数控机床进给系统的故障诊断与维修1

1、数控机床进给系统的故障诊断与维修引言进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，直接影响了加工 工件的精度。对它做好良好的维护与维修，是数控机床的关键。介绍步进驱动系统的原理和主要特性作简单介绍后，列出了步进驱动系 统的主要故障及排除，并列出相应维修实例。简介了进给伺服驱动系统，列出了进给伺服驱动系统的主要报警及处理、 主要故障及排除，并列出了维修实例。1进给驱动系统概述进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，决定了数控机床 的档次，因此，在数控技术发展的历程屮，进给驱动系统的研制和发展总是放在 首要的位置。数控系统所发出的控制指令，是通过进给驱动系统来驱动机械执行部件，最

2、 终实现机床精确的进给运动的。数控机床的进给驱动系统是i种位置随动与定位 系统，它的作用是快速、准确地执行由数控系统发出的运动命令，糟确地控制机 床进给传动链的坐标运动。它的性能决定了数控机床的许多性能，如最高移动速 度、轮廓跟随精度、定位精度等。1.1数控机床对进给驱动系统的要求1. 调速范围要宽调速范围5是指进给屯动机提供的最低转速enin和最高转速nmax之比，即:n=nmin/n max °在各种数控机床屮，由于加工用刀具、被加工材料、主轴转速以及零件加工 工艺要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求进给驱动 系统必须具有足够宽的无级调速范围（通常大于1 :

3、 10000）。尤其在低速（如 <0.1r/min）时，要仍能平滑运动而无爬行现象。脉冲当量为1 u m/p情况卜：最先进的数控机床的进给速度从0240m/min 连续可调。但对于一般的数控机床，要求进给驱动系统在024m/min进给速度 下工作就足够了。2. 定位精度要高使用数控机床主要是为了：保证加工质量的稳定性、一致性，减少废品率； 解决复杂曲面零件的加工问题;解决复杂零件的加工精度问题，缩短制造周期等。 数控机床是按预定的程序自动进行加工的，避免了操作者的人为误差，但是，它 不可能应付事先没有预料到的情况。就是说，数控机床不能像普通机床那样，可 随时用手动操作来调整和补偿各种因素

4、对加工精度的影响。因此，耍求进给驱动 系统具有较好的静态特性和较高的刚度，从而达到较高的定位精度，以保证机床 具有较小的定位误差与重复定位误差（口前进给伺服系统的分辨率可达1 u m或 0.1 um,甚至0.01 um）；同时进给驱动系统还要具有较好的动态性能，以保证 机床具有较高的轮廓跟随精度。3. 快速响应，无超调为了提高生产率和保证加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有 良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。一方面，在启、制动时, 要求加、减加速度足够大，以缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡谋差。 一般电动机的速度从零变到最高转速，或从最高转速降至零的时间在20

5、0ms以 内，甚至小于儿十毫秒。这就要求进给系统要快速响应，但乂不能超调，否则将 形成过切，影响加工质量；另一方面，当负载突变时，要求速度的恢复吋间也要 短，且不能有振荡，这样才能得到光滑的加工表面。要求进给电动机必须具有较小的转动惯量和大的制动转矩，尽可能小的机电 时间常数和起动电压。电动机具冇4000r/s2以上的加速度。4. 低速大转矩，过载能力强数控机床耍求进给驱动系统冇非常宽的调速范围，例如在加工曲线和曲而 时，拐角位置某轴的速度会逐渐降至零。这就要求进给騎动系统在低速时保持恒 力矩输出，无爬行现象，并且具有长吋间内较强的过载能力，和频繁的起动、反 转、制动能力。一般，伺服驱动器具有

6、数分钟英至半小吋内1.5倍以上的过载能 力，在短时间内可以过载46倍而不损坏。5. 可靠性高数控机床，特别是自动生产线上的设备要求具有长时间连续稳定工作的能 力，同时数控机床的维护、维修也较复杂，因此，要求数控机床的进给驱动系统 可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力，具有 很强的抗干扰的能力。4. 2步进驱动系统常见故障及排除步进驱动系统简单來说，包括有步进电动机和步进驱动器。4.2.1步进电动机原理简介及分类1. 步进电动机原理简介步进电动机流行于70年代，该系统结构简单、控制容易、维修方面，且控 制为全数字化；是一种能将数字脉冲转化成一个步距角增量的电磁执行元件

7、；能 很方便地将电脉冲转换为角位移，具有较好的定位精度，无漂移和无积累定位误 差的优点，能跟踪一定频率范围的脉冲列，可作同步电动机使用。随着计算机技 术的发展，除功率驱动电路z外，其它部分均可由软件实现，从而进一步简化结 构。因此，至今国内外对这种系统仍在进一步开发。但是，由于步进电动机基木上是用开环系统，精度不高，不能应用于中高 档数控机床；步进电动机耗能大，速度低（远不如交、直流电动机）。因此，目前步进电动机仅用于小容量、低速、精度要求不高的场合，如经济型数控，打印 机、绘图机等计算机的外部设备。步进电动机是一种同步电动机，其结构同其它电动机一样，由定子和转子 组成，定子为激磁场，其激磁磁

