《数控机床：数控机床伺服系统常见故障的诊断与处理数控机床_-数控机床.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床：数控机床伺服系统常见故障的诊断与处理数控机床_-数控机床.pdf（10页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、数控机床论文：数控机床伺服系统常见故障的诊断与处 理【摘要】：结合实际工作中数控机床的故障现象，分析了伺 服系统几类故障的原因及应对措施，并总结出了对于伺服系 统故障的一般处理方法，对数控工程技术人员有一定的参考 指导意义。【关键词】：数控机床;伺服系统;故障现彖;分析与处理 Fault Diagnosis and Treatment of CNC Machine Tool Servo System Abstract:In combination with numerical control machine tool fault phenomenon,this paper analyzes s
2、everal types of servo systemfailure and relative measures and sums up the dealing method of the general failure in the system,which provides a reference for NCtechnician.Key words:CNC machine tools;servo system;fault phenomenon;analysis and processing-数控机床产生的故障繁多，故障的诊断维修需要工程技 术人员了解、掌握多门学科的相关知识。现就数控机
3、床伺服 进给系统常见故障的诊断分析与处理方法作一阐述。1 超程 当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关设 定的硬限位时，就会发生超程报警，一般会在 CRT 上显示报几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或者伺服的超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措
4、施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在强电柜中的进给驱动单元对能匝囚 检査步骤 非除蜡施 赵动钏矩超过最大1H矩 用检化电功机电漁来刿断 检仕汝W需好 更切IH歩杵，祓轻机床负荷 依参数傥明 采用械小电流盲动的力式或S曲接采用启动扭矩 小的報功糸抚 岖动机或编码貉等反馈辕置 ft!驱功器仃故障 ftfiM连忆的過断侨况或是ft彳皿号线接 反的狀况 检测编码器尊的反愦侑号是倂正常 他保电功机和位理反馈装5?配线正命 警内容。具体故障现象有两种情况:一是系统出错，提示某轴 硬件超程，
5、原因可能是零件过大，不适合在此机床上加工或 者伺服的超程回路短路，这两种原因的排除措施分别为重新 考虑加工此零件的条件和检验超程回路，避免超程信号的误 输入;二是系统报警，提示某轴软超程，原因可能是程序错误 或刀具位置有误，排除措施是重新编制程序或重新对刀。2 过载 当进给运动的负载过大，频繁正、反向运动以及传动链 润滑状态不良时，均会引起过载报警1。一般会在 CRT 显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。同时，在强 电柜中的进给驱动单元上、指示灯或数码管会提示驱动单元 过载、过电流等信息。具体故障原因见表 1。表1过我故陳的可能原闵及拮除 3 窜动 在进给时出现窜动现彖的原因如下:1）测
6、速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干 扰等；2）速度控制信号不稳定或受到干扰；几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或者伺服的超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良
7、时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在强电柜中的进给驱动单元3）接线端子接触不良，如螺钉松动等。当窜动发生在由 正方向运动与反向运动的换向瞬间时，一般是由于进给传动 链的反向间隙或伺服系统增益过大所致，紧固螺钉或调整间 隙和增益能解决此故障。4 爬行 在启动加速段或低速进给时发生爬行现象，产生原因可 能有进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低、外加 负载过大或联轴器的机械传动有故障，应通过听工作时的声 音、检查伺服的增益参数、校核工作负载和目测联轴器的外 形检查，根据具体情况做好机床润滑、依参数说明书正确设 置相应参数、改善切削条件或更换联轴器接触故障。5
8、机床出现振动 机床在高速运行时，可能产生振动，设备岀现过流报警。机床振动问题一般属于速度问题，而机床速度的整个调节过 程是由速度调节器来完成的，即凡是与速度有关的问题，应 该先检查速度调节器，从给定信号、反馈信号及速度调节器 本身这三方面去查找故障。例:一台配套某系统的加工中心，进给加工过程中，发现 x轴有振动现彖。分析与处理:加工过程中坐标轴出现振动、爬行现象与多 种原因有关，故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺 服进给系统的调整与设定不当等11 几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理
