故障形式及原因診斷

（1）超程

當(dāng)進(jìn)給運動超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)決定的硬限位時，就會發(fā)生超程報警。一般會在CRT上顯示報警內(nèi)容。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說明書，即可排除故障，解除報警。

（2）過載

當(dāng)進(jìn)給運動的負(fù)載過大，頻繁正反向運動以及傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時，均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進(jìn)給驅(qū)動單元上，指示燈或數(shù)碼管會提示驅(qū)動單元過載、過電流等信息。

（3）竄動

在進(jìn)給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象，其原因包括：①測速信號不穩(wěn)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(wěn)定或受到干擾；③接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當(dāng)竄動發(fā)生在由正向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致。

（4）爬行

發(fā)生在啟動加速階段或低速進(jìn)給時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益低和外加負(fù)載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動機和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動和伺服電動機的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進(jìn)給運動忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

（5）振動

機床以高速運行時，可能產(chǎn)生振動，這時就會出現(xiàn)過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題，所以應(yīng)去查找速度環(huán)，即凡是與速度有關(guān)的問題，應(yīng)該去查找速度調(diào)節(jié)器。因此，振動問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號、反饋信號及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。

①首先檢查輸入給速度調(diào)節(jié)器的信號，即給定信號。給定信號由位置偏差計數(shù)器發(fā)出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量VCMD、再送入速度調(diào)節(jié)器。應(yīng)查一下這個信號是否有振動分量，如它只有一個周期的振動信號，可以確認(rèn)速度調(diào)節(jié)器沒有問題，而是前級的問題，即應(yīng)到D/A轉(zhuǎn)換器或位置偏差計數(shù)器中去查找問題。如果正常，就轉(zhuǎn)向查找測速發(fā)電機和伺服電動機的問題。

②檢查測速發(fā)電機及伺服電機。當(dāng)機床振動時，說明機床速度在振蕩，測速發(fā)電機反饋回來的波形一定也在振蕩，觀察它的波形是否出現(xiàn)有規(guī)律的大起大落。這時，最好能測一下機床的振動頻率與電動機旋轉(zhuǎn)的速度是否存在一個準(zhǔn)確的比例關(guān)系，如振動的頻率是電動機轉(zhuǎn)速的四倍頻率，這時就應(yīng)考慮電動機或測速發(fā)電機有故障。首先要檢查電動機有無故障，查其碳刷、換向器表面狀況，如果沒有問題，就再檢查測速發(fā)電機。

③速度調(diào)節(jié)器故障。若采用上述方法還不能完全消除振動，甚至無任何改善，就應(yīng)考慮速度調(diào)節(jié)器本身的問題，應(yīng)更換速度調(diào)節(jié)器板或換下后徹底檢測各處波形。

④檢查振動頻率與進(jìn)給速度的關(guān)系。若二者成比例，除機床共振原因外，多數(shù)是因為CNC系統(tǒng)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(diào)整和檢測增益的調(diào)整。如果與進(jìn)給速度無關(guān)，則可能原因有：速度控制單元的設(shè)定與機床不匹配，速度控制單元調(diào)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。

實例：X軸振蕩的故障維修

故障現(xiàn)象：一臺配套FANUCOMC的數(shù)控機床，加工中心X軸負(fù)載有時突然上升到80%，同時X軸電動機嗡嗡作響；有時又正常。

分析及處理過程：現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)X軸電動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，傳動鏈剛性差，有卡滯；

③負(fù)載慣量較大。

經(jīng)查X軸位置增益未變，負(fù)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，剛進(jìn)行過間隙補償。經(jīng)查X軸間隙補償參數(shù)0535，設(shè)定值為250，用百分表測得X軸實際間隙為0.22，補償過渡；直到將設(shè)定值改為200后，X軸振蕩才消除。

（6）伺服電機不轉(zhuǎn)

數(shù)控系統(tǒng)輸入至進(jìn)給驅(qū)動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+24V繼電器線圈電壓。①檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出；②檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機床PLC梯形圖（或流程圖），以確定進(jìn)給軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足；③對帶電磁制動的伺服電動機，應(yīng)檢查電磁制動是否釋放；④進(jìn)給驅(qū)動單元故障；⑤伺服電動機故障。