8、场为脉冲式，即磁场以一定频率步进式旋转，转 了则随磁场一步一步前进。2.步进电动机分类步进电动机按转矩产生的原理可分为反应式、永磁式及混合式步进电动机; 从控制绕组数量上可分为二相、三相、四相、五相、六相步进电动机；从电流的 极性上可分为单极性和双极性步进电动机；从运动的型式上可分为旋转、一直线、 平面步进电动机。4.2.2步进电动机的驱动电路控制方式和应用举例1.步进电动机的驱动电路控制方式步进电动机绕组的驱动电路，单极性电流一般采用图4-5<a>双管串联电路, 双极性屯流一般采用图4-5<b>的h桥电路;对于三相混合式步进电动机则采用三 相逆变桥电路，见图4-5&l

9、t;c>(a)(b)图4-5步进电动机驱动电路2. 开环控制系统的应用举例以sh-50806a五相步进驱动器为例，步进进给驱动装置的基本接口如图46所示。指令接口电源接口电动机驱动接口图4-6进给驱动装置的基本接口 （以sh-50806a五相步进驱动器为例）4. 2. 3步进驱动装置常见故障及排除正如前所述，步进驱动是开环控制系统屮最常选用的伺服驱动系统。开环进 给系统的结构较简单，调试、维修、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机床上曾得到广泛应用。使用过程中，步进驱动系统常见如下故障：1.电动机过热报警，可能原因及故障排除见表4-1 o表4-1：步进电动机过热的

10、报警综述故障现象可能原因排除措施冇些系统会报警，显 示电动机过热。用手 摸电动机，会明显感 觉温度不正常，其至 烫手工作环境过丁恶劣，环境 温度过高重新考虑机床应用条 件，改善工作环境参数选择不当，如电流过 大，超过相电流根据参数说明书，重新 设置参数电压过高建议稳压电源2.工作中，尖叫后不转，具体情况为加工或运行过程中，驱动器或步进电动机发出刺耳的尖叫声。可能原因及排除措施见表4-2：表4-2：步进驱动器尖叫后不转的故障原因及排除综述故障现象可能原因排除措施驱动器或步进电动机 发出刺耳的尖叫声，然 后电动机停止不转输入脉冲频率太高，引起 堵转降低输入脉冲频率输入脉冲的突调频率太'j降

11、低输入脉冲的突调频 率输入脉冲的升速曲线不够理想引起堵传调整输入脉冲的升速曲 线3. 工作过程中停车，在工作正常的状况卜发生突然停车的故障。引起此故障的可能原因见表4-3o表4-3工作过程中停车的故障综述可能原因检查步骤排除措施驱动电源故障用万用表测量驱动电源的输 出更换驱动器驱动电路故障发生脉冲电路故障电动机故障绕组烧坏更换电动机电动机线圈匝间短路 或接地用万用表测量线圈间是否短 路杂物卡住可目测消除外界的干扰因索4. 工作噪声特别大，仔细观察加工或运行过程中，还有进二退一现象。可能原 因及排除措施见表4-4：表4-4：工作噪声特别大的故障原因及排除综述故障现象可能原因排除措施低频旋转时冇进

12、 二退一现象，高 速上不去检查相序正确连接动力线电动机运行在低频区或共振区分析电动机速度及电动机 频率后，调整加工切削参数纯惯性负载、正反转频繁重新考虑次机床的加工能 力屯动机故障磁路混合式或永磁式转子磁钢 退磁后以单步运行或在失步区更换电动机如永磁单向旋转步进电动机的 定向机构损坏更换电动机5.无力或者是出力降低或称“闷车”，即在工作过程中，某轴有可能突然停止, 俗称“闷车”，可能原因见表4-5。表45： “闷车”的可能原因及排除措施故障部位可能原因排除措施驱动器端 故障电压没有从驱动器输岀来检查驱动器，确保有输出驱动器故障更换驱动器电动机绕组内部发生错误电动机端 故障电动机绕组碰到机壳，发

13、生相间短路或 者线头脱落电动机轴断更换电动机电动机定子与转子之间的气隙过大专业电动机维修人员调 整好气隙或更换电动机外部故障电压不稳重新考虑负载和切削条 件会造成“闷车”的原因可能是：负载过 大或切削条件恶劣重新考虑负载和切削条 件6.电动机一开始就不转。造成此故障的可能原因及排除措施见表4-6。表4-6：电动机已开始就不转的故障综述故障部位可能原因排除措施步进驱动 器驱动器与电动机连线断线确定连线正常保险丝是否熔断更换保险丝当动力线断线时，一线式步进 屯动机是不能转动的，侣二相 五线制电动机仍可转动，但力 矩不足。确保动力线的连接正常骡动器报警（过电压、欠电压、 过电流、过热）按相关报警方法

14、解除骡动器使能信号被封锁通过plc观察是否使能信号 1:常骡动器电路故障最好用交换法，确定是否驶 动器电路故障，更换驶动器 电路板或驱动器接口信号线接触不良重新连接好信号线系统参数设置不当如：工作方 式不对依照参数说明书，重新设置 相关参数步进电动 机电动机卡死主要是机械故障，排除卡死 的故障原因，经验证，确保 电动机正常后，方可继续使 用长期在潮湿场所存放，造成屯 动机部分生锈更换步进电动机屯动机故障指令脉冲太窄、频率过高、脉 冲电平太低会出现尖叫后不转的现象， 按尖叫后不转的故障处理外部故障安装不正确一般发生在新机调试时，重 新安装调成电动机本身轴承等故障重新进行机械的调整7.步进电动机失

