數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)常見故障分析與維修

杜旭東

（鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校，河南 鄭州450013）

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)常見故障分析與維修

杜旭東

（鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校，河南 鄭州450013）

結(jié)合多年來在實(shí)習(xí)教學(xué)和生產(chǎn)中的操作經(jīng)驗(yàn)，分析了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一些常見故障，并結(jié)合實(shí)例分析故障診斷及排除的方法，對(duì)改善數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和效率有積極的意義。

數(shù)控機(jī)床；伺服系統(tǒng)；故障分析與排除

隨著科技的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械和汽車行業(yè)的市場(chǎng)占有率逐步提高，而隨之產(chǎn)生的故障越來越多，越來越復(fù)雜。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是電腦數(shù)字控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CNC）與機(jī)床本體間的電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)。通過這個(gè)系統(tǒng)可使整個(gè)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，因此掌握它的故障排除和維修方法顯得至關(guān)重要。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)主要包括兩大部分，即進(jìn)給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)。其中，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要作用是控制CNC輸出的坐標(biāo)軸位置，完成進(jìn)給驅(qū)動(dòng)；而主軸伺服系統(tǒng)的主要作用是將主電動(dòng)機(jī)的原動(dòng)力變成切削力矩與切削速度實(shí)現(xiàn)主軸刀具的切削加工環(huán)節(jié)較多，因此它的故障率相對(duì)較高，并會(huì)對(duì)機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)、工件加工質(zhì)量等產(chǎn)生直接影響。本文針對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)分析和研究了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的兩個(gè)典型故障案列。

1　故障一

一臺(tái)采用GSK980TB2系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床在加工過程中時(shí)常出現(xiàn)“驅(qū)動(dòng)器報(bào)警212 X軸驅(qū)動(dòng)器未緒”，X軸驅(qū)動(dòng)器“Err-13”號(hào)報(bào)警（邁信驅(qū)動(dòng)器）；同時(shí)該機(jī)床X軸尺寸不穩(wěn)定，忽大忽小，一般情況下尺寸誤差在0.2 mm左右，偶爾會(huì)出現(xiàn)尺寸誤差在1 mm左右。

故障分析與排除：筆者根據(jù)表1報(bào)警處理方法依次排除。首先，由于該機(jī)床是在加工過程中出現(xiàn)報(bào)警，故伺服驅(qū)動(dòng)器故障可以排除。然后，筆者觀察該機(jī)床的加工環(huán)境和通過詢問操作人員得知：該機(jī)床主要加工球墨鑄鐵類零件，同時(shí)操作者為了降低刀具磨損，在加工過程中使了水溶性切削液，機(jī)床內(nèi)部環(huán)境極差。更嚴(yán)重的是機(jī)床自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)近一段時(shí)間是沒有加注過潤(rùn)滑油。最后，筆者將了解到的以上情況結(jié)合現(xiàn)在的故障現(xiàn)象，可以斷定該故障是在機(jī)械方面，而且還是由于自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)損壞及其惡劣的加工環(huán)境造成機(jī)床X軸滾珠絲杠磨損和轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩過大。

表1　邁信驅(qū)動(dòng)器13號(hào)報(bào)警處理方法

處理方法與步驟：筆者打開X軸防護(hù)罩，卸下伺服電機(jī)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠時(shí)，可以感覺到絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)不平滑，明顯感覺到內(nèi)部滾珠有磨損。同時(shí)，防護(hù)罩下有大量的鐵屑，而且絲杠上有明顯的銹跡。

更換絲杠后，故障排除。隨后，筆者更換了機(jī)床自動(dòng)潤(rùn)滑泵，并檢查了潤(rùn)滑油路，同時(shí)要求操作工將水溶性切削液更換為煤油（在加工時(shí)易產(chǎn)生大量煙霧）或者不使用切削液。

2　故障現(xiàn)象二

一臺(tái)采用GSK980MDa系統(tǒng)的鉆銑加工中心在加工過程中系統(tǒng)顯示“運(yùn)控報(bào)警：3036主軸故障”報(bào)警，主軸無法轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)主軸伺服驅(qū)動(dòng)器（廣數(shù)）顯示“Err-13”報(bào)警。

