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          干貨分享!機床伺服系統常見(jiàn)故障及排除方法有

          瀏覽次數: 日期:2021-08-30 14:43

           

          故障形成及原因診斷

           
           

          (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,解除報警。

           

          (2)過(guò)載

           

          當進(jìn)給運動(dòng)的負載過(guò)大,頻繁正反向運動(dòng)以及傳動(dòng)鏈潤滑狀態(tài)不良時(shí),均會(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)流等報警信息。同時(shí),在強電柜中的進(jìn)給驅動(dòng)單元上,指示燈或數碼管會(huì )提示驅動(dòng)單元過(guò)載、過(guò)電流等信息。

           

          (3)竄動(dòng)

           

          在進(jìn)給時(shí)出現竄動(dòng)現象,其原因包括:① 測速信號不穩定,如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等;② 速度控制信號不穩定或受到干擾;③接線(xiàn)端子接觸不良,如螺釘松動(dòng)等。當竄動(dòng)發(fā)生在由正向運動(dòng)與反向運動(dòng)的換向瞬間時(shí),一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或伺服系統增益過(guò)大所致。

           

          (4)爬行

           

          發(fā)生在啟動(dòng)加速階段或低速進(jìn)給時(shí),一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統增益低和外加負載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是,伺服電動(dòng)機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)和伺服電動(dòng)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。

           

          (5)振動(dòng)

           

          機床以高速運行時(shí),可能產(chǎn)生振動(dòng),這時(shí)就會(huì )出現過(guò)流報警。機床振動(dòng)問(wèn)題一般屬于速度問(wèn)題,所以應去查找速度環(huán),即凡是與速度有關(guān)的問(wèn)題,應該去查找速度調節器。因此,振動(dòng)問(wèn)題應查找速度調節器。主要從給定信號、反饋信號及速度調節器本身這三方面去查找故障。

           

          ① 首先檢查輸入給速度調節器的信號,即給定信號。給定信號由位置偏差計數器發(fā)出,經(jīng)D/A轉換器轉換成模擬量VCMD、再送入速度調節器。應查一下這個(gè)信號是否有振動(dòng)分量,如它只有一個(gè)周期的振動(dòng)信號,可以確認速度調節器沒(méi)有問(wèn)題,而是前級的問(wèn)題,即應到D/A轉換器或位置偏差計數器中去查找問(wèn)題。如果正常,就轉向查找測速發(fā)電機和伺服電動(dòng)機的問(wèn)題。

           

           

          ② 檢查測速發(fā)電機及伺服電機。當機床振動(dòng)時(shí),說(shuō)明機床速度在振蕩,測速發(fā)電機反饋回來(lái)的波形一定也在振蕩,觀(guān)察它的波形是否出現有規律的大起大落。這時(shí),最好能測一下機床的振動(dòng)頻率與電動(dòng)機旋轉的速度是否存在一個(gè)準確的比例關(guān)系,如振動(dòng)的頻率是電動(dòng)機轉速的四倍頻率,這時(shí)就應考慮電動(dòng)機或測速發(fā)電機有故障。首先要檢查電動(dòng)機有無(wú)故障,查其碳刷、換向器表面狀況,如果沒(méi)有問(wèn)題,就再檢查測速發(fā)電機。

           

          ③ 速度調節器故障。若采用上述方法還不能完全消除振動(dòng),甚至無(wú)任何改善,就應考慮速度調節器本身的問(wèn)題,應更換速度調節器板或換下后徹底檢測各處波形。

           

          ④ 檢查振動(dòng)頻率與進(jìn)給速度的關(guān)系。若二者成比例,除機床共振原因外,多數是因為CNC系統插補精度太差或位置檢測增益太高引起的,需要進(jìn)行插補調整和檢測增益的調整。如果與進(jìn)給速度無(wú)關(guān),則可能原因有:速度控制單元的設定與機床不匹配,速度控制單元調整不好,該軸的速度環(huán)增益太大或速度控制單元的印制電路板不良。