15、步或多步，此故障引起的可能现象是工作过程中，配置步进驱 动系统的某轴突然停顿，而后，又继续走动。此故障的可能原因具体综述见表 4-7 o表4-7：步进电动机失步或多步的可能原因及排除措施可能原因检查步骤排除措施负载过大，超过电动机的承 载能力重新调整加工程序切 削参数负载忽大忽小是否毛坯余量分配不均 匀等调整加工条件负载的转动惯量过大，启动 时失步、停车时过冲可在不正式加工的条件 下进行试运行，判断是 否有此想象发生重新考虑负载的转动 惯量传动间隙大小不均进行机械传动精度的检 验进行螺距误并补偿传动间隙产生的零件有弹 性变形重新考虑这种材料的 工件的加工方案电动机工作在震荡失步区分析电动机速度

16、及电动 机频率调整加工切削参数电路总清零使用不当干扰处理好接地，做好屏蔽 处理电动机故障，如定、转子相 擦有的严重的情况，听声 咅度可以感觉出来更换电动机8.运转不均匀，有抖动，反映在加工中是加工的工件有振纹，表面光洁度并。 引起此故障的可能原因及排除措施见表4-8o表4-8：数控装置显示时有时无或抖动的故障综述可能原因检查步骤排除措施指令脉冲不均匀用示波是观察指令脉冲从数控系统找故障，去排除指令脉冲太窄指令脉冲电平不正 确用万用表观测指令脉冲电 平指令脉冲电平与驱 动器不匹配用万用表测量指令脉冲电 平后比较，是否与驱动器 匹配确实电平能匹配脉冲信号存在噪声用示波器观测脉冲信号注意观察电平是否

17、变化频繁脉冲频率与机械发 生共振可目测调节数控系统参数，避免共振9. 电动机定位不准。反映在加工中的故障就是加工工件尺寸有问题。可能原 因及故障排除措施见表4-9表4-9电动机定位不准的故障综述可能原因检查步骤排除措施加减速时间太小根据参数说明卩，重新设置好参数指令信号存在干 扰噪声利用示波器，检查指令 信号是否正常如果示波器显示，信号只是受到小 幅度的变化，口 j加注磁环或抗干扰 的元器件，同时处理好接地，做好 屏蔽处理系统屏蔽不良4. 2.4步进电动机常见故障及维修常见故障见表4-10o表410：步进电动机常见故障综述故障现象可能原因排除措施电动机尖叫cnc中与伺服驱动有关的参数 设定、调

18、整不当引起的正确设置参数屯动机不能旋 转保险丝是否熔断更换保险丝动力线短线确保动力线连接良好参数设置不当依照参数说明书，重新设置 相关参数电动机卡死主要是机械故障，排除卡死 的故障原因，经验证，确保 电动机正常后，方可继续使 用生锈或故障更换步进电动机屯动机发热异 常动力线r、s、t连线不搭配正确连接r、s、t线4.2.5步进驱动系统维修实例：例1：加工大导程螺纹吋，出现堵转现象。 故障诊断和处理过程：开环控制的数控机床的cnc装置的脉冲当量一般为 0.01mm, z坐标轴g00指令速度般为2000mm/min3000mm/min。开环控制的数 控车床的主轴结构一般有两类：一类是由普通车床改造

19、的数控车床，主轴的机械结构不变，仍然保持换档有 级调速；另一类是采用通用变频器控制数控车床主轴实现无级调速。这种主轴无 级调速的数控车床在进行人导程螺纹加工时，进给轴会产生堵转，这是高速低转 矩特性造成的。如果主轴无级调速的数控车床加工lomni导程的螺纹时，主轴转速选择 300r/min,那么丿j架沿z坐标轴需要用3000mm/niin的进给速度配合加工，z坐 标轴步进屯动机的转速和负载转矩是无法达到这个要求的，因此会出现堵转现 象。如果将主轴转速降低，刀架沿z坐标轴加工的速度减慢，z坐标轴步进电动 机的转矩增大，螺纹加工的问题似乎可以得到改善，然而由于主轴采用通用变频 器调速，使得主轴在低

20、速运行吋转矩变小，主轴会产生堵转。对于主轴保持换档变速的开环控制的数控车床，在加工大导程螺纹时，主轴 可以低速止常运行，大导程螺纹加工的问题可以得到改善，但是光洁度受到影响。 如果在加工过程屮，切削进给量过大，也会出现z坐标轴堵转现象。例2：步进电动机驱动单元的常见故障功率管损坏。故障诊断和处理过程：步进屯动机驱动单元的常见故障为功率管损坏。功率管损 坏的原因主要是功率管过热或过流造成的。要重点检杳提供功率管的电压是否过 高，功率管散热环境是否良好，步进电动机驱动单元与步进电动机的连线是否可 靠，有没有短路现象等，如有故障要逐一排除。为了改善步进电动机的高频特性，步进电动机驱动单元一般采用大于

