數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的故障診斷
發(fā)布時間：2019-08-05 10:00:31來源：
數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的故障診斷
數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障占機(jī)床總故障的比率較高。由于伺服系統(tǒng)涉及的環(huán)節(jié)較多，加之種 類繁多、技術(shù)原理各具特色，給維修診斷帶來困難，因此歸納一些故障診斷方法很有必要。 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的移動定位是由位置伺服系統(tǒng)來完成的。位置伺服系 統(tǒng)一般采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制。（半）閉環(huán)控制的特點(diǎn)就是任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障都可能導(dǎo)致系統(tǒng) 定位不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定或失效。診斷定位故障環(huán)節(jié)就成為維修的關(guān)鍵。根據(jù)伺服系統(tǒng)的控制原 理和系統(tǒng)接口的特性，對系統(tǒng)進(jìn)行分解判斷，已成為行之有效的方法。本文結(jié)合維修實(shí)例介 紹了位置環(huán)和速度環(huán)診斷方法。 1 位置環(huán)故障診斷如果位置伺服系統(tǒng)的位置反饋和速度反饋各自采用一個反饋器件 ，可以斷開位置環(huán)的控制作用，讓速度環(huán)單獨(dú)運(yùn)行，以便判斷故障出自位置環(huán)還是速度環(huán)。 斷開位置環(huán)的控制作用，可以采用兩種方法： 機(jī)械斷開，即斷開位置反饋編碼器與伺 服電動機(jī)之間的傳動連接。 電氣斷開，即斷開位置反饋編碼器與系統(tǒng)的連接。如果需要 屏蔽位置反饋斷線報警，應(yīng)按下圖連接位置反饋輸入信號線。 在位置開環(huán)狀態(tài)下 進(jìn)行維修測試時，不允許給被測試軸任何方式的移動指令，否則將引起伺服電動機(jī)失控。 例1 CK6140A數(shù)控車床出現(xiàn)鏜孔表面有振紋，在排 除機(jī)械和工裝因素后，對X軸伺服系統(tǒng)進(jìn)行檢查。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為FANUC3T，伺服放大器 為FANUC H系列直流伺服。
觀察X軸在停止和慢速移動時有不規(guī)則振動，初步判斷X軸位 置編碼器與絲杠連結(jié)有間隙或速度環(huán)不穩(wěn)定。檢查編碼器連軸節(jié)正常。由于X軸伺服系統(tǒng)有 兩個編碼器，分別用于位置反饋和速度反饋，可以將位置反饋編碼器與伺服電機(jī)之間的機(jī)械 連接斷開，以便作進(jìn)一步的判斷。 首先用支撐物支撐X軸滑臺，將X軸電動機(jī)和絲杠的傳動 皮帶拿掉。啟動機(jī)床，X軸在位置開環(huán)狀態(tài)下運(yùn)行，在伺服放大器零漂的作用下電動機(jī)慢速 轉(zhuǎn)動（如果電動機(jī)幾乎不轉(zhuǎn)動，可適當(dāng)調(diào)整控制板上偏置電位器RV2），此時電動機(jī)轉(zhuǎn)到某 一固定角度，總有打頓現(xiàn)象。由此可以認(rèn)為速度環(huán)基本穩(wěn)定，這可能是由于整流子在某一角 度存在短路引起轉(zhuǎn)速瞬間跌落，從而造成電機(jī)打頓現(xiàn)象。仔細(xì)清掃電動機(jī)整流子和電刷后， 電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)?；謴?fù)系統(tǒng)連接，X軸恢復(fù)正常。 例2 [ST5BZ>CH-102數(shù)控車床Z軸移動出現(xiàn)一沖一沖的現(xiàn)象，速度越快，過沖越嚴(yán)重。停止時 觀察伺服診斷畫面，Z軸跟蹤誤差穩(wěn)定，接近于零。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為SIMENS 810GA2，伺服 系統(tǒng)為SIMENS 610。系統(tǒng)位置反饋和速度反饋各采用一只編碼器。 初步判斷為伺服放大器 超調(diào)或系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定不良。