jīng)脫開(kāi)；經(jīng)重新連接后，開(kāi)機試驗，故障現象消失，機床恢復正常工作。

    （3）一臺數控銑床，采用FUNAC6M系列三軸一體型伺服驅動(dòng)器，開(kāi)機后，X軸工作正常，但是手動(dòng)移動(dòng)Z軸，發(fā)現在較小范圍內，Z軸可以運動(dòng)，但繼續移動(dòng)Z軸，系統出現伺服報警。分析和處理過(guò)程：根據故障現象，檢查機床實(shí)際工作情況，發(fā)現開(kāi)機后Z軸可以少量運動(dòng)，不久溫度迅速上升，表面發(fā)燙。

    分析引起以上故障的原因，可能是機床電氣控制系統故障或機械傳動(dòng)系統不良。為確定故障部位，考慮到本機床采用半閉環(huán)結構，維修時(shí)首先松開(kāi)伺服與絲杠的連接，并再次開(kāi)機實(shí)驗，發(fā)現故障現象不變，故確認報警是由于電氣控制系統不良引起。

    由于機床Z軸伺服帶有制動(dòng)器，開(kāi)機測量制動(dòng)器的輸入電壓正常，在系統、驅動(dòng)器關(guān)機的情況下，對制動(dòng)器單獨加入電源進(jìn)行試驗，手動(dòng)轉動(dòng)Z軸，發(fā)現制動(dòng)器松開(kāi)，手動(dòng)轉動(dòng)軸平穩、輕松，證明制動(dòng)器工作良好。

    為了進(jìn)一步縮小故障部位，確認Z軸伺服的工作情況，維修時(shí)利用不同規格的X軸在機床側進(jìn)行互換實(shí)驗，發(fā)現換上的同樣出現發(fā)熱現象，且工作時(shí)故障現象不變，從而排除了伺服本身原因。

    為了確認驅動(dòng)器的工作情況，維修時(shí)在驅動(dòng)器側，對Z軸的驅動(dòng)器進(jìn)行互換實(shí)驗，即將X軸驅動(dòng)器與Z軸伺服鏈接，Z軸驅動(dòng)器與X軸連接。經(jīng)實(shí)驗發(fā)現故障轉移到X軸，Z軸工作恢復正常。

根據以上實(shí)驗，樂(lè )意確認以下幾點(diǎn)：

    ①機床機械傳動(dòng)系統正常，制動(dòng)器工作良好；

    ②數控系統工作正常，因為當Z軸驅動(dòng)器帶動(dòng)X(jué)軸時(shí)，機床無(wú)報警；

    ③Z軸伺服工作正常，因為將它在機床側與X軸互換后，工作正常；

    ④Z軸驅動(dòng)器工作正常，因為通過(guò)X軸驅動(dòng)器在電柜側互換，控制Z軸后，同樣發(fā)生故障。

    綜合以上判斷，可以確認故障是由于Z軸伺服的電纜連接引起的。 

  仔細檢查伺服的電纜連接，發(fā)現該機床在出廠(chǎng)時(shí)電樞線(xiàn)連接錯誤，即驅動(dòng)器的L/M/N端子未與插頭的A/B/C連接端一一對應，相序存在錯誤，重新連接后，故障消失，Z軸可以正常工作。

    （4）一臺配套FUNAC6ME系統的加工中心，X軸在靜止時(shí)機床工作正常，無(wú)報警；但在X軸運動(dòng)過(guò)程中，出現振動(dòng)，伴有噪聲。

    分析與處理過(guò)程：由于機床在X軸靜止時(shí)機床工作正常，無(wú)報警，初步判定數控系統與驅動(dòng)器*?？紤]到X軸運動(dòng)時(shí)定位正確，因此，進(jìn)一步判定系統X位置環(huán)工作正常。檢查X軸的振動(dòng)情況，經(jīng)觀(guān)察發(fā)現，振動(dòng)的頻率與運動(dòng)速度有關(guān)，運動(dòng)速度快振動(dòng)頻率較高，運動(dòng)速度慢則振動(dòng)頻率低，初步認為故障與速度反饋環(huán)節有關(guān)。分析引起以上故障可能的原因有：

    ①測速發(fā)電機不良；②測速發(fā)電機連接不良；③直流伺服電動(dòng)機不良。

    維修時(shí)首先檢查X軸伺服電動(dòng)機的測速發(fā)電機連接，未發(fā)現不良。檢查X軸伺服電動(dòng)機與內裝式測速發(fā)電機，發(fā)現換向器表面積有較多的碳粉，用壓縮空氣進(jìn)行清理后，故障未消除。進(jìn)一步利用數字萬(wàn)用表，測量測速發(fā)電機換向片之間的電阻值，經(jīng)比較后發(fā)現，有一對極片間的電阻值比其他各對極片間的電阻值大了很多，說(shuō)明測速發(fā)電機繞組內部存在斷路現象。更換新的測速發(fā)電機后，機床恢復正常。