21、80v 交流电压供电（以前有50v）,经过整流后，功率管上承受较高的直流工作电压。 如果步进屯动机驱动单元接入的屯压波动范围较人或者冇屯气干扰、散热环境不 良等原因，就可能引起功率管损坏。对于开环控制的数控机床，重要的指标是可 靠性。因此，可以适当降低步进电动机驱动单元的输入电压，以换取步进电动机 骡动器的稳定性和可靠性。例3：经济型数控机床的启动、停车影响工件的精度。故障诊断和处理过程：步进电动机旋转时，其绕组线圈的通、断电流是有 一定顺序的。以一个五相十拍步进电动机为例，启动时，a相线圈通电，然后各 相线圈按照 a->ab->b->bc->c->cd->

22、d->de->e->ea->a 所示顺序通电。我 们称a相为初始相，因为每次重新通电的时候，总是a相处于通电状态。当步 进屯动机旋转一段时间后，通电的状态是其中的某个状态。这时机床断屯停止运 行时，步进电动机在该状态初结束。当机床再次启动通电工作时，步进电动机又 从a向开始，与前次结束不一定是同相，这两个不同的状态会使偏传若干个步 距角，工作台的位置产生偏差，cnc对此偏差是无法进行补偿的。数控机床在批量加工零件吋，如果因换班断电停车或者有其他原因断电停 车更换加工零件，根据上述的原因，这时所加工的零件尺寸会有偏差。解决这个 问题可以通过检测步进电动机驱动单元的初始相信

23、号，使机床在初始相处断电停 车来解决。另一种解决方法是在数控机床上安装机床回参考点来解决。4. 1进给伺服驱动系统介绍4. 3.1进给伺服驱动系统的组成及分类1. 进给伺服驱动系统的组成数控机床的伺服系统-般由驱动控制单元，驱动单元，机械传动部件，执行 机构和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动单元组成伺服驱动系统。机械 传动部件和执行机构组成机械传动系统。检测元件和反馈电路组成检测装置，也 称检测系统。进给伺服系统的任务就是要完成各坐标轴的位置控制。数控系统根据输入的 程序指令及数据，经插补运算后得到位置控制指令，同时，位置检测装置将实际 位置监测信号反馈于数控系统，构成全闭环或半闭环的位

24、置控制。经位置比较后, 数控系统输出速度控制指令至各坐标轴的张动装置，经速度控制单元驱动伺服电 动机滚珠丝杠传动实现进给运动。伺服电动机上的反馈装置将转速信号反馈冋系 统与速度控制指令比较，构成速度反馈控制。因此，进给伺服系统实际上是外环 为位置环、内环为速度环的控制系统。对进给伺服系统的维护及故障诊断将落实 到位置环和速度环上。组成这两个环的具体装置有：用于位置检测的冇光栅、光 电编码器、感应同步器、旋转变压器和磁栅等；用于转速检测的有测速发电动机 或光电编码器等。2. 进给伺服驱动系统的分类按伺服进给系统使用的伺服类型，半闭环、闭环数控机床常用的伺服进给系 统可以分直流伺服驱动系统和交流伺

25、服驱动系统两大类。在20世纪70年代至 8()年代的数控机床上，一般均采用直流伺服驱动；从80年代中、后期起，数控 机床上多采用交流伺服驱动。下而将分别按直流伺服驱动系统、交流伺服驱动系 统来阐述其维修与维护的相关知识。4. 3. 2直流进给驱动系统的介绍1.2.交流伺服系统的组成交流伺服系统主要由下列几个部分构成，如图4-11所示。(1) 交流伺服电动机。可分为永磁交流同步伺服电动机，永磁无刷直流伺 服电动机、感应伺服电动机及磁阻式伺服电动机；(2) pwm功率逆变器。可分为功率晶体管逆变器、功率场效应管逆变器、 igbt逆变器(包括智能型igbt逆变器模块)等。(3) 微处理器控制器及逻辑

26、门阵列。可分为单片机、dsp数字信号处理器、 dsp+cpu、多功能 dsp (如 tms320f240)等；(4) 位置传感器(含速度)。可分为旋转变压器、磁性编码器、光电编码 器等；(5) 电源及能耗制动电路；(6) 键盘及显示电路；(7) 接口电路。包括模拟电压、数字i/o及串口通讯电路(8) 故障检测，保护电路。图4-11交流伺服系统组成3. 交流伺服电动机的简介交流伺服电动机可依据电动机运行原理的不同，分为感应式（或称异步） 交流伺服电动机、永磁式同步电动机、永磁式无刷直流伺服电动机、和磁阻 同步交流伺服电动机。这些电动机具有相同的三相绕组的定子结构。感应式交流伺服电动机，其转子电流

27、出滑差电势产生，并与磁场相互作 用产生转矩，其主要优点是无刷，结构坚固、造价低、免维护，对环境要求 低，其主磁通用激磁电流产生，很容易实现弱磁控制，高传速可以达到45 倍的额定转速；缺点是需要激磁电流，内功率因数低，效率较低，转子散热 困难，要求较大的伺服驱动器容量，电动机的电磁关系复杂，要实现电动机 的磁通与转矩的控制比较困难，电动机非线性参数的变化影响控制精度，必 须进行参数在线辨识才能达到较好的控制效果。永磁同步交流伺服电动机，气隙磁场由稀土永磁体产生，转矩控制由调 节电枢的电流实现，转矩的控制较感应电动机简单，并且能达到较高的控制 精度；转子无铜、铁损耗，效率高、内功率因数高，也具有无