首先調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)MD2501（伺服增益）和MD2601（多種增益）無效。 為進(jìn)一步判斷，斷電拿掉Z軸位置反饋插頭。由于該機(jī)床CNC報警不影響伺服上電，故可 以不屏蔽反饋斷線報警。先用導(dǎo)線短接Z軸伺服驅(qū)動使能控制端，再用一只1.5V電池經(jīng) 電位器分壓給Z軸伺服放大器速度指令端，加上大約0.5V電壓。機(jī)床上電，Z軸移動 平穩(wěn)，因此可以認(rèn)為故障發(fā)生在位置反饋環(huán)節(jié)。用手撥動位置反饋編碼器，聯(lián)結(jié)無松動、損 壞的感覺。交換X軸，Z軸位置反饋插頭及速度指令控制線，試機(jī)故障仍在Z軸。此時可以認(rèn) 為故障仍在Z軸位置反饋，拆下Z軸位置反饋編碼器，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸節(jié)簧片上的一個螺釘已脫落。 修復(fù)后，試機(jī)故障消除。 如果位置反饋和速度反饋由一只反饋元件完成，位置反饋信號經(jīng) 轉(zhuǎn)換電路變?yōu)樗俣瓤刂菩盘枺瑒t要根據(jù)系統(tǒng)硬件具體特性和故障信息作出靈活判斷。 例3 CK6150A Z軸時有突然快速移動失控的現(xiàn)象， 此時H系列直流伺服板上有TGLS報警。故障現(xiàn)象不穩(wěn)定，關(guān)機(jī)再上電可能又恢復(fù)正常。 T GLS報警的原因有：動力線未接或接反；無速度反饋或正反饋；機(jī)械鎖死。 由于Z軸伺服電動機(jī)速度反饋信號是由電動機(jī)尾部位置反饋編碼器信號送入CNC主板，經(jīng)混合IC模塊F/V 轉(zhuǎn)換后獲得，而且系統(tǒng)始終無位置反饋報警，所以初步判斷是CNC至伺服放大器電纜和控制 板的接觸有問題。 檢查電纜和速度控制板正常。由于從故障發(fā)生到伺服保護(hù)關(guān)斷只有一兩 秒鐘，使用示波器或萬用表難以觀察到速度反饋信號的有無。進(jìn)一步分析，位置反饋編碼器 的信號電平正常，而A、B兩相信號不產(chǎn)生移動變化，則會產(chǎn)生上述故障。于是就更換Z軸 位置編碼器，機(jī)床恢復(fù)正常。這可能是原來的編碼器光柵盤松動，與軸之間有相對位移或編 碼器內(nèi)光源二極管接近失效，造成A、B信號不變化。2 速度環(huán)故障診斷
在速度開環(huán)的方式下，對速度控制單元進(jìn) 行測試。該方法需要對系統(tǒng)硬件較熟悉，以避免誤操作損壞部件。 例1 一臺維修過的FB15B-2直流伺服電動機(jī)安裝到機(jī)床后失控。 現(xiàn)象表 明速度反饋不正常，檢查尾部測速電動機(jī)電刷及引線正常。為測試測速電動機(jī)的性能，應(yīng)做 以下操作： 將電動機(jī)固定可靠，連接動力線，不連反饋線； 拿掉FANUC H系列伺服 板上的S20短路跳線，取消TGLS報警使能； 接通電源，伺服放大器在速度開環(huán)下運(yùn)行， 電動機(jī)處于2000r/min的高速運(yùn)轉(zhuǎn)中。此時測量測速電動機(jī)輸出電壓只有6V，正常的數(shù)據(jù)是1 4V，可以判定伺服電動機(jī)的測速電動機(jī)不正常。更換測速電動機(jī)，機(jī)床恢復(fù)正常。 例2 DM3600數(shù)控車床出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速上不去，比較高只有50r/ min，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩顯示很大。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為三菱M3/L3，主軸伺服放大器的型號為FR-SF- 2-11K-T。故障原因可能是：負(fù)載過大；主軸驅(qū)動功率模塊或控制模塊有故障；速度反饋 不正常。 檢查機(jī)械傳動良好，測量控制模塊各測試點(diǎn)電壓及功率模塊正常，再檢查主軸電 動機(jī)至驅(qū)動單元之間反饋電纜和驅(qū)動運(yùn)行參數(shù)也正常。設(shè)定驅(qū)動單元運(yùn)行參數(shù)P00為1，給主 軸運(yùn)轉(zhuǎn)指令，電動機(jī)在速度開環(huán)下低速運(yùn)行，觀察負(fù)載轉(zhuǎn)矩幾乎為零，由此可以判斷速度反 饋不正常。用示波器觀察速度反饋波形，沒有A相波形，打開電動機(jī)上方蓋子，可以看到PLC 輸出電路板，重新拔插電路板上的小插頭，再檢測A相波形正常?；謴?fù)系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行，主軸 運(yùn)行正常。