（7）位置誤差

當(dāng)伺服軸運動超過位置允差范圍時，數(shù)控系統(tǒng)就會產(chǎn)生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有：①系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍??；②伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)；③位置檢測裝置有污染；④進(jìn)給傳動鏈累積誤差過大；⑤主軸箱垂直運動時平衡裝置（如平衡油缸等）不穩(wěn)。

（8）漂移

當(dāng)指令值為零時，坐標(biāo)軸仍移動，從而造成位置誤差。通過漂移補償和驅(qū)動單元上的零速調(diào)整來消除。

（9）回參考點故障

回參考點故障一般分為找不到參考點和找不準(zhǔn)參考點兩類。前一類故障一般是回參考點減速開關(guān)產(chǎn)生的信號或零位脈沖信號失效，可以通過檢查脈沖編碼器零標(biāo)志位或光柵尺零標(biāo)志位來確定是否有故障；后一類故障是參考點開關(guān)擋塊位置設(shè)置不當(dāng)引起的，需要重新調(diào)整擋塊位置。

（10）伺服電動機開機后既自動旋轉(zhuǎn)

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

進(jìn)給驅(qū)動的故障診斷

直流進(jìn)給驅(qū)動

PWM調(diào)速是利用脈寬調(diào)制器對大功率晶體管的開關(guān)時間進(jìn)行控制。將速度控制信號轉(zhuǎn)換成—定頻率的方波電壓，加到直流伺服電動機電樞的兩端，通過對方波寬度的控制，改變電樞兩端的平均電壓，從而達(dá)到控制電樞電流，進(jìn)而控制伺服電動機轉(zhuǎn)速的目的。晶閘管調(diào)速則是利用速度調(diào)節(jié)器對晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，通過改變導(dǎo)通角的大小來改變電樞兩端的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

1.CRT有報警顯示的故障

對于FANUC系統(tǒng)，CRT顯示的伺服報警為400～457號伺服系統(tǒng)錯誤報警和702～704號過熱報警。引起過熱報警的原因有：

①機床切削條件苛刻及機床摩擦力矩增大，引起主回路中的過載繼電器動作；

②切削時伺服電動機電流太大或變壓器本身故障，引起伺服變壓器熱控開關(guān)動作；

③伺服電動機電樞內(nèi)部短路或絕緣不良、電動機永久磁體去磁或脫落及電動機制動器不良，引起電動機內(nèi)的熱控開關(guān)動作。

2.報警指示燈指示的故障

對于FANUC系統(tǒng)和Siemens系統(tǒng)速度控制單元中的印制線路板上有報警燈，其功能、故障原因及排除方法可參看相應(yīng)機床說明書。

3.無報警顯示的故障

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(diào)試過程中，通常是電纜信號線連接錯誤所致。

②機床振動。與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定錯誤，如指令倍率CRM和檢測倍率DMR的設(shè)定錯誤等。檢查機床振動周期，如機床振動周期隨進(jìn)給速度變化，特別是快速移動時，伴有大的沖擊，多為測速裝置有故障，如伺服電動機上的測速發(fā)電機電刷接觸不良；若機床振動周期不隨進(jìn)給速度變化，則調(diào)節(jié)增益電位器，使增益降低，觀察振動是否減弱。若減弱，且振動頻率是幾十赫茲到幾百赫茲，也即機床的固有振動頻率，則可通過印制線路板上的有關(guān)設(shè)定來解決。若振動不減弱，則是印制線路板有故障。

③定位精度低。除機床進(jìn)給傳動鏈誤差大外，還與伺服系統(tǒng)增益太低有關(guān)，調(diào)節(jié)增益電位器，增大增益，以確認(rèn)能否消除故障。

④電動機運行時噪聲過大。伺服電動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；電動機軸向存在竄動。

⑤伺服電動機不轉(zhuǎn)。電動機永久磁鐵脫落；帶電磁制動器的伺服電動機，制動器失靈，通電后未能脫開。

交流進(jìn)給驅(qū)動

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

2.交流伺服電動機的安裝注意事項。維修完成后，安裝伺服要注意以下幾點：

①由于伺服系統(tǒng)防水結(jié)構(gòu)不是很嚴(yán)密，如果切削液、潤滑油等滲入內(nèi)部，會引起絕緣性能降低或繞組短路，因此，應(yīng)注意盡可能避免切削液濺入；