28、刷免维护的特 点，体积和惯量小，快速性好；在控制上需要轴位置传感器，以便识别气隙 磁场的位置；价格较感应电动机贵。无刷直流伺服电动机，英结构与永磁同步伺服电动机相同，借助较简单 的位置传感器（如霍尔磁敏开关）的信号，控制电枢绕组的换向，控制最为 简单；由于每个绕组的换向都需要一套功率开关电路，电枢绕组的数目通常 只采用三相，相当于只有三个换向片的直流电动机，因此运行时电动机的脉 动转矩大，造成速度的脉动，需要采用速度闭环才能运行于较低转速，该电 动机的气隙磁通为方波分布，可降低电动机制造成本。有时，将无刷直流伺 服系统与同步交流伺服混为一谈，外表上很难区分，实际上两者的控制性能 是有较大差别的

29、。磁阻同步交流伺服电动机，转子磁路具有不对称的磁阻特性，无永磁体 或绕组，也不产生损耗；其气隙磁场由定子电流的激磁分量产生，定子电流的转矩分量则产牛电磁转矩；内功率因数较低，要求较大的伺服驱动器容量, 也具有无刷、免维护的特点；并克服了永磁同步电动机弱磁控制效果差的缺 点，口实现弱磁控制，速度控制范围口j达到0. lrpmloooorpm,也兼冇永磁 同步电动机控制简单的优点，但需要轴位置传感器，价格较永磁同步电动机 便宜，但体积较大些。目前市场上的交流伺服电动机产品主要是永磁同步伺服电动机及无刷 直流伺服电动机。4. 永磁式同步交流伺服电动机控制原理图4-11表示永磁同步电动机控制原理框图交

30、流伺服系统是一个多环控制系统， 需要实现位置、速度、电流三种负反馈控制设置了三个调节器，分别调节位置、 速度和电流，三者z间实行串级联接,把位置调节器的输出当作速度调节器的输 入，再把速度调节器的输出作为电流调节器的输入,而把电流调节器的输出经过 坐标变换后，给出同步电动机三相电压的瞬时给定值，通过pwm逆变器，实现对同 步电动机三相绕组的控制实测的三相电流瞬时值，也要通过坐标反变 换，成为实现屯流的反馈控制上述控制框图,在结构电流为最内环，位置为最外 环,形成了位置、速度、电流的三闭环控制直流电源9* +图4-11永磁同步电动机控制原理框图4.3.3典型接口电路举例及电路接口例：采用s1nu

31、mer1k802d带总线指令接口控制的simodrive进给驱动装置的 连线实例，如图4-12所示。i cnc i | sinumerik 802d|伺服电源模块电源厂p600x423伺服驱动模块1pcu电源ix423j a 1r 1et6sn11231aboooaa16sn11231aa000aa!l6sn11461ab000bal|3-ac380vmmy料由1fk60606af711ag01fk60606af711ag0r*xt5vgnda*ab-l-1fk60606af711ag0图4-12釆用总线指令接口控制的进给驱动装置的连线实例例：某进给伺服驱动装置的接口如图413所示。r

32、1;xt5vgnda*屮b-l-i00aai ix41i jx412-.ilyijyilwipel j+m-图4-13某进给伺服张动装置的内部接口图4.2进给伺服驱动系统常见的报警及处理4.4.1进给伺服系统各类故障的表现形式当进给伺服系统出现故障吋，通常有三种表现方式： 在crt或操作面板上显示报警内容和报警信息，它是利用软件的诊断程 序来实现的。 利用进给伺服驱动单元上的硬件（如：报警灯或数码管指示，保险丝熔 断等）显示报警驱动单元的故障信息； 进给运动不正常，但无任何报警信息。其中前两类，都可根据生产厂家或公司提供的产品维修说明书中有关“齐种报警信息产生的可能原因”的提示进行分析判断，一

33、般都能确诊故障原因、 部位。对于第三类故障，则需要进行综合分析，这类故障往往是以机床上工作不 止常的形式出现的，如机床失控、机床振动及工件加工质量太弟等。伺服系统的故障诊断，虽然由于伺服驱动系统生产厂家的不同，在具体做 法上可能有所区别，但其基木检查方法与诊断原理却是一致的。诊断伺服系统的 故障，一般可利用状态指示灯诊断法、数控系统报警显示的诊断法、系统诊断信 号的检杳法、原理分析法的等等。4.4.2软件报警（crt显示）故障及处理1. 进给伺服系统出错报警故障这类故障的起因，大多是速度控制单元方面的故障引起的，或是主控制印制 线路板与位置控制或伺服信号有关部分的故障。例：下表为fanuc p

34、wm速度 控制单元的控制板上的7个报警指示灯，分别是brk、hval、hcal、ovc、 lval、tgls以及dcal；在它们下方还有prdy （位置控制已准备好信号） 和vrdy （速度控制单元已准备好信号）2个状态指示灯，其含义见表4-1 k表411速度控制单元状态指示灯一览表代号含义备注代号含义备注brk骡动器主冋路熔断器跳闸红色tgls转速太高红色hcal驱动器过电流报警红色dcal直流母线过电压报警红色hval驱动器过电压报警红色pray位置控制准备好绿色ovc驱动器过载报警红色vrdy速度控制单元准备好绿色lval驱动器欠电压报警红色备注：表示出于含义说明中是的状态2. 检测元件

