數控機床進給伺服系統常見故障淺析
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摘要：本文闡述了數控機床進給伺服系統的工作原理、常見故障以及維修這些故障的常用方法。
關鍵詞：數控機床;進給伺服系統;原理：常見故障
數控機床的進給伺服系統是以機床移動部件的位置和速度為控制量，接受來自插補裝置或插補軟件生成的進給脈沖指令，經過一定的信號變換及電壓、功率放大、檢測反饋，最終實現機床工作臺(即工件)相對于刀具運動的控制系統。因而，它是實現數控機床加工目的的關鍵環節，也是數控機床故障的高發區域。數控機床常見故障有三分之一以上發生在機床的進給伺服系統。現將我在使用數控機床過程中經常遇到的進給伺服系統故障的分析和排除方法寫于此，希望本文能為我國數控技術的推廣應用有所幫助。
數控機床進給伺服系統按照其有無檢測裝置以及檢測裝置的位置可分為開環、閉環、半閉環三類伺服系統，本文以閉環伺服系統為例。首先，我們先了解一下數控機床閉環進給伺服系統的構成及工作原理。
一、構成
數控機床的伺服系統一般由驅動單元、機械傳動部件、執行件和檢測反饋環節等組成。驅動控制單元和驅動元件組成伺服驅動系統，機械傳動部件和執行元件組成機械傳動系統，檢測元件和反饋電路組成檢測裝置，亦稱檢測系統。可參看下圖：
二、原理
伺服系統是一個反饋控制系統，它以指令脈沖為輸入給定值與反饋脈沖進行比較，利用比較后產生的偏差值對系統進行自動調節，以消除偏差，使被調量跟蹤給定值。
進給伺服系統的任務是完成各坐標軸的位置和速度控制，在整個系統中它又分為：位置環、速度環、電流環。
在數控機床運行中進給伺服系統出現故障有三種表現形式：一是在CRT或操作面板上顯示報警內容或報警信息;二是進給伺服驅動單元上用報警燈或數碼管顯示驅動單元的故障;三是運動不正常，但無任何報警。機床的操作及維修人員可以根據報警信息以及該機床進給伺服系統的工作原理查找原因，排除故障。在數控機床運行中進給伺服系統常出現故障有：超程，過載，竄動，爬行，振動，伺服電機不轉，位置誤差，漂移，回基準點故障等。下面我們逐一敘述這些故障的成因及排除方法。
三、超程
超程是機床廠家為機床設定的保護措施，一般有軟件超程、硬件超程和急停保護三種，不同機床所采用的措施會有所區別。硬件超程為防止在回零之前手動誤操作而設置，急停是最后一道防線，當硬件超程限位保護失敗時它會起到保護作用，軟件限位在建立機床坐標系后(機床回零后)生效，軟件限位設置在硬件限位之內。超程的具體恢復方法，不同的系統有所區別，根據機床的說明書即可排除。
四、過載
當進給運動的負載過大、頻繁正反向運動以及進給傳動潤滑狀態和過載檢測電路不良時，都會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電機過載、過熱或過流的報警，或電氣柜的進給驅動單元上，用指示燈或數碼管提示驅動單元過載、過流信息。
五、竄動
在進給時出現竄動現象，即在切削過程中，進給謎度應均勻時，突然出現加速現象。產生的原因可能有：測速信號不穩定，如測速裝置、測速反饋信號千擾等;速度控制信號不穩定或受到干擾：接線端子接觸不良，如螺絲松動等。當竄動發生在由正向運動向反向運動轉換的瞬間時，一般是由進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。排除方法是逐一檢查上述可能故障點，找到故障確定原因加以排除即可。
六、爬行
發生在起動加速段或低速進給時，雖然進給電機和絲桿是勻速旋轉的，工作臺卻有可能是一快一慢或一跳一停地運動，這種現象叫做“爬行”現象。一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態不良、伺服系統增益過低以及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電機和滾珠絲杠連接用的聯軸器，如連接松動或聯軸器本身有缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉動和伺服電機的轉動不同步，從而使進給運動忽快忽慢，產生爬行現象。
七、振動
當發現某一進給軸振動時，首先要分析機床振動周期是否與進給速度有關。如與進給速度有關，振動一般與該軸的速度環增益太高或速度反饋故障有關;若與進給速度無關，振動一般與位置環增益太高或位置反饋故障有關;如振動在加減速過程中產生。往往是系統加減時間設定過小所致。根據上述原因，定位和排除故障。
八、伺服電機不轉
數控系統至進給單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，使能信號是進給動作的前提，可參考具體系統的信號連接說明書。檢查使能信號是否接通，通過PLC梯形圖，分析軸使能的條件：檢查數控系統是否發出速度控制信號;對帶有電磁制動的伺服電動機應檢查電磁制動是否釋放;檢查進給單元故障;檢查伺服電機故障。
目前，閉環或半閉環數控機床常用的伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機兩種。直流伺服電機伺服系統要定期對電刷、換向器、測速電機(速度檢測裝置)電刷進行檢查。檢查要在數控機床斷電，電機完全冷卻的狀態下進行，步驟如下：
1、取下橡膠刷帽，用螺絲刀擰下刷蓋并取出電刷。
2、測量電刷的長度，如FANUC直流電機的電刷由10mm磨損到5mm時，必須更換同型號的電刷。
3、檢查電刷的弧形接觸面是否有深溝或裂痕，電刷彈簧上有無打火痕跡，如果有，進一步檢查電機換向器表面，并分析造成這種情況的原因，比如是電機工作條件惡劣，還是電機本身封閉不良。
4、用潔凈的壓縮空氣導入電刷的刷孔，吹凈粘在孔壁上的電刷粉末，如果難以吹凈，可以用螺絲刀刀尖輕輕清理，注意不要碰到換向器的表面。
5、重新裝上電刷，擰緊刷蓋。如果更換了新電刷，應使電機空運行一段時間，以使電刷表面和換向器表面相吻合。
6、檢查測速電機時應卸下電機后蓋，露出測速電機。
7、檢查測速電機電刷長度、連接是否牢固，檢查銅頭的表面積碳是否嚴重，如果嚴重，可使電機在低速時，用金相砂紙清理銅頭積碳，之后用螺絲刀刀尖或其他類似工具將銅頭槽內的積碳清理掉。
交流伺服電機不存在電刷的維護問題，所以稱之為免維護電機。但這并不是說交流伺服電機絕對不出故障。交流伺服電機常見故障有接線故障，轉子位置檢測元件故障，電磁制動故障等。交流電機故障判斷方法有：
1、電阻測量：用萬用表測量電樞的電阻。看三相之間電阻是否一致，用兆歐表檢測絕緣狀況。
2、電機檢查：先將機械裝置(比如絲桿)與電機脫開，用手轉動電機轉子，正常時感覺有一定得均勻阻力，如果旋轉過程中，出現不均勻的阻力，應更換電機進行確認。
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