數控機床伺服系統故障維修措施探討

姚泰鋒 王國成 姚海鋒

摘要：數控機床的工作核心是伺服系統，數控機床伺服系統是機床機械傳動部件與數控系統的樞紐，伺服系統在機床動態運行中處于頻繁的啟動、制動等動作過程，故障率是最高的，因此伺服系統的穩定性、可靠性，直接影響零件加工的質量和效率。如何解決數控機床維修技術難題是數控機床維修領域面臨的重大問題。基于此，本篇文章對數控機床伺服系統故障維修措施進行研究，以供參考。

關鍵詞：數控機床;伺服系統;故障維修;措施探討

引言

隨著機加工行業的蓬勃發展，許多老舊數控機床長期工作導致性能變差，控制技術落后，有的甚至不能工作。通過對數控車床的改造，可以用較少的投入、較短的周期改善機床的使用性能和功能，同時節約設備的購置費。因此，本文著重介紹數控車床進給伺服驅動系統的選型與改造，對今后機床的伺服系統改造有著積極的意義。

1數控機床伺服系統

數控機床伺服系統由驅動單元、執行件、機械傳動部件和檢測反饋環節等組成。數控機床伺服系統的類型，按數控系統的進給伺服子系統有無位置測量裝置，可分為開環數控系統和閉環數控系統;按使用直流伺服電動機和交流伺服電動機分類，可分為直流伺服系統和交流伺服系統;按進給驅動和主軸驅動分類，可分為進給伺服和主軸伺服系統;按反饋比較控制方式分類有脈沖數字比較伺服系統、相位比較伺服系統、幅值比較伺服系統和全數字伺服系統。伺服系統將接收到的位移等信號，經過轉換、放大處理后，由機械傳動系統驅動相應的機床主軸和刀架進行工作，從而完成相應精度動作。

2進給伺服驅動的性能要求

數控車床的進給伺服系統是數控裝置與車床執行部件的樞紐，數控車床性能的好壞在很大程度上是由進給伺服裝置性能決定的，所以，進給驅動系統性能的開發和研究是本次數控車床改造的關鍵技術之一。進給伺服系統是通過編程指令或機床操作而生成脈沖指令，經過一系列處理反饋，最后實現數控車床刀具位置和運動速度的控制系統。它一般由位置控制、速度控制、伺服電動機、檢測裝置和機械傳動機構組成。進給驅動系統性能的高低決定著數控車床質量的好壞，所以，數控車床對進給伺服系統各部件都有很高的要求，具體有以下幾點：①調速范圍寬;②輸出位置精度高;③穩定性好;④動態響應快;⑤負載特性要硬;⑥響應速度快且無超調;⑦高性能電動機;⑧伺服系統的可靠性高，使用方便，維修購買成本低。

3數控機床伺服系統的故障類型

伺服進給系統故障。伺服進給系統是數控機床加工功能實施的重要裝置，對于數控機床工作的穩定性影響很大，伺服進給系統包括了伺服電機、傳動結構、控制系統等裝置，而這些部位也是機械故障頻發的部位。當伺服進給系統出現故障，可利用數控機床配套的PLC檢測程序進行故障檢查，并根據可能的故障問題對電機、檢測開關、編碼器、接線及其他電器元件進行電壓、電流等檢測，以確定故障原因，并對損壞的元件進行更換。

除了這些外，連接元件中的彈性變形也是影響系統動態性能的關鍵因素，比如聯軸節等，一般說來，系統的剛性越好，系統的動態特性就越好，所以在優化之前先盡量在機械方面提高系統的剛性，比如檢查聯軸節的連接，絲杠的間隙等。

