數(shù)控機床論文：數(shù)控機床伺服系統(tǒng)常見故障的診斷與處理.doc

數(shù)控機床論文：數(shù)控機床伺服系統(tǒng)常見故障的診斷與處理【摘 要】:結(jié)合實際工作中數(shù)控機床的故障現(xiàn)象，分析了伺服系統(tǒng)幾類故障的原因及應(yīng)對措施，并總結(jié)出了對于伺服系統(tǒng)故障的一般處理方法，對數(shù)控工程技術(shù)人員有一定的參考指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】:數(shù)控機床;伺服系統(tǒng);故障現(xiàn)象;分析與處理Fault Diagnosis and Treatment of CNC Machine Tool Servo System Abstract:In combination with numerical control machine tool fault phenomenon，this paper analyzes several 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 NCtechnicianKey words:CNC machine tools;servo system;fault phenomenon;analysis and processing數(shù)控機床產(chǎn)生的故障繁多，故障的診斷維修需要工程技術(shù)人員了解、掌握多門學(xué)科的相關(guān)知識?，F(xiàn)就數(shù)控機床伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見故障的診斷分析與處理方法作一闡述。1超程當(dāng)進(jìn)給運動超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)設(shè)定的硬限位時，就會發(fā)生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內(nèi)容。具體故障現(xiàn)象有兩種情況:一是系統(tǒng)出錯，提示某軸硬件超程，原因可能是零件過大，不適合在此機床上加工或者伺服的超程回路短路，這兩種原因的排除措施分別為重新考慮加工此零件的條件和檢驗超程回路，避免超程信號的誤輸入;二是系統(tǒng)報警，提示某軸軟超程，原因可能是程序錯誤或刀具位置有誤，排除措施是重新編制程序或重新對刀。2過載當(dāng)進(jìn)給運動的負(fù)載過大，頻繁正、反向運動以及傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時，均會引起過載報警1。一般會在CRT上顯示伺服電動機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進(jìn)給驅(qū)動單元上、指示燈或數(shù)碼管會提示驅(qū)動單元過載、過電流等信息。具體故障原因見表1。 3竄動在進(jìn)給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象的原因如下:1)測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等;2)速度控制信號不穩(wěn)定或受到干擾;3)接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當(dāng)竄動發(fā)生在由正方向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致，緊固螺釘或調(diào)整間隙和增益能解決此故障。4爬行在啟動加速段或低速進(jìn)給時發(fā)生爬行現(xiàn)象，產(chǎn)生原因可能有進(jìn)給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過低、外加負(fù)載過大或聯(lián)軸器的機械傳動有故障，應(yīng)通過聽工作時的聲音、檢查伺服的增益參數(shù)、校核工作負(fù)載和目測聯(lián)軸器的外形檢查，根據(jù)具體情況做好機床潤滑、依參數(shù)說明書正確設(shè)置相應(yīng)參數(shù)、改善切削條件或更換聯(lián)軸器接觸故障。5機床出現(xiàn)振動機床在高速運行時，可能產(chǎn)生振動，設(shè)備出現(xiàn)過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題，而機床速度的整個調(diào)節(jié)過程是由速度調(diào)節(jié)器來完成的，即凡是與速度有關(guān)的問題，應(yīng)該先檢查速度調(diào)節(jié)器，從給定信號、反饋信號及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。例:一臺配套某系統(tǒng)的加工中心，進(jìn)給加工過程中，發(fā)現(xiàn)x軸有振動現(xiàn)象。分析與處理:加工過程中坐標(biāo)軸出現(xiàn)振動、爬行現(xiàn)象與多種原因有關(guān)，故障可能是機械傳動系統(tǒng)的原因，亦可能是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定不當(dāng)?shù)?。為了判定故障原因，將機床操作方式置于手動，用手搖脈沖發(fā)生器控制x軸進(jìn)給，發(fā)現(xiàn)x軸仍有振動現(xiàn)象。在此方式下，通過較長時間的移動，x軸速度單元上OVC報警燈亮。證明x軸伺服驅(qū)動器發(fā)生了過電流故障，根據(jù)以上現(xiàn)象，分析可能的原因如下:1)負(fù)載過重;2)機械傳動系統(tǒng)不良;3)位置環(huán)增益過高;4)伺服不良等。維修時通過互換法，確認(rèn)故障原因出在直流伺服上。卸下x軸，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)6個電刷中有兩個的彈簧已經(jīng)燒斷，造成了電樞電流不平衡，使輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)的軸承亦有損壞，故而引起x軸的振動與過電流。更換軸承與電刷后，機床恢復(fù)正常。6伺服電動機不轉(zhuǎn)數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給驅(qū)動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC 24 V繼電器線圈電壓1。伺服電動機不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有:1)檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出。