故障分析與排除：該主軸伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警代碼是一致的，都是電機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)過負(fù)載。

通過詢問操作工作了解到，這臺(tái)機(jī)床已使用四年左右，在這近半年的時(shí)間內(nèi)主軸噪音明顯增大，時(shí)常出現(xiàn)“運(yùn)控報(bào)警：3036主軸故障”。以前出現(xiàn)這個(gè)報(bào)警時(shí)，只需重新啟動(dòng)機(jī)床就可以使用。但是這次主軸卡死，無法轉(zhuǎn)動(dòng)，重新啟動(dòng)機(jī)床也無法使用。

對(duì)于加工中心而言，主軸卡死通常表現(xiàn)在以下兩種情況：一是主軸軸承損壞，造成機(jī)械卡死；二是主軸箱內(nèi)部傳動(dòng)鏈機(jī)械卡死。

筆者首先判斷主軸軸承，具體做法是：卸下主軸，讓主軸與主軸箱內(nèi)部傳動(dòng)鏈脫離（此時(shí)不必讓主軸完全卸下，如圖1所示），然后轉(zhuǎn)動(dòng)軸頭部分發(fā)現(xiàn)主軸能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，說明主軸軸承沒有損壞。

然后打下主軸箱側(cè)蓋，察看內(nèi)部傳動(dòng)也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的損壞，如圖2所示。

圖1　主軸軸頭部分

圖2　主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

最后只有判斷伺服電機(jī)與主軸箱的連接部分。筆者卸下鎖緊電機(jī)與主軸箱的螺栓，用行車輕輕吊起電機(jī)，只聽到“啪”的一聲，電機(jī)被吊起。筆者發(fā)現(xiàn)主軸電機(jī)與主軸箱連接齒輪已完全失效，如圖3所示。通過觀察內(nèi)部的情況，可以認(rèn)定為兩齒輪齒機(jī)膠合。這種失效形式主要發(fā)生高速重載傳動(dòng)中，因嚙合溫度升高而引起潤(rùn)滑失效，致使兩齒面金屬直接接觸并相互粘聯(lián)。當(dāng)兩齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，較軟的齒面沿滑動(dòng)方向被撕裂出現(xiàn)溝紋。

圖3　主軸電機(jī)與主軸箱連接部分結(jié)構(gòu)圖

具體操作：首先要清理主軸箱內(nèi)部的鐵屑，用煤油沖洗后再加注潤(rùn)滑油后更換兩齒輪故障排除，主軸噪聲也降低了。

以上兩例故障可以斷定是由于機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)或潤(rùn)滑油失效造成的。作為一名機(jī)床操作人員或管理人員，要按照機(jī)床說明書按時(shí)更換潤(rùn)滑油，要經(jīng)常檢查機(jī)床潤(rùn)滑泵是否工作和油量使用情況。同時(shí)要提醒操作人員當(dāng)機(jī)床在使用過程中發(fā)現(xiàn)異常情況要及時(shí)與機(jī)床維修人員溝通，讓故障及時(shí)得到處理，避免造成重大故障出現(xiàn)。

［1］武漢邁信電氣技術(shù)有限公司．EP100系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器使用說明書（第10版）．2012.

Analysis and Maintenance of Faults of Servo-System in CNC Machine Tools

DU Xu-dong
（Zhengzhou Coal Mine Machinery Manufacturing Technical School，Zhengzhou Henan 450013，China）

The author combined with many years of operating experience in the practice of teaching and production，analyzed some common faults of the servo-system of NC machine tools，and combining with cases，analyzed fault diagnosis and elimination methods.It has a positive significance to improve the machining quality and efficiency of NC machine tools.

NC machine tools；servo-system；fault analysis and elimination

TG659

A

1672-545X（2016）07-0260-02

2016-04-26

杜旭東（1969-），女，鄭州人，本科，講師，研究方向：數(shù)控技術(shù)、職業(yè)教育。