9、数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或者伺服的超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在强电柜中的进给驱动单元为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动，用手摇 脉冲发生器控制X 轴进给，发现X 轴仍有振动现象。在此方 式下，通过较长时间的移动，X
10、 轴速度单元上 OVC 报警灯亮。证明 x轴伺服驱动器发生了过电流故障，根据以上现象，分 析可能的原因如下：1）负载过重;2）机械传动系统不良位置 环增益过高;4）伺服不良等。维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服上。卸 下x 轴，经检查发现 6 个电刷中有两个的弹簧已经烧断，造 成了电枢电流不平衡，使输岀转矩不平衡。另外，发现的轴 承亦有损坏，故而引起 x 轴的振动与过电流。更换轴承与电 刷后，机床恢复正常。6 伺服电动机不转 数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外，还有使 能控制信号，一般为 DC 24 V 继电器线圈电压11 伺服电 动机不转，常用诊断方法有：1）检查数控系统是否有
11、速度控制信号输出。2）检查使能信号是否接通。通过 CRT 观察 I/O 状态，分 析机床 PLC 梯形图（或流程图），以确定进给轴的起动条件，如润滑、冷却等是否满足。3）对带电磁制动的伺服电动机，应检查电磁制动是否释 放。几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或者伺服的
12、超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在强电柜中的进给驱动单元4）进给驱动单元故障。5）伺服电动机故障。例:一台配套某系统的进口立式加工 中心，在加工过程中发现某轴不能正常移动。分析与处理:通过机床电气原理图分析，该机床采用的是 HSV-16型交流伺服驱动。现场分析、观察机床动作，发现 运行程序后，测量其输岀的速度信号和位置控制信号均正 常。在观察 PLC 状态，发现伺服允许信号没有输入。对照“刀库给定值转换/定位控制”板原理图逐
13、级测量，最终发现该板上的模拟开关（型号 DG201）已损坏，更换同型 号备件后，机床恢复正常工作。7 位置误差 当伺服轴运动超过位置允许误差时，数控系统就会产生 位置误差过大的报警，包括跟随误差、轮廓误差和定位误差 等。主要原因及排除方法见表 2 o&2位建视隨谋怎翅肚报警的廉因及处理 故障廉凶 检盘步粪 ft ft何IIRSK幼器川应的报警折才切.止机床I邢在誤定负栽以内 功力线或反饮线连接硏谋 检伐连线 止购连接电动机与反城装置的迩接线 何城变压器过辿 保护熔断舞垢析 finwa的I.作条件和状金 观察敬热风瞬址否I作正常,做好 ft 热 输入电跋电压太低 用万用农测砲输入电压 瑚保綸入电
14、D fl：S 何腋犯动黠HCNC何的信J电缰连 接不良10 检伐佑号电境的连接,分别茨虽电溢侑号线务 引旧的迫断 呦保信号Hl邀传於正需 千扰 检伐屈蔽线 处理好地线以及般蔽层 多数设斤不巧 检代段朮位就禺馳谋益的冬妆如：M服系轨 增益设世不为位设定错汉或过小 依多数说割书止确设 速腹控制紙兀故織 町以用同型号的备用电胳板文测 的血 如果确认战紙.史檢郴应电路板以#（功器 余统1：板的位左/制部分故闭）績码藩反城不 ft】川手转动电动机.斤反惯的数値雄否相符 的味研认不R 犯换轴网器 机械传动乐统仃故禅y 如进给传动链JK讣逞羞过大A机檢机构连接 不好而适成的传动何陈过大 排除机械故帶确保1作
15、1E#8 漂移 几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或者伺服的超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在
16、强电柜中的进给驱动单元当指令值为零时，坐标轴仍移动，从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。9 回参考点故障 回参考点故障一般分为找不到参考点和找不准参考点 两类。前一类故障一般是回参考点减速开关产生的信号或零 位脉冲信号失效，可以通过检查脉冲编码器零标志位或光栅 尺零标志位是否有故障;后一类故障时参考点开关挡块位置 设置不当引起的，需要重新调整挡块位置2L 10 开机后电动机产生尖叫 开机后电动机产生尖叫（高频振荡），往往是 CNC 中与伺 服驱动有关的参数设定、调整不当引起的。排除措施是，重 新按参数说明书设置好相关参数。例:某进口立式加工中心，更换了 SIEMENS6
17、11A 双轴模 块后，开机 x,y 出现尖叫声，系统与驱动器均无故障。分析与处理:SIEMENS611A驱动器开机时出现尖叫声的 情况，在机床首次调试时经常遇到，主要原因是驱动器与实 际进给系统的匹配未达到最佳值而引起的。对于这类故障，通常只要通过驱动器的速度环增益与积 分时间的调整即可进行消除，具体方法为：1）根据驱动模块及规格，对驱动器的调节器板的 S2 进行 正确的电流调节器设定；几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定