2)檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機床PLC梯形圖(或流程圖)，以確定進(jìn)給軸的起動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。3)對帶電磁制動的伺服電動機，應(yīng)檢查電磁制動是否釋放。4)進(jìn)給驅(qū)動單元故障。5)伺服電動機故障。例:一臺配套某系統(tǒng)的進(jìn)口立式加工中心，在加工過程中發(fā)現(xiàn)某軸不能正常移動。分析與處理:通過機床電氣原理圖分析，該機床采用的是HSV16型交流伺服驅(qū)動?，F(xiàn)場分析、觀察機床動作，發(fā)現(xiàn)運行程序后，測量其輸出的速度信號和位置控制信號均正常。在觀察PLC狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)伺服允許信號沒有輸入。對照“刀庫給定值轉(zhuǎn)換/定位控制”板原理圖逐級測量，最終發(fā)現(xiàn)該板上的模擬開關(guān)(型號DG201)已損壞，更換同型號備件后，機床恢復(fù)正常工作。7位置誤差當(dāng)伺服軸運動超過位置允許誤差時，數(shù)控系統(tǒng)就會產(chǎn)生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因及排除方法見表2。 8漂移當(dāng)指令值為零時，坐標(biāo)軸仍移動，從而造成位置誤差。通過漂移補償和驅(qū)動單元上的零速調(diào)整來消除。9回參考點故障回參考點故障一般分為找不到參考點和找不準(zhǔn)參考點兩類。前一類故障一般是回參考點減速開關(guān)產(chǎn)生的信號或零位脈沖信號失效，可以通過檢查脈沖編碼器零標(biāo)志位或光柵尺零標(biāo)志位是否有故障;后一類故障時參考點開關(guān)擋塊位置設(shè)置不當(dāng)引起的，需要重新調(diào)整擋塊位置2。10開機后電動機產(chǎn)生尖叫開機后電動機產(chǎn)生尖叫(高頻振蕩)，往往是CNC中與伺服驅(qū)動有關(guān)的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)引起的。排除措施是，重新按參數(shù)說明書設(shè)置好相關(guān)參數(shù)。例:某進(jìn)口立式加工中心，更換了SIEMENS611A雙軸模塊后，開機x，y出現(xiàn)尖叫聲，系統(tǒng)與驅(qū)動器均無故障。分析與處理:SIEMENS611A驅(qū)動器開機時出現(xiàn)尖叫聲的情況，在機床首次調(diào)試時經(jīng)常遇到，主要原因是驅(qū)動器與實際進(jìn)給系統(tǒng)的匹配未達(dá)到最佳值而引起的。對于這類故障，通常只要通過驅(qū)動器的速度環(huán)增益與積分時間的調(diào)整即可進(jìn)行消除，具體方法為:1)根據(jù)驅(qū)動模塊及規(guī)格，對驅(qū)動器的調(diào)節(jié)器板的S2進(jìn)行正確的電流調(diào)節(jié)器設(shè)定;2)將速度調(diào)節(jié)器的積分時間Tn調(diào)節(jié)電位器(在驅(qū)動器正面)，逆時針調(diào)制極限(Tn39 ms);3)將速度調(diào)節(jié)器的比例Kp調(diào)節(jié)電位器(在驅(qū)動器正面)，調(diào)整至中間位置(Kp710);4)在以上調(diào)整后，既可以消除伺服的尖叫聲，但此時動態(tài)性較差，還須進(jìn)行下一步調(diào)整;5)順時針慢慢旋轉(zhuǎn)積分時間Tn調(diào)節(jié)電位器，減小積分時間，直到電動機出現(xiàn)振蕩聲;6)逆時針稍稍旋轉(zhuǎn)積分時間Tn調(diào)節(jié)電位器，使振蕩聲恰好消除;7)保留以上位置，并作好記錄。機床經(jīng)以上調(diào)整后，尖叫聲即消除，機床恢復(fù)正常工作。11加工工件尺寸無規(guī)律變化加工工件尺寸出現(xiàn)無規(guī)律變化的可能原因與排除方法見表3。例:配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床，在工作過程中，發(fā)現(xiàn)加工工件的x向尺寸出現(xiàn)無規(guī)律的變化。分析與處理:數(shù)控機床的加工尺寸不穩(wěn)定通常與機械傳動系統(tǒng)的安裝、連接與精度，以及伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)定與調(diào)整有關(guān)3。在本機床上利用百分表仔細(xì)測量x軸的定位精度，發(fā)現(xiàn)絲杠每移動一個螺距，x向的實際尺寸總是要增加幾十微米，而且此誤差不斷積累。根據(jù)以上現(xiàn)象分析，故障原因似乎與系統(tǒng)的齒輪比、參數(shù)計數(shù)器容量、編碼器脈沖等參數(shù)的設(shè)定有關(guān)，但經(jīng)檢查，以上參數(shù)的設(shè)定均正確無誤，排除了參數(shù)設(shè)定不當(dāng)引起故障的原因。為了進(jìn)一步判定故障部位，維修時拆下x軸伺服，并在軸端通過劃線做上標(biāo)記，利用手動增量進(jìn)給方式移動x軸，檢查發(fā)現(xiàn)x軸每次增量移動一個螺距時，軸轉(zhuǎn)動均大于360。同時，在以上檢測過程中發(fā)現(xiàn)伺服每次轉(zhuǎn)動到某一固定的角度上時，均出現(xiàn)“突跳”現(xiàn)象，且在無“突跳”區(qū)域，運動距離與軸轉(zhuǎn)過的角度基本相符(無法精確測量，依靠觀察確定)。根據(jù)以上實驗可以判定可以判定故障是由于x軸的位置監(jiān)測系統(tǒng)不良引起的，考慮到“突跳”僅在某一固定的角度產(chǎn)生，且在無“突跳”區(qū)域，運動距離與軸轉(zhuǎn)過的角度基本相符。因此，可以進(jìn)一步確認(rèn)故障與測量系統(tǒng)的電纜連接、系統(tǒng)的接口電路有關(guān)，原因是編碼器本身的不良。通過更換編碼器后，機床恢復(fù)正常。12伺服電動機開機后即自動旋轉(zhuǎn)造成此故障的可能原因及排除方法見表4。例:一臺配套SIEMENS交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的臥式加工中心，在開機調(diào)試時，出現(xiàn)手動按下刀庫回轉(zhuǎn)按鈕后，刀庫即高速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機床報警。分析與處理:根據(jù)故障現(xiàn)象，可以初步確定故障是由于刀庫交流驅(qū)動器反饋信號不正確或反饋線脫落引起的速度環(huán)正反饋或開環(huán)。測