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數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)常見故障淺析
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摘要：本文闡述了數(shù)控機床進給伺服系統(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)控機床;進給伺服系統(tǒng);原理：常見故障
數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)是以機床移動部件的位置和速度為控制量，接受來自插補裝置或插補軟件生成的進給脈沖指令，經(jīng)過一定的信號變換及電壓、功率放大、檢測反饋，最終實現(xiàn)機床工作臺(即工件)相對于刀具運動的控制系統(tǒng)。因而，它是實現(xiàn)數(shù)控機床加工目的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是數(shù)控機床故障的高發(fā)區(qū)域。數(shù)控機床常見故障有三分之一以上發(fā)生在機床的進給伺服系統(tǒng)�，F(xiàn)將我在使用數(shù)控機床過程中經(jīng)常遇到的進給伺服系統(tǒng)故障的分析和排除方法寫于此，希望本文能為我國數(shù)控技術(shù)的推廣應用有所幫助。
數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)按照其有無檢測裝置以及檢測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)控機床閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。
一、構(gòu)成
數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動單元、機械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)，機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系統(tǒng)，檢測元件和反饋電路組成檢測裝置，亦稱檢測系統(tǒng)�？蓞⒖聪聢D：
二、原理
伺服系統(tǒng)是一個反饋控制系統(tǒng)，它以指令脈沖為輸入給定值與反饋脈沖進行比較，利用比較后產(chǎn)生的偏差值對系統(tǒng)進行自動調(diào)節(jié)，以消除偏差，使被調(diào)量跟蹤給定值。
進給伺服系統(tǒng)的任務是完成各坐標軸的位置和速度控制，在整個系統(tǒng)中它又分為：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。
在數(shù)控機床運行中進給伺服系統(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警內(nèi)容或報警信息;二是進給伺服驅(qū)動單元上用報警燈或數(shù)碼管顯示驅(qū)動單元的故障;三是運動不正常，但無任何報警。機床的操作及維修人員可以根據(jù)報警信息以及該機床進給伺服系統(tǒng)的工作原理查找原因，排除故障。在數(shù)控機床運行中進給伺服系統(tǒng)常出現(xiàn)故障有：超程，過載，竄動，爬行，振動，伺服電機不轉(zhuǎn)，位置誤差，漂移，回基準點故障等。下面我們逐一敘述這些故障的成因及排除方法。
三、超程
超程是機床廠家為機床設(shè)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有所區(qū)別。硬件超程為防止在回零之前手動誤操作而設(shè)置，急停是最后一道防線，當硬件超程限位保護失敗時它會起到保護作用，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(shè)置在硬件限位之內(nèi)。超程的具體恢復方法，不同的系統(tǒng)有所區(qū)別，根據(jù)機床的說明書即可排除。
四、過載
當進給運動的負載過大、頻繁正反向運動以及進給傳動潤滑狀態(tài)和過載檢測電路不良時，都會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電機過載、過熱或過流的報警，或電氣柜的進給驅(qū)動單元上，用指示燈或數(shù)碼管提示驅(qū)動單元過載、過流信息。
五、竄動
在進給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象，即在切削過程中，進給謎度應均勻時，突然出現(xiàn)加速現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因可能有：測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置、測速反饋信號千擾等;速度控制信號不穩(wěn)定或受到干擾：接線端子接觸不良，如螺絲松動等。當竄動發(fā)生在由正向運動向反向運動轉(zhuǎn)換的瞬間時，一般是由進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致。排除方法是逐一檢查上述可能故障點，找到故障確定原因加以排除即可。
六、爬行
發(fā)生在起動加速段或低速進給時，雖然進給電機和絲桿是勻速旋轉(zhuǎn)的，工作臺卻有可能是一快一慢或一跳一停地運動，這種現(xiàn)象叫做“爬行”現(xiàn)象。一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過低以及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電機和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，如連接松動或聯(lián)軸器本身有缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動和伺服電機的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進給運動忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。
七、振動
當發(fā)現(xiàn)某一進給軸振動時，首先要分析機床振動周期是否與進給速度有關(guān)。如與進給速度有關(guān)，振動一般與該軸的速度環(huán)增益太高或速度反饋故障有關(guān);若與進給速度無關(guān)，振動一般與位置環(huán)增益太高或位置反饋故障有關(guān);如振動在加減速過程中產(chǎn)生。往往是系統(tǒng)加減時間設(shè)定過小所致。根據(jù)上述原因，定位和排除故障。
八、伺服電機不轉(zhuǎn)
數(shù)控系統(tǒng)至進給單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，使能信號是進給動作的前提，可參考具體系統(tǒng)的信號連接說明書。檢查使能信號是否接通，通過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;對帶有電磁制動的伺服電動機應檢查電磁制動是否釋放;檢查進給單元故障;檢查伺服電機故障。
目前，閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)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(tǒng)要定期對電刷、換向器、測速電機(速度檢測裝置)電刷進行檢查。檢查要在數(shù)控機床斷電，電機完全冷卻的狀態(tài)下進行，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、測量電刷的長度，如FANUC直流電機的電刷由10mm磨損到5mm時，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，電刷彈簧上有無打火痕跡，如果有，進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間，以使電刷表面和換向器表面相吻合。
6、檢查測速電機時應卸下電機后蓋，露出測速電機。
7、檢查測速電機電刷長度、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，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。
交流伺服電機不存在電刷的維護問題，所以稱之為免維護電機。但這并不是說交流伺服電機絕對不出故障。交流伺服電機常見故障有接線故障，轉(zhuǎn)子位置檢測元件故障，電磁制動故障等。交流電機故障判斷方法有：
1、電阻測量：用萬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，用手轉(zhuǎn)動電機轉(zhuǎn)子，正常時感覺有一定得均勻阻力，如果旋轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)不均勻的阻力，應更換電機進行確認。
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