數控機床進給伺服系統類故障診斷與處理

張丹鋒

摘 要：數控機床在工作時常出現由于進給伺服系統原因造成的機床故障，此類故障出現的常見形式有爬行、抖動、伺服電動機不轉、過載、工件尺寸無規律偏差等。針對這些典型故障，采用一定的機床維修技術，可以實現快速排除此類故障。

關鍵詞：進給伺服系統爬行抖動 伺服電動機

數控機床的進給伺服系統是以數控機床的各坐標為控制對象，以機床移動部件的位置和速度為控制量的自動控制系統，又稱位置隨動系統、進給伺服機構或進給伺服單元。在數控機床中，進給伺服系統是數控裝置和機床本體的聯系環節，它接收數控系統發出的位移、速度指令，經變換、放大后，由電動機經機械傳動機構驅動機床的工作臺或溜板沿某一坐標軸運動，通過軸的聯動使刀具相對工件產生各種復雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的復雜形狀的工件。

1.伺服進給系統常見故障形式

1.1 爬行

一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態不良、伺服系統增益過低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滾珠絲杠連接用的聯軸器，由于連接松動或聯軸器本身的缺陷，如裂紋、磨損、斷裂等，造成滾珠絲杠轉動或伺服電動機的轉動不同步，從而使進給忽快忽慢，產生爬行現象。

1.2抖動

在進給時出現抖動現象，其可能原因有：1、接線端子接觸不良，如緊固的螺釘松動；2、位置控制信號受到干擾，如屏蔽不好等；3、測速信號不穩定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等。如果竄動發生在正、反向運動的瞬間，則一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或者伺服系統增益過大引起。

1.3 過載

當進給運動的負載過大、參數設定錯誤、頻繁正、反向運動以及進給傳動鏈潤滑狀態不良時，均會引起過載的故障。此故障一般機床可以自行診斷出來，并在 CRT顯示屏上顯示過載、過熱或過電流報警。同時，在進給伺服模塊上用指示燈或者數碼管顯示驅動單元過載、過電流等報警信息。

1.4 伺服電動機不轉

當速度、位置控制信號未輸出、或者使能信號（即伺服允許信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓）未接通以及進給驅動單元故障都會造成此故障。此時應查閱電氣圖紙，測量數控裝置的指令輸出端子的信號是否正常，通過CRT觀察I/O狀態，分析機床 PLC梯形圖，以確定進給軸的啟動條件，觀察如潤滑、冷卻等是否滿足。如是進給驅動單元故障則用交換法，可判斷出相應單元是否有故障。2.進給伺服系統常見故障典型案例分析

案例1.故障現象：一臺配套SIEMENS 840D系統的加工中心在自動加工過程中，Y軸有抖動現象，加工零件表面不光滑。

故障診斷與處理：為了判定故障原因，將機床操作方式置于手動方式，用手搖脈沖發生器控制Y軸進給，在JOG方式下，來回移動Y軸，發現Y軸仍有振動現象。根據以上現象，分析可能的原因如下：

①電動機負載過大；②機械傳動系統故障；③系統參數設置不合適；④伺服電動機故障；⑤反饋電纜故障等；

維修時首先檢查系統參數（加速度、增益、積分時間等參數）的設定，發現與故障前的設定完全一致，因此可以初步判斷，Y軸的抖動與參數的設定無關。為了進一步驗證，維修時在記錄了原設定參數前提下，將以上參數進行了重新調節與試驗，發現故障依然存在，證明了判斷的正確性。

在以上基礎上，將參數設定值重新回到原設定后，依據由易到難的原則，對進給伺服系統進行檢查。首先對導軌潤滑進行檢查，導軌潤滑正常，進一步檢查絲杠、電機、聯軸節部件，發現聯軸節有松動現象，重新擰緊聯軸節后，開機試驗，故障現象消失，機床恢復正常工作。

案例2.故障現象：一臺配套FIDIA C2系統數控立柱移動床身銑床，加工零件時零件表面產生波紋。

故障診斷與處理：依據故障現象，產生該故障可能有一下幾方面的原因：

①機床系統參數設置不合理；②機床信號線、反饋線屏蔽不好；③驅動模塊故障；④電動機故障；⑤傳動皮帶及軸承磨損故障；⑥導軌潤滑故障；⑦裝卸刀頂刀桿頂住主軸故障；

維修時首先檢查系統參數，比較后發現系統參數未發生更改現象，修改參數反復試驗故障依然存在，檢查伺服模塊、信號電纜，未發現故障；檢查導軌、絲杠、軸承、均正常，當用手盤動主軸發現因反向空程引起主軸顫動，用百分表檢測主軸有竄動現象，因此可以斷定上述故障由主軸顫動引起，分解主軸發現主軸與銅套間隙較大，這直接影響了回轉精度；更換主軸軸承并調整滾動軸承內外環間隙，使滾動體與軸承接觸處產生初始彈性變形，防止間隙因使用過程載荷加大而加大，裝配后試車該故障排除。

案例3. 故障現象：一臺配套SIEMENS 840D 系統，采用全閉環控制數控龍門銑床，在自動加工過程中，發現所加工零件在Z方向上尺寸偏差0.3mm左右。

故障診斷與處理：根據故障現象，產生故障原因可能有以下幾個方面：

①操作工對刀是否正確；②程序有無錯誤；③回零擋塊有無松動；④伺服系統有無故障；⑤機械傳動部分有無松動、間隙；

依據以上幾方面的原因，逐項進行檢查，因零件只是Z向偏差，首先檢查對刀是否正確，經檢查設置正確；檢查程序未發現出錯；利用PLC診斷功能，機床回零各I/O點狀態正常；該設備配備SIEMENS 611D驅動，先檢查位控板和位置檢測元件，更換一新位控板，試驗發現零件Z向尺寸偏差現象消失。至此該故障得以排除。

3.結語

數控機床進給伺服類故障在日常的維修工作中經常會遇到，其原因也是多方面的，在排除時要進行多方面的檢測，耐心細致的分析和診斷，直至找出故障原因。

4.參考文獻

[1] 王潤孝.數控機床原理與系統.西安：西北工業大學出版社，1989.

[2] 任建平.現代數控機床故障診斷及維修.北京：國防工業出版社，2005.

[3] 徐衡.數控機床維修.沈陽：遼寧科學技術出版社，2005