           

          實(shí)例:X軸振蕩的故障維修

           

          故障現象:一臺配套FANUC OMC的數控機床,加工中心X軸負載有時(shí)突然上升到80%,同時(shí) X軸電動(dòng)機嗡嗡作響;有時(shí)又正常。

           

          分析及處理過(guò)程:現場(chǎng)觀(guān)察發(fā)現 X軸電動(dòng)機嗡嗡作響的頻率較低,故判斷 X軸發(fā)生低頻振蕩。發(fā)生振蕩的原因有:①軸位置環(huán)增益不合適;②機械部分間隙大,傳動(dòng)鏈剛性差,有卡滯;③負載慣量較大。經(jīng)查X軸位置增益未變,負載也正常。此機床由于一直進(jìn)行重切削加工,X軸間隙較大,進(jìn)行過(guò)間隙補償。經(jīng)查X軸間隙補償參數0535,設定值為250,用百分表測得X軸實(shí)際間隙為0.22,補償過(guò)渡;直到將設定值改為200后,X軸振蕩才消除。

           

          (6)伺服電機不轉

           

          數控系統輸入至進(jìn)給驅動(dòng)單元的除了速度控制信號外,還有伺服使能控制信號,一般為DC + 24 V繼電器線(xiàn)圈電壓。① 檢查數控系統是否有速度控制信號輸出;② 檢查使能信號是否接通。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,如潤滑、冷卻等是否滿(mǎn)足;③ 對帶電磁制動(dòng)的伺服電動(dòng)機,應檢查電磁制動(dòng)是否釋放;④ 進(jìn)給驅動(dòng)單元故障;⑤ 伺服電動(dòng)機故障。

           

          (7)位置誤差

           

          當伺服軸運動(dòng)超過(guò)位置允差范圍時(shí),數控系統就會(huì )產(chǎn)生位置誤差過(guò)大的報警,包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有:① 系統設定的允差范圍小;② 伺服系統增益設置不當;③ 位置檢測裝置有污染;④ 進(jìn)給傳動(dòng)鏈累積誤差過(guò)大;⑤ 主軸箱垂直運動(dòng)時(shí)平衡裝置(如平衡油缸等)不穩。

           

          (8)漂移

           

          當指令值為零時(shí),坐標軸仍移動(dòng),從而造成位置誤差。通過(guò)漂移補償和驅動(dòng)單元上的零速調整來(lái)消除。

           

          (9)回參考點(diǎn)故障

           

          回參考點(diǎn)故障一般分為找不到參考點(diǎn)和找不準參考點(diǎn)兩類(lèi)。前一類(lèi)故障一般是回參考點(diǎn)減速開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的信號或零位脈沖信號失效,可以通過(guò)檢查脈沖編碼器零標志位或光柵尺零標志位來(lái)確定是否有故障;后一類(lèi)故障是參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)擋塊位置設置不當引起的,需要重新調整擋塊位置。

           

          (10)伺服電動(dòng)機開(kāi)機后既自動(dòng)旋轉

           

          主要原因有:① 位置反饋的極性錯誤;② 由于外力使坐標軸產(chǎn)生了位置偏移;③驅動(dòng)器、測速發(fā)電機、伺服電動(dòng)機或系統位置測量回路不良;④ 電動(dòng)機或驅動(dòng)器有故障。

           

          進(jìn)給驅動(dòng)的故障診斷

           
           

          一、直流進(jìn)給驅動(dòng)

           

          PWM調速是利用脈寬調制器對大功率晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制。將速度控制信號轉換成—定頻率的方波電壓,加到直流伺服電動(dòng)機電樞的兩端,通過(guò)對方波寬度的控制,改變電樞兩端的平均電壓,從而達到控制電樞電流,進(jìn)而控制伺服電動(dòng)機轉速的目的。晶閘管調速則是利用速度調節器對晶閘管的導通角進(jìn)行控制,通過(guò)改變導通角的大小來(lái)改變電樞兩端的電壓,從而達到調速的目的。