4數控機床伺服系統的常見故障處理

伺服環節是由電流環、速度環、位置環組成的，電流環、速度環的控制器是由比例積分調節器組成，是驅動的核心部分，因而速度環又是驅動優化的調整重點。進給伺服系統故障處理。（1）TMP指示燈紅：檢查驅動器是否過熱，電動機是否過載。（2）DIS指示燈黃：檢查驅動器使能信號（+ENA/-ENA）是否連接正確。（3）LED指示燈綠，電機不動：檢查+INHIBIT和-INHIBIT端口是否接錯，命令信號地和驅動器信號地是否相連。（4）電機轉動，LED燈閃爍：檢查電機相位設定開關是否正確，傳感器電壓值是否在范圍值內。（5）驅動器LED燈不亮：檢查供電電壓是否小于最小電壓值。（6）LED燈保持紅色：檢查驅動器輸入電壓是否過壓、欠壓，電動機相間是否短路，電動機是否過載發熱。（7）傳動系統定位精度不穩：檢查絲杠螺母是否安裝正確。（8）傳動系統定位誤差較大：檢查絲杠螺距是否誤差過大，電機與絲杠之間的連接是否松動。（9）電機失速：檢查速度反饋極性是否接反，編碼器電源是否失電。（10）參考點定位誤差過大：檢查接近開關是否安裝正確，接近開關與檢測體之間的間隙是否足夠，接近開關是否出現故障。（11）螺紋加工不能重復：檢查主軸與主軸編碼器間的機械連接是否正常。（12）電機高速旋轉時出現偏差計數器溢出錯誤：檢查電機、電纜是否有破損，動力電纜和編碼器電纜的配線是否正確，電機偏差計數器溢出是否錯誤，增益設置是否正確，電機負載是否在允許范圍內。（13）返回參考點動作不正確：檢查邏輯接近開關是否要更換，觸點開關是否復位。（14）電機在一個方向上比另一個方向跑得快：檢查無刷電機相位是否搞錯，測試/偏差開關是否打在測試位置，偏差電位器位置是否正確。（15）伺服電機在有脈沖輸出時不運轉：檢查控制模式是否處于位置控制模式，編碼器電纜線是否配置錯誤，帶制動器的伺服電機其制動器是否已經打開，Run指令是否正常，監視控制器面板確認脈沖指令是否輸入，監視控制器脈沖是否正常輸出，輸入脈沖與指令脈沖的設置是否一致，偏差計數器復位信號是否輸入。

5數控機床故障修復的合理性分析

數控機床的故障維修過程有多種方式，例如經驗分析、故障碼分析、儀器檢測、綜合檢測等。對于數控機床的故障問題，要采用合理的方式進行維修，才能既保證維修質量又節省維修成本?？傮w來講為保證數控機床維修的合理性，要注意以下幾方面問題，一是根據故障問題的表征合理選擇維修方式，對于簡單的表面故障則不必采用儀器設備進行檢測確定，而對于復雜的機械結構或系統問題，不能單純采用簡單的判斷就加以處理，對于故障問題的判斷與檢測要做到科學合理;二是對于機械零件的損壞故障，要先針對故障產生的原因進行分析，然后判斷故障零件的合理處置方式，對于可以修復的零件，在修復成本相對合理的條件下，則應選擇修復，而對于難以修復或修復成本過高的零件，則應選擇優質零件進行更換;三是數控機床故障的維修過程要遵循規范操作程序，并由專業的維修人員完成，確保維修過程零件拆裝的合理性，避免零件拆裝過程中造成新的損傷或結構不合理問題;四是軟件系統故障應由專業的軟件維護人員執行，不專業的軟件調整可能造成更嚴重的故障問題。

結束語

數控車床進給伺服驅動系統改造研究，就是利用進給驅動系統的性能要求來合理選擇CK-6140數控車床的伺服控制系統、伺服電動機、驅動器以及工作電源。數控機床是國家制造業發展保障，解決好機床維修問題可極大助推國家經濟發展，本文簡單介紹了數控機床伺服系統故障類型、故障維修方法，著重講述了數控機床伺服系統的常見故障維修措施，為數控機床故障維修提供一些借鑒。

參考文獻

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