數控機床進給伺服系統常見故障診斷與維修分析

馮啟恩

(佛山南海技師學院,廣東佛山 528000)

數控機床進給伺服系統常見故障診斷與維修分析

馮啟恩

(佛山南海技師學院,廣東佛山 528000)

位置檢測裝置、機床進給傳動鏈和最重要的進給驅動裝置構成了數控機床進給伺服系統,而數控機床進給伺服系統的功能和任務則是達到各坐標軸的位置控制。速度環、位置環和電流環包含在系統中,任意一環不能正常工作都可能導致伺服系統無法正常運轉。診斷伺服系統所出現的故障,一般會區分內因和外因兩種。伺服系統啟動的條件是否滿足是指外因,舉例便是供給伺服系統的控制信號是否出現,供給伺服系統的電源是否正常,內因指的是確認伺服驅動裝置故障等情況。供電及驅動條件在正常的情況下,系統自身仍然不能驅動伺服電機,即是內因。本文利用實例,探討和分析了伺服系統常見故障形式。

維修分析 數控機床 常見故障

1 超程

一般情況下,在進給運動中,如果限位開關設定的硬限位或由軟件設定的軟限位被超過,即可能發生超程報警的情況。當CRT上出現報警內容時,可以通過數控系統的說明書來排除故障,使警報解除。

2 過載

頻繁的正反向運動、過大的負載和傳動鏈潤滑狀況或過載檢測電路不良,都是在進給運動時可以導致過載報警情況發生的原因。當伺服電動機過載、過熱的報警出現在CRT顯示上時,可以通過進給驅動單元(電氣柜上)的指示燈和數碼管使驅動單元過載、過電流等信息得到顯示。對于故障,常可采取分析處理手段,首先對電氣伺服系統是否存在故障進行檢查,如果存在故障,多是由負載過重引起。區分電氣故障和機械故障這兩種情況的最佳手段是拆下Z軸電動機使其脫開機械,然后運行觀察故障是否仍然出現,通過此操作來確認是否由于機械絲杠或運動部位過緊而引起的。如果在調整Z軸絲杠防松螺母,仍觀察到效果不明顯,可以再次對Z軸導軌的鑲條進行調整,減輕該機床負載,消除故障。

3 回參考點故障

找不準參考點和找不到參考點是機床回參考點故障的最常見兩種類型。參考點開關擋塊位置設置不當是前者出現的主要原因,通過對擋塊位置的重新調整即可消除。而后一類故障,很可能是零標志脈沖信號失效(包括信號未產生或在傳輸中丟失)或回參考點減速開關的信號所致。在排除故障之前,首先需要做到清楚認識機床的回參考點方式,然后分析故障現象,可以對參考點開關和機床外部的擋塊進行預先檢測,觀察PLC接口I/O狀態指示信號(CN C系統);然后對編碼器的零標志脈沖信號進行檢測。

故障現象：一臺FANUC-TD系統的數控車床在進行回零作業時,X軸的回零動作運行正常,但X軸硬件超程的機床系統故障引起急停報警,而Z軸的回零控制此時顯示正常。

分析與處理過程：參考返回參考點的控制原理并結合故障現象,以得出出減速信號是否正常的判定,另外觀察零標志脈沖信號(位置檢測裝置上)是否正常。故障產生原因多是由系統軸板故障和X軸進給電機的編碼器故障引起。鑒于正常的Z軸回零動作,可通過交換法判斷故障的發生部位。交換之后,容易出現X軸回零操作正常而Z軸回零報警的情況,基本可確定故障是在系統軸板上的。更換軸板,恢復機床的正常運作。

4 伺服電動機不轉

控制信號和速度信號是數控系統至進給驅動單元所能發出的兩種信號。在伺服電動機不工作運轉的情況下,可以進行如下5個項目檢查：

(1)伺服電動機故障;(2)如伺服電動機帶電磁制動器,須對電磁制動器是否釋放的情況進行檢查;(3)數控系統的控制信號輸出是否有速度;(4)觀察CRT的I/O狀態并分析機床PLC梯形圖,確定潤滑、冷卻等啟動條件是否滿足,以檢查信號是否接通;(5)進給驅動單元故障。

故障現象：在一臺配套FANUC0M系統的加工機床開始作業后,先以自動運行的方式進行作業,之后出現了CRT示401號報警的情況。處理過程：401號報警出現后,根據其含義 “VRDY信號(軸伺服驅動器)斷開,驅動器未準備好”和機上伺服進給系統的實際配置情況,對其維修需要遵照的順序進行檢查并確認妥善。

對以上檢查進行逐條執行,以使驅動器的控制電源和故障是否有關得到初步的確定。對輸入電源進行仔細的檢查,發現輸入電源熔斷器電阻(X軸伺服驅動器上)遠大于2MΨ,超出了規定值很遠。對熔斷器進行更換,然后對直流輔助電壓進行二次測量,±15V、±24V恢復正常,PRDY和VRDY狀態指示燈恢復正常,再使機床重新運行,可使401號報警消失。

5 振動

液壓油的彈性模量遠遠小于鋼的彈性模量,外叉。內叉和軸的變形量比較于由液壓油被壓縮的變化量顯得極小,以致能夠忽略不計,故而在此把液壓升降臺外叉、內叉和軸都視作剛體。在偶爾出現的故障情況下,可以將CNC與伺服驅動系統本身無損壞作為初步的判定結論;如果操作人員反映機床在回參考點工作時無報警現象出現,則可以排除電纜連接不良的可能。在工作人員進行維修時,可通過Y軸編制的空運行試驗程序來確認：在停止和快進起動時容易出現故障時,且發生故障時,位于速度控制單元上的HVAL報警指示燈變亮,多可能是系統存電壓。對速度控制單元的輸入電源進行測量和檢查,如果輸入的電壓是正確的;可繼續檢查制動電阻(位于直流電母上)和斬波管是否損壞,繼而可以進一步得出故障是否由于負載過重引起的判定。

鑒于已得到的信息：本機床的Y軸采用液壓平衡系統, 平衡液壓缸的壓力調節也許和分析機械負載過重有關,可以繼續檢查液壓系統,如發現平衡壓力調整過低的情況,應調正并平衡系統的壓力,只有使故障完全消失,機床才能恢復高效運轉。

6 結語

在以上所述的過程中,液壓缸變形和液壓油被壓縮后體積減小是導致液壓升降平臺垂直方向位移的最主要原因,另外切不可忽視液壓缸的變形對于升降平臺垂直剛度所產生的的影響。外叉、升降機內叉、安裝尺寸、活塞桿尺寸和上料前活塞位移值共同決定了液壓升降平臺垂直方向剛度。在上料前,將活塞的位移值調節為100mm,會使銅裝線上料工位液壓升降平臺剛度最小。另外,如果操作者不考慮液壓缸外漏和內漏,那么會導致銅包裝線升降平臺的實際垂直剛度將小于之前所得到的剛度。

[1]楊中力.液壓缸驅動剪叉機構的運動學及動力學分析[J].人民郵電出版社,2010(4)：34-35.

[2]陶元芳,王鷹.液壓升降平臺結構有限元分析計算[J].大連理工大學出版社,2013(10)：58-60.

[3]劉榛.液壓缸驅動的剪刀撐機構運動及動力學分析[J].起重運輸機械,2011(2)：41-43.

[4]鄧宏光.剪叉式升降平臺建模及關鍵參數研究[J].機械工業出版社,2011,34(7)：20-22.