           

          1.CRT有報警顯示的故障,對于FANUC系統,CRT顯示的伺服報警為400~457號伺服系統錯誤報警和702~704號過(guò)熱報警。引起過(guò)熱報警的原因有:① 機床切削條件苛刻及機床摩擦力矩增大,引起主回路中的過(guò)載繼電器動(dòng)作;② 切削時(shí)伺服電動(dòng)機電流太大或變壓器本身故障,引起伺服變壓器熱控開(kāi)關(guān)動(dòng)作;③ 伺服電動(dòng)機電樞內部短路或絕緣不良、電動(dòng)機永久磁體去磁或脫落及電動(dòng)機制動(dòng)器不良,引起電動(dòng)機內的熱控開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

           

           

          2.報警指示燈指示的故障,對于FANUC系統和Siemens系統速度控制單元中的印制線(xiàn)路板上有報警燈,其功能、故障原因及排除方法可參看相應機床說(shuō)明書(shū)。

           

          3.無(wú)報警顯示的故障:① 機床失控。速度反饋信號為正反饋信號,多發(fā)生在維修調試過(guò)程中,通常是電纜信號線(xiàn)連接錯誤所致。② 機床振動(dòng)。與位置控制有關(guān)的系統參數設定錯誤,如指令倍率CRM和檢測倍率DMR的設定錯誤等。檢查機床振動(dòng)周期,如機床振動(dòng)周期隨進(jìn)給速度變化,特別是快速移動(dòng)時(shí),伴有大的沖擊,多為測速裝置有故障,如伺服電動(dòng)機上的測速發(fā)電機電刷接觸不良;若機床振動(dòng)周期不隨進(jìn)給速度變化,則調節增益電位器,使增益降低,觀(guān)察振動(dòng)是否減弱。若減弱,且振動(dòng)頻率是幾十赫茲到幾百赫茲,也即機床的固有振動(dòng)頻率,則可通過(guò)印制線(xiàn)路板上的有關(guān)設定來(lái)解決。若振動(dòng)不減弱,則是印制線(xiàn)路板有故障。③ 定位精度低。除機床進(jìn)給傳動(dòng)鏈誤差大外,還與伺服系統增益太低有關(guān),調節增益電位器,增大增益,以確認能否消除故障。④ 電動(dòng)機運行時(shí)噪聲過(guò)大。伺服電動(dòng)機換向器的表面粗糙度不好或有損傷;油液或灰塵等侵入電刷或換向器;電動(dòng)機軸向存在竄動(dòng)。⑤ 伺服電動(dòng)機不轉。電動(dòng)機永久磁鐵脫落;帶電磁制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機,制動(dòng)器失靈,通電后未能脫開(kāi)。

           

          二、交流進(jìn)給驅動(dòng)

           

           

           

          1.交流伺服電動(dòng)機的基本檢查。原則上說(shuō),交流伺服電動(dòng)機可以不需要維修,因為它沒(méi)有損壞。但由于交流伺服電動(dòng)機內含有精密檢測器,因此,當發(fā)生碰撞、沖擊時(shí)可能會(huì )引起故障,維修時(shí)應進(jìn)行如下檢查:①是否受到任何機械損傷;② 旋轉部分是否可用手正常轉動(dòng);③ 帶制動(dòng)器的,制動(dòng)器是否正常;④是否有任何松動(dòng)螺釘或間隙;⑤是否安裝在潮濕、溫度變化劇烈和有灰塵的地方。

           

          2.交流伺服電動(dòng)機的安裝注意事項。維修完成后,安裝伺服要注意以下幾點(diǎn):

           

          ① 由于伺服系統防水結構不是很?chē)烂?,如果切削液、潤滑油等滲入內部,會(huì )引起絕緣性能降低或繞組短路,因此,應注意盡可能避免切削液濺入;

           

          ② 當伺服電動(dòng)機安裝在齒輪箱上時(shí),加注潤滑油時(shí)應注意齒輪箱的潤滑油油面高度必須低于伺服的輸出軸,防止潤滑油滲入內部。

           