35、（测速发电动机、旋转变压器或脉冲编码器）或检测信号方面 引起的故障。例如：某数控机床显示“主轴编码器断线”。引起的原因有： 电动机动力线断线。如果伺服电源刚接通，尚未接到任何指令时，就 发生这种报警，则由于断线而造成故障可能性最大。 伺服单元印制线路板上设定错误，如将检测元件脉冲编码器设定成了 测速发电动机等。 没有速度反馈电压或时有时无，这可用显示其来测量速度反馈信号来 判断，这类故障除检测元件本身存在故障外，多数是由于连接不良或 接通不良引起的。 rtr丁光屯隔离板或中间的某些屯路板上劣质元器件所引起的。当有时 开机运行和当长一段时间后，出现“主轴编码器断线”，这时，重新 开机，可能会自动

36、消除故障。3. 参数被破坏 参数被破坏报警表示伺服单元小的参数由于某些原因引起混乱或丢失。引起此报警的通常原因及常规处理见表4-12o表412“参数被破坏”报警综述警报内容警报发生状 况可能原因处理措施参数破坏在接通控制 电源时发生止在设定参数时电源断 开进行用户参数初 始化后重新输入 参数止在写入参数时电源断 开超出参数的吗入次数更换伺服张动器（重新评估参数写入法）伺服驱动器eeprom以及 外围电路故障更换伺服张动器参数设定异常在接通控制 电源时发生装入了设定不适当的参 如执行用户参数初始化处理4. 主电路检测部分异常引起此报警的通常原因及常规处理见下表413。表413 “主电路检测部分异

37、常”报警综述警报内容警报发生状可能原因处理措施况主电路检测部分 异常在接通控制 电源时或者 运行过程屮 发丫控制电源不稳定将电源恢复正常伺服驱动器故障更换伺服驱动器5.超速 引起此报警的通常原因及常规处理见下表4-14o表414“超速”报警综述警报内容警报发生状 况可能原因处理措施超速接通控制电 源吋发生电路板故障更换伺服驱动器电动机编码器故障更换编码器电动机运转 过程中发生速度标定设定不合 适重设速度设定速度指令过大使速度指令减到规定 范围内电动机编码器信号 线故障新布线电动机编码器故障更换编码器电动机启动时发生超跳过人重设伺服调整使起动 特性曲线变缓负载惯量过大伺服在惯量减到规定 范围内6

38、.限位动作限位报警主要指的就是超程报警。引起此报警的通常原因及常规处理见下表4-15o表415“限位”报警综述警报发生状况可能原因处理措施限位开关动作限位开关有动作（即控 制轴实际已经超程）；参照机床使用说 明书进行超程解 除限位开关电路开路。依次检查限位电 路，处理电路开路 故障4.3进给伺服驱动系统常见故障及排除4. 5. 1进给伺服系统常见的故障及处理1.机床振动。指的是机床在移动式或停止时的振荡、运动时的爬行、正常加工 过程屮的运动不稳等等。故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系 统的调整与设定不当等等。(1) 开停机时振荡的故障原因、检查和处理方法见下表4-23。表4-23

39、机床振动的原因与检查、处理方法项目故障原因检査步骤措施1位置控制系统参数设定错 误对照系统参数说明检查原因设定正确的参 数2速度控制单元设定错误对照速度控制单元说明或根 据机床厂捉供的设定单检查 设定正确设定速度 控制单元3反馈装置出错反馈装置本身是否冇故障更换反馈装置反馈装置连线是否正确正确连接反馈 线4电动机本身有故障用替换法，检查是否电动机冇 故障如冇故障，更 换电动机5振动周期与进给速度成正 比故障原因：机床、检测器、 不良，插不精度差或检测 增益设定太高若插补精度差，振动周期可能 为位置检测器信号周期的1 或2倍；若为连续振动，可能 是检测增益设定太高。检查与振动周期同步的部分， 并

40、找到不良部分更换或维修不 良部分，调整 或检测增益故障查找的方法例如：当机床以高速运行时，如果产生振动，这时就会出 现过流报警。这种振动问题一般属于速度问题，所以应去查找速度环，而机床速 度的整个调节过程是由速度调节器来完成的。即凡是与速度有关的问题，应该去 查找速度调节器，因此振动问题应查找速度调节器。主要从给定信号、反馈信号 及速度调节器本身这三方面去查找故障。 首先检查输给速度调节器的信号，即给定信号，这个给定信号是由位置 偏差计数器岀来经d/a转换器转换的模拟量vcmd送入速度调节器的， 应查一下这个信号是否有振动分量，如它只有一个周期的振动信号，可 以确认速度调节器没有问题，而是前级

41、的问题，即应向d/a转换器或位 置偏差计数器去查找问题。如果正常，就转向查测速发电动机或伺服电 动机的位置反馈装置是否有故障或连线错误。 检杳测速发电动机及伺服电动机：当机床振动时，说明机床速度在振荡, 当然反馈回來的波形一定也在振荡，观察它的波形是否出现冇规律的大 起大落。这时，最好能测一下机床的振动频率与旋转的速度是否存在一 个准确的比例关系，如振动频率是电动机转速的四倍频率，这是就应考 虑电动机或发电动机有故障。因振动频率与屯动机转速成一定比例，首先要检查电动机有无故 障，如果没有问题，就再检查反馈装置连线是否正确。 位置控制系统或速度控制单元上的设定错误：如系统或位置环的放人倍 数(检

