數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)類故障診斷與處理

張丹鋒

摘 要：數(shù)控機床在工作時常出現(xiàn)由于進給伺服系統(tǒng)原因造成的機床故障，此類故障出現(xiàn)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(guī)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(xiàn)快速排除此類故障。

關鍵詞：進給伺服系統(tǒng)爬行抖動 伺服電動機

數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)是以數(shù)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(tǒng)，又稱位置隨動系統(tǒng)、進給伺服機構或進給伺服單元。在數(shù)控機床中，進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大后，由電動機經(jīng)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(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)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(tǒng)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(tài)不良、伺服系統(tǒng)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(lián)軸器，由于連接松動或聯(lián)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(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

1.2抖動

在進給時出現(xiàn)抖動現(xiàn)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(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等。如果竄動發(fā)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(tǒng)增益過大引起。

1.3 過載

當進給運動的負載過大、參數(shù)設定錯誤、頻繁正、反向運動以及進給傳動鏈潤滑狀態(tài)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(shù)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(shù)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(tài)，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(tǒng)常見故障典型案例分析

案例1.故障現(xiàn)象：一臺配套SIEMENS 840D系統(tǒng)的加工中心在自動加工過程中，Y軸有抖動現(xiàn)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(fā)生器控制Y軸進給，在JOG方式下，來回移動Y軸，發(fā)現(xiàn)Y軸仍有振動現(xiàn)象。根據(jù)以上現(xiàn)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(tǒng)故障；③系統(tǒng)參數(shù)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(tǒng)參數(shù)（加速度、增益、積分時間等參數(shù)）的設定，發(fā)現(xiàn)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(shù)的設定無關。為了進一步驗證，維修時在記錄了原設定參數(shù)前提下，將以上參數(shù)進行了重新調節(jié)與試驗，發(fā)現(xiàn)故障依然存在，證明了判斷的正確性。

在以上基礎上，將參數(shù)設定值重新回到原設定后，依據(jù)由易到難的原則，對進給伺服系統(tǒng)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(lián)軸節(jié)部件，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸節(jié)有松動現(xiàn)象，重新擰緊聯(lián)軸節(jié)后，開機試驗，故障現(xiàn)象消失，機床恢復正常工作。

案例2.故障現(xiàn)象：一臺配套FIDIA C2系統(tǒng)數(shù)控立柱移動床身銑床，加工零件時零件表面產(chǎn)生波紋。

故障診斷與處理：依據(jù)故障現(xiàn)象，產(chǎn)生該故障可能有一下幾方面的原因：

①機床系統(tǒng)參數(shù)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?shù)稐U頂住主軸故障；

維修時首先檢查系統(tǒng)參數(shù)，比較后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)未發(fā)生更改現(xiàn)象，修改參數(shù)反復試驗故障依然存在，檢查伺服模塊、信號電纜，未發(fā)現(xiàn)故障；檢查導軌、絲杠、軸承、均正常，當用手盤動主軸發(fā)現(xiàn)因反向空程引起主軸顫動，用百分表檢測主軸有竄動現(xiàn)象，因此可以斷定上述故障由主軸顫動引起，分解主軸發(fā)現(xiàn)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(huán)間隙，使?jié)L動體與軸承接觸處產(chǎn)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(xiàn)象：一臺配套SIEMENS 840D 系統(tǒng)，采用全閉環(huán)控制數(shù)控龍門銑床，在自動加工過程中，發(fā)現(xiàn)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(jù)故障現(xiàn)象，產(chǎn)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(tǒng)有無故障；⑤機械傳動部分有無松動、間隙；

依據(jù)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(jīng)檢查設置正確；檢查程序未發(fā)現(xiàn)出錯；利用PLC診斷功能，機床回零各I/O點狀態(tài)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(fā)現(xiàn)零件Z向尺寸偏差現(xiàn)象消失。至此該故障得以排除。

3.結語

數(shù)控機床進給伺服類故障在日常的維修工作中經(jīng)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

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[2] 任建平.現(xiàn)代數(shù)控機床故障診斷及維修.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[3] 徐衡.數(shù)控機床維修.沈陽：遼寧科學技術出版社，2005