           

          ③ 當固定伺服聯(lián)軸器、齒輪、同步帶等連接件時(shí),在任何情況下,作用在上面的力不能超過(guò)容許的徑向、軸向負載。

           

          ④ 按說(shuō)明書(shū)規定,對伺服和控制電路之間進(jìn)行正確的連接。

           

          3.交流伺服電動(dòng)機常見(jiàn)的故障。包括以下幾點(diǎn):

           

          ① 轉子位置檢測裝置故障。當霍爾開(kāi)關(guān)或光電脈沖編碼器發(fā)生故障時(shí),會(huì )引起失控,進(jìn)給有振動(dòng)。

           

          ② 用萬(wàn)用表或電橋測量電樞繞組的直流電阻,檢查是否斷路,并用兆歐表查絕緣是否良好。

           

          ③ 將與機械裝置分離,用手轉動(dòng)轉子,正常情況下感覺(jué)有阻力,轉一個(gè)角度后手放開(kāi),轉子又返回;如果用手轉動(dòng)轉子時(shí)能連續轉幾圈并自由停下,則該電動(dòng)機已損壞;如果用手轉不動(dòng)或轉動(dòng)后無(wú)返回,則機械部分可能有故障。

           

          ④ 脈沖編碼器的更換。若交流伺服的脈沖編碼器不良,就應更換脈沖編碼器。

           

          三、步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)

           

          步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)是開(kāi)環(huán)控制系統中最常選用的伺服驅動(dòng)系統。開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統的結構較簡(jiǎn)單,調試、維修、使用都很方便,工作可靠,成本低廉。在一般要求精度不太高的機床上曾得到廣泛應用。

           

          使用過(guò)程中,步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)系統有如下常見(jiàn)故障:

           

          1.電動(dòng)機過(guò)熱報警??赡苁枪ぷ鳝h(huán)境過(guò)于惡劣,環(huán)境溫度過(guò)高;參數選擇不當,如電流過(guò)大、超過(guò)相電流和可重新設置參數等。

           

          2.工作中,尖叫后不轉,具體情況為加工或運行過(guò)程中,驅動(dòng)器或步進(jìn)電動(dòng)機發(fā)出刺耳的尖叫聲??赡艿脑蚴禽斎朊}沖頻率太高,引起堵塞,可通過(guò)降低輸入脈沖頻率來(lái)排除;輸入脈沖的突調頻率太高,可通過(guò)降低輸入脈沖的突調頻率來(lái)排除。

           

           

          3.工作過(guò)程中停車(chē),在工作正常的狀況下,發(fā)生突然停車(chē)的故障。

           

          4.步進(jìn)電動(dòng)機失步或多步,此故障引起的可能現象是工作過(guò)程中,配置步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)系統的某軸突然停頓,而后,又繼續走動(dòng)。

           

          5.運轉不均勻,有抖動(dòng)。反映在加工中是加工的工件有振紋,表面粗糙度大。

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          清遠市瑞鵬機床有限公司

           

          清遠市瑞鵬機床有限公司,創(chuàng )立于2002年,注冊資金500萬(wàn)元。公司位于廣東﹒清遠市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區14號。2002年,著(zhù)力引進(jìn)瑞士技術(shù)及日本技術(shù),自主研發(fā)瑞士型數控車(chē)銑復合走心機,在國內已有十年走心機的制造經(jīng)驗。瑞鵬機床主要加工設備有16臺奧地利數控立式加工中心及數控車(chē)銑復合加工中心,核心零部件全部從瑞士進(jìn)口,確保了技術(shù)的領(lǐng)先性;還擁有激光干涉儀、三坐標測量?jì)x、光學(xué)投影儀等精密測量設備。設備出廠(chǎng)前須經(jīng)148道整機的檢驗工序,可以為用戶(hù)提供無(wú)與倫比的技術(shù)支持和服務(wù)。

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