42、测倍率)过大，最大轴速度，最大指令值等设置错误。 速度调节器故障如采用上述方法还不能完全消除振动，甚至无任何改 善，就应考虑速度调节器本身的问题，应更换速度调节器板或换下后彻 底检测各处波形。 检查振动频率与进给速度的关系：如二者成比例，除机床共振原因外， 多数是因为cnc系统插补精度太差或位置检测增益太高引起的，须进行 插补调整和检测增益的调整。如果与进给速度无关，可能原因冇：速度 控制单元的设定与机床不匹配，速度控制单元调整不好，该轴的速度环 增益太大，或是速度控制单元的印制线路板不良。例：一台配套某数控系统的龙门加工屮心，在启动完成、进入可操作状态后，x 轴只要一运动即岀现高频震荡，产生

43、尖叫，系统无任何报警。分析与处理过程：在故障出现后，观察x轴拖板，发现实际拖板振动位移 很小；但触摸输岀轴，可感觉到转子在以很小的幅度、极高的频率振动；且振动 的噪声就来自x轴伺服。考虑到振动无论是在运动屮述是静止时均发生，与运动速度无关，故基本 上可以排除测速发电动机、位置反馈编码器等硕件损坏的可能性。分析可能的原因是cnc屮与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的； 且由于机床振动频率很高，因此时间常数较小的电流环引起振动的口j能性较人。由于fanuc 15ma数控系统采用的是数字伺服，伺服参数的调整可以直接 通过系统进行，维修时调岀伺服调整参数页而，并与机床随机资料屮捉供的参数 表对照，

44、发现参数parm1852. parm1825与提供值不符，设定值见下： 参数号正常值实际设定值185210003414182520002770将上述参数重新修改后，振动现象消失，机床恢复正常工作。(2) 工作过程中，振动或爬行。引起此故障的通常原因及常规处理见表4-24 o表424工作过程中，振动或爬行故障的原因及排除综述可能原因排除方法措施，负载过重重新考虑此 机床所能承 受的负载减轻负载，让机床工作在额定负载以 内机械传动系统 不良依次察看机 械传动链保持良好的机械润滑，并排除传动故 障位置环增益过 高查看相关参 数重新调整伺服参数伺服不良通过交换 法，一般可 快速排除更换伺服驱动器故障维

45、修实例：运动不平稳故障维修故障现象：一台配套某系统的加工中心，进给加工过程中，发现x轴有振 动现象。分析与处理过程：加工过程屮坐标轴岀现振动、爬行现彖与多种原因冇关, 故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系统的调整与设定不出等 等。为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动方式，用手摇脉冲发生器控制 x轴进给，发现x轴仍有振动现象。在此方式卜通过较长时间的移动后，x轴 速度单元上ovc报警灯亮。证明x轴伺服驱动器发生了过电流报警，根据以上 现象，分析可能的原因如下： 负载过重。 机械传动系统不良。 位置环增益过高。 伺服不良，等等。维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服上。卸下x轴

46、，经检查发 现6个电刷屮有2个的弹簧已经烧断，造成了电枢电流不平衡，使输出转短不平 衡。另外，发现的轴承亦有损坏，故而引起x轴的振动与过电流。更换轴承与电刷后，机床恢复止常。又例：配套某系统的加工屮心，在长期使用后，手动操作z轴时冇振动和异常 响声，并岀现“移动过程中” z轴误差过大”报警。为了分清故障部位，考虑到机床伺服系统为半闭环结构，通过脱开与丝杠 的连接，再次开机试验，发现伺服驱动系统工作正常，故障清楚，从而判定故障 原因在机床机械部分。利用手动转动机床z轴，发现丝杠转动困难，丝杠的轴承发热。经仔细检 查，发现z轴导轨无润滑，造成z轴摩擦阻力过大；重新修理z轴润滑系统后, 机床恢复正常

47、。（3）工作台移动到某处时出现缓慢的止反向摆动。机床经过长期使用， 机床与伺服驱动系统z间的配合可能会产生部分改变，一旦匹配不良，可 能引起伺服系统的局部振动。例：一台配套某系统的加工中心，在长期使用后，只要工作台移动到行程的中间 段，x轴即出现缓慢的止、反向摆动。分析与处理过程：由于机床在其他位置时工作均正常，因此，系统参数、 伺服骡动器和机械部分应无问题。考虑到机床已经过长期使用，机床与伺服驱动系统之间的配合可能会发牛 部分改变，一旦匹配不良，可能引起伺服系统的局部振动。根据fanuc伺服驱 动系统的调整与设定说明，维修时通过改变x轴伺服单元上的s6、s7、slk s13 等设定端的设定，

48、消除了机床的振动。2.运动失控（即飞车）可能的原因见表4-25。表4-25机床失控的原因与检查、处理方法项故障原因检查步骤措施1位置检测、速度检测信号不良检查连线，检查位置、速度环 是否为 止反馈改止连线2位置编码器故障可以用交换法重新进行止确的 连接3主板、速度控制单元故 障用排除法确定次模块有故障更换印制电路板3.机床定位精度或加工精度差机床定位精度或加工精度差可分为定位超 调、单脉冲进给精度差、定位点精度不好、圆弧插补加工的圆度差等情况。其故 障的原因、检查和处理方法见表4-26o表4-26机床定位精度和加工精度差的原因与检查、处理方法项目故障原因检查步骤措施超 调1加/减速时间设定过小