②當(dāng)伺服電動機安裝在齒輪箱上時，加注潤滑油時應(yīng)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?jié)櫥蜐B入內(nèi)部。

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

④按說明書規(guī)定，對伺服和控制電路之間進(jìn)行正確的連接。

3.交流伺服電動機常見的故障。包括以下幾點：

①轉(zhuǎn)子位置檢測裝置故障。當(dāng)霍爾開關(guān)或光電脈沖編碼器發(fā)生故障時，會引起失控，進(jìn)給有振動。

②用萬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(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，正常情況下感覺有阻力，轉(zhuǎn)一個角度后手放開，轉(zhuǎn)子又返回；如果用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子時能連續(xù)轉(zhuǎn)幾圈并自由停下，則該電動機已損壞；如果用手轉(zhuǎn)不動或轉(zhuǎn)動后無返回，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(yīng)更換脈沖編碼器。

步進(jìn)電動機驅(qū)動

步進(jìn)電動機驅(qū)動是開環(huán)控制系統(tǒng)中最常選用的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡單，調(diào)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(yīng)用。

使用過程中，步進(jìn)電動機驅(qū)動系統(tǒng)有如下常見故障：

1.電動機過熱報警?？赡苁枪ぷ鳝h(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高；參數(shù)選擇不當(dāng)，如電流過大、超過相電流和可重新設(shè)置參數(shù)等。

2.工作中，尖叫后不轉(zhuǎn)，具體情況為加工或運行過程中，驅(qū)動器或步進(jìn)電動機發(fā)出刺耳的尖叫聲?？赡艿脑蚴禽斎朊}沖頻率太高，引起堵轉(zhuǎn)，可通過降低輸入脈沖頻率來排除；輸入脈沖的突調(diào)頻率太高，可通過降低輸入脈沖的突調(diào)頻率來排除。

3.工作過程中停車，在工作正常的狀況下，發(fā)生突然停車的故障。

4.步進(jìn)電動機失步或多步，此故障引起的可能現(xiàn)象是工作過程中，配置步進(jìn)電動機驅(qū)動系統(tǒng)的某軸突然停頓，而后，又繼續(xù)走動。

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

故障診斷處理

一般常見的有以下幾種處理方法：

（1）修理或更換元器件。

（2）重新安裝或插接相關(guān)的連接狀況。

（3）調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

數(shù)控系統(tǒng)、PLC及伺服驅(qū)動系統(tǒng)都設(shè)置了許多可修改的參數(shù)，以適應(yīng)不同機床、不同工作狀態(tài)的要求。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機床相匹配，而且能使機床各項功能達(dá)到最佳化。因此，任何參數(shù)的變化（尤其是模擬量參數(shù)）甚至丟失都是不允許的；而隨機床的長期運行所引起的機械或電氣性能的變化，會打破最初的匹配狀態(tài)和最佳化狀態(tài)，需要重新調(diào)整相關(guān)的一個或多個參數(shù)給予排除。

這種方法對維修人員的要求很高，不僅要對具體系統(tǒng)主要參數(shù)十分了解，即知曉其地址和熟悉其作用，而且要有較豐富的電氣調(diào)試經(jīng)驗。

（4）特殊處理法。

當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)已進(jìn)入PC和開放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來越豐富，有系統(tǒng)軟件、機床制造者軟件，甚至還有使用者自己的軟件。由于軟件邏輯的設(shè)計中存在一些不可避免的問題，使得有些故障狀態(tài)無法分析，如死機現(xiàn)象。對于這種故障現(xiàn)象可以采取特殊手段來處理，如整機斷電，稍作停頓后再開機，有時就可將故障消除。

維修人員可以在自己的長期實踐中摸索其規(guī)律或者其他有效的方法。當(dāng)故障分析結(jié)果集中于某一印制電路板上時，由于電路集成度的不斷擴大，要把故障落實于其上某一區(qū)域乃至某一元件是十分困難的。為了縮短停機時間，在具有相同備件的條件下，可以先將備件換上，然后再去檢查修復(fù)故障板。但在拔出舊板更換新板之前，一定要先仔細(xì)閱讀相關(guān)資料，弄懂要求和操作步驟之后再動手，以免出現(xiàn)更大的故障。