常見數控機床伺服系統故障分析

周 荃

濰坊職業學院，山東濰坊 261030

常見數控機床伺服系統故障分析

周 荃

濰坊職業學院，山東濰坊 261030

隨著我國機械制造業的迅猛發展，數控機床的使用也越來越廣泛。數控機床涉及機、電、液、氣等技術，其故障類型繁多，故障點難確定。本文通過對數控機床伺服系統的分析，總結出伺服系統故障的規律，供使用者及時方便地排除故障。

數控機床；伺服系統；故障

數控機床是一種高效自動化機床，它綜合了機、電、液、氣等各個領域的新的技術成果， 其品種多樣性和結構復雜性對其故障診斷提出了很高的要求。數控機床的故障種類眾多，CNC系統、進給伺服系統、主軸伺服系統和輔助機構等部分的運行不良都可導致數控機床發生故障。其中伺服系統的故障占機床總故障的比率較高，其故障的發生直接影響到機床的運行狀態和零件的加工質量。由于伺服系統涉及的環節較多，原理復雜，給診斷和維修帶來了一定困難。

伺服系統是CNC系統和機床本體之間的電傳動聯系環節，由進給伺服系統和主軸伺服系統兩部分組成。進給伺服系統負責完成CNC輸出的各坐標軸位置控制，達到進給驅動的要求；主軸伺服系統用來實現機床的主運動，它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。

1 進給伺服系統

進給伺服系統的作用是根據數控系統傳來的指令信息，進給放大以后控制執行部件的運動，不僅需要控制進給運動的速度，同時還要精確控制刀具相對于工件的移動位置和軌跡。按照進給伺服系統的控制方式，可將數控機床分為開環、閉環、半閉環3種類型，其中開環進給伺服系統無位置檢測裝置，閉環、半閉環伺服系統含有位置測量裝置或角位移測量裝置。典型的數控機床閉環控制進給伺服系統通常由位置比較、放大元件、驅動元件、機械傳動裝置和檢測反饋元件等部分組成，任一環節不穩定都可能導致系統故障，診斷定位故障部位就成為故障排除的關鍵。

1.1 常見進給伺服系統故障類型

1）在CRT顯示器或操作面板上顯示報警內容或報警信息的故障：控制單元故障，如位置控制單元、速度控制單元發生故障；檢測單元故障，如測速發電機、旋轉變壓器、脈沖編碼器、光柵尺故障；過熱報警，如伺服電機過熱報警等；

2）在進給伺服單元上用報警燈或數碼管顯示的故障：如進給驅動單元過載、過電流報警；電網電壓過高報警、電壓過低報警；感應開關動作有誤報警等；

3）無報警顯示的故障：機床噪音過大、機床振動、進給運動不穩定、位置誤差超過允許值等。

1.2 常見進給伺服系統故障現象

1）超程

當進給運動超過提前設定的限位時，就會發生超程報警。這種故障一般會在CRT上顯示報警內容，操作人員可根據機床說明書進行操作，即可排除故障，解除報警。

2）振動

伺服系統產生振動的原因可能有：機械安裝、調整不良；伺服電機速度、位置檢測不準確；驅動單元參數設定和調整不當（如系統增益設定、積分時間常數設定不合理）外部干擾過大等，操作人員可先行確定是電氣還是機械故障，進一步確定故障部位。

3）無法回參考點

機床無法回參考點通常由于回參考點減速開關產生的信號或零標志脈沖信號失效所致。排除故障時應結合機床回參考點的方式，對照故障現象進行分析，常用的診斷方法有原理分析法和追蹤法。

4）位置誤差超過允許值

進給伺服系統的位置誤差包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。常見的原因有：系統設定的誤差參數不合理、伺服系統增益設置不當、位置檢測裝置污損、主軸箱平衡裝置不穩等。

2 主軸伺服系統

數控機床的主軸伺服系統是指產生主切削力的傳動系統，一般包括伺服驅動裝置和伺服電動機兩部分。主軸伺服系統一般只是一個速度控制系統，要求具備正反轉，停車及調速功能，并要求有較大的調速范圍，它可由CNC裝置直接控制，也可由CNC裝置通過可編程控制器控制。常見的主軸伺服控制系統有直流主軸控制系統和交流主軸控制系統，不同類別的控制系統產生故障的類型也不盡相同。

2.1 常見主軸伺服控制系統故障類型

1）直流主軸控制系統常見故障：主軸停轉、主軸速度異常、主電動機產生振動或噪聲過大、主電路過電流報警等；

2）交流主軸控制系統常見故障：電動機過熱故障，如電機超負載運行、冷卻裝置損壞、控制單元與電機元件接觸不良等；交流輸入電路及再生回路熔絲熔斷，原因如阻抗過高、浪涌吸收器損壞等；主電機振動、噪聲過大、電機速度異常等。

2.2 常見主軸伺服系統故障現象

1）主軸電機不轉

當發生伺服電動機不轉的故障時，可以從以下幾個方面檢查原因：檢查數控系統是否有速度控制信號輸出；通過CRT觀察I/O狀態，分析機床PLC梯形圖，確定主軸的啟動條件（如冷卻、潤滑）是否滿足；對帶有電磁制動的伺服電動機，應檢查電磁制動是否釋放；伺服驅動單元及伺服電動機故障。

2）主軸達不到指令轉速

發生此類故障應先行考慮機械傳動機構是否正常，維修時可在MDI方式下進行各種高、中、低轉速轉換，如發現機床動作正常，則可排除機械傳動系統變速機構故障原因，隨后可檢查主軸驅動器的電纜連接以及主軸驅動器的狀態指示燈是否處于正常工作狀態，用以判斷主軸驅動器是否故障原因。除此之外，機床控制柜中的位置控制板輸出信號不穩定，也可使主軸電機轉速異常，操作人員同樣不可忽視。

3）主軸高速旋轉時振動

電機在高于某轉速旋轉時產生振動，可以基本排除機械共振的故障原因，發生此類故障多數由主軸驅動系統的電氣部分產生，應對照機床電氣原理圖仔細檢查機床的主軸驅動系統電氣連接，以進一步確定故障部位，排除故障。

伺服系統是數控機床的重要部分，出現故障的機會比較多，且通常后果比較嚴重，為了能在實際應用中能快速排除伺服系統故障，維修人員應從檢測開始，查找并分析故障部位和故障類型，進一步采取措施排除故障。

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1674-6708（2010）28-0026-02