49、检测起、制动电流是否 已经饱和延长加/减速时间设定2与机床的连接部分刚性差 或连接不牢固检查故障是否可以通 过减小位置环增益改 善减小位置环增益 或提高机床的刚 性单 脉 冲 精 度1需要根据不同情况进行故 障分析检查定位时位置跟随 误差是否止确若心确，见第2 项，否则第3项2机械传动系统存在爬行或 松动检查机械部件的安装 精度与定位精度调整机床机械传 动系统3伺服系统的增益不足调整速度控制单元扮 傻姑娘的相应旋钮，提 高速度环增益提高位置环、速 度环增益定 位1需根据不同情况进行故障 分析检查定位是位置跟随 误差是否止确若心确，见第2 项，否则第3项精 度 不 良2机械传动系统存在爬行或 松

50、动检查机械部件的安装 精度与定位精度调整机床机械传 动系统3位置控制单元不良更换位置控制单元板（主板）更换不良板4位置检测器件（编码器、光 栅）不良检测位置检测器件（编 码器、光栅）更换不良位置检 测期间（编码器、 光栅）5速度控制单元控制板不良维修、更换不良 板圆 弧 插 补 加 工 的 圆 度 差1需根据不同情况进行故障 分析测量不圆度，检查周向 上是否变形，45。方向 上是否成椭圆若轴向变形，则 见第2项，若45 °方向上成椭 圆，则见第3项2机床反向间隙大、定位精度 差测量各轴的定位精度与反向间隙调整机床，进行 定位精度、反向 间隙的补偿3位置环增益设定不当调整控制单元使同样

51、 的进给速度下各插补 轴的位置跟随误差的差值在±1%以内调整位置环增益 以消除各轴间的 增益差4各插补轴的检测增益设定不良在项目3调整后，在45°上成椭圆调整检测增益5感应同步器或旋转变压器 的接口板调整不良检查接口板的调整重新调整接口板6丝杠间隙或传动系统间隙测量、重新调整间隙调整间隙或改变 间隙补偿值当圆弧插补出现45。方向上的椭圆时，可以通过调整伺服进给轴的位置増益进行调整。坐标轴的位置增益由下式计算:k严空zxess式屮 b进给速度（mm/min）；弘位置跟随误差（0. 001mm）； k.；.位置增益（1/s） o位置跟随误差可以通过数控系统的诊断参数检查。位置跟

52、随误差则在速度 控制单元上有相应的电位器来调节。注意，参与圆弧插补的两轴的位置跟随误差 的差值必须控制在1%以内。4.位置跟随误差超差报警 伺服轴运动超过位置允差范围时，数控系统就会产 生位置误差过人的报警，包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要原因及排 除见表4-27o表4-27：位置跟随误差超差报警的原因及处理故障原因检查步骤措施伺服过载或冇 故障查看伺服驱动器相应的报警指示灯减轻负载，让机床工作在 额定负载以内动力线或反馈 线连接错误检查连线正确连接电动机与反馈 装置的连接线伺服变压器过 执八、查看相应的工作条件和状态观察散热风扇是否工作 正常，作好散热措施保护熔断器熔 断输入电源电压

53、 太低用万用表测量输入电压确保输入电压正常伺服驱动器与 cnc间的信号 电缆连接不良检查信号电缆的连接，分别测量电 缆信号线各引脚的通断确保信号电缆传输正常干扰检查屏蔽线处理好地线以及屏蔽层参数设置不当检查设置位置跟随误差的参数，如： 伺服系统增益设置不当，位置偏差 值设定错误或过小依参数说明书正确设置 参数速度控制m元 故障都口 j以用同型号的备用电路板來测 试现在的电路板是否有故障如果确认故障，更换相应 电路板或驱动器系统主板的位 置控制部分故 障编码器反馈不用于转动电动机，看反馈的数值是 否相符如果确认不良，更换编码 器机械传动系统 冇故障如：进给传动链累计误差过人或机 械结构连接不好而

54、造成的传动间隙 过人；排除机械故障，确保工作 正常5.超程 当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硕限位时， 就会发生超程报警，一般会在crt上显示报警内容，根据数控系统说明书，即可 排除故障，解除超程。具体情况见表4-21表4-21超程故障的原因及排除故障现象可能原因排除措施系统岀错，提示某轴硬件 超程零件太大，不适合在此机 床上加工重新考虑加工次零件的 条件伺服的超程回路短路此次检验超程回路，避免 超程信号的误输入系统报警，提示某轴软超 程程序错误重新编制程序刀具起点位置有误重新对刀6.超过速度控制范围（一般crt上有超速的提示）速度控制单元超速的原因及 排除见表4-22：表4-22超速的报警及处理故障原因检查步骤排除措施测速反馈连接错误用万用表测量各端子极 性按相应端子连接好反馈线检测信号不正确 或无速度与位置 检测信号检查联轴器、与工作台 的连接是否良好正确连接工作台与联轴器之间的 连接速度控制单元参 数设定不当或设 置过低检查相应参数是否不 当，如加减速捷速时间 常数设置过小重新设置参数位置控制板发生