18、的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或者伺服的超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在强电柜中的进给驱动单元2）将速度调节器的积分时间 Tn 调节电位器（在驱动器正 而），逆时针调制极限（Tn39ms）;3）将速度调节器的比例 Kp 调节电位器（在驱动器正面），调整至中间位置（Kp710）;4）在以上调整后，既
19、可以消除伺服的尖叫声，但此时动 态性较差，还须进行下一步调整；5）顺时针慢慢旋转积分时间 Tn 调节电位器，减小积分时 间，直到电动机出现振荡声；6）逆时针稍稍旋转积分时间 Tn 调节电位器，使振荡声恰 好消除；7）保留以上位置，并作好记录。机床经以上调整后，尖 叫声即消除，机床恢复正常工作。11 加工工件尺寸无规律变化 加工工件尺寸出现无规律变化的可能原因与排除方法 见 表 3 衷3加I.丁.件尺寸出现无规律变化故障峭因及处理 可能原因 撐除描施 扰 列件耽址審未能續紧 机械传功尿统的安渋、连接9林发不 ft 伺服进洽系统蟄救的设定吋训修不勺 廿先应幷除1扰的插施 如机床的反向n ij障过大
20、.检査相应的机床 传功林度血 检找何BH妙数 AWW蔽及接地的处理|紧粥性联轴曙 调整机床或进行反时间僚补伫j螺叩湍羌 止购设眉金数 例:配套某系统的数控车床，在工作过程中，发现加工工 件的 X 向尺寸出现无规律的变化。分析与处理:数控机床的加工尺寸不稳定通常与机械传 动系统的安装、连接与精度，以及伺服进给系统的设定与调 整有几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显
21、示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或者伺服的超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在强电柜中的进给驱动单元关31 在本机床上利用百分表仔细测量 x 轴的定位精 度，发现丝杠每移动一个螺距，x 向的实际尺寸总是要增加 几十微米，而且此误差不断积累。根据以上现象分析，故障原因似乎与系统的齿轮比、参 数计数器容量、编码器脉冲等参数的设定有关，但经检查，以上参数的设定均正确无误
22、，排除了参数设定不当引起故障 的原因。为了进一步判定故障部位，维修时拆下 X 轴伺服，并在 轴端通过划线做上标记，利用手动增量进给方式移动 X 轴，检查发现 X 轴每次增量移动一个螺距时，轴转动均大于 360 o 同时，在以上检测过程中发现伺服每次转动到某一 固定的角度上时，均出现“突跳”现象，且在无“突跳”区 域，运动距离与轴转过的角度基本相符（无法精确测量，依靠 观察确定）。根据以上实验可以判定可以判定故障是由于 x 轴的位置 监测系统不良引起的，考虑到“突跳”仅在某一固定的角度 产生，且在无“突跳”区域，运动距离与轴转过的角度基本 相符。因此，可以进一步确认故障与测量系统的电缆连接、系统
23、的接口电路有关，原因是编码器本身的不良。通过更换 编码器后，机床恢复正常。12 伺服电动机开机后即自动旋转 造成此故障的可能原因及排除方法见表 4。表4 伺眼电动机开机后即门动旋转故障原因及处理 nj能康ea 檢莊步像 排除蜡施 几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或
24、者伺服的超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在强电柜中的进给驱动单元扰 许先应井除扰的抬旌 作好屛蔽及按地的处用 位就反饬的极竹借咲 川力用我测危廉馈瑣子 正确连按反饿线 山丁外力使坐标轴产生了位出怕移 加工ZiiT确保无外力使机床发生移动 養霜C动机 电动机或杀统丸粽錢也应的位并反曲号 姗保佶却沛 电动机故障 川仝接法依次松行电训L和动器足杏召AiKi 吏换好的电动机 加动器曲Ki 史换好的骡动器 例:一台配套SIEMENS
25、交流伺服驱动系统的卧式加工中 心，在开机调试时，出现手动按下刀库回转按钮后，刀库即 高速旋转，导致机床报警。分析与处理:根据故障现象，可以初步确定故障是由于刀 库交流驱动器反馈信号不正确或反馈线脱落引起的速度坏 正反馈或开环。测量确认该伺服反馈线已连接，但极性不正 确;交换测速反馈极性后，刀库动作恢复正常。13 总结 通过分析研究，利用上述方法可以有效地解决数控机床 伺服系统出现的故障，大大地提高了数控机床的使用效率。参考文献：1 姚敏强.数控机床故障诊断维修技术M北京:电子工业出版社，2007.2 徐衡.数控机床故障维修M北京:机械工业出 版社，2005.3 龚仲华.数控机床故障诊断与维修
26、500 例M.北 京:机械工业出版社，2006.几类故障的原因及应对措施并总结出了对于伺服系统故障的一般处理方法对数控工程技术人员有一定的参考指导意义关键词数控机床伺服系统故障现彖分析与处理数控机床产生的故障繁多故障的诊断维修需要工程技术人员了解掌握软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时就会发生超程报警一般会在上显示报警内容具体故障现象有两种情况一是系统出错提示某轴硬件超原因可能是零件过大不适合在此机床上加工或者伺服的超回路短路这两种原因的排除序错误或刀具位置有误排除措施是重新编制序或重新对刀过载当进给运动的负载过大频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时均会引起过载报警一般会在显示伺服电动机过载过热或过流等报警信息同时在强电柜中的进给驱动单元