數控機床伺服系統常見故障的診斷與維修處理

周巖

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

數控機床是裝有程序控制系統的自動化機床，作為裝備制造領域先進技術的代表，被廣泛應用于裝備制造行業(yè)。數控機床的應用，提升了裝備制造業(yè)的自動化、信息化和現代化水平，為裝備制造行業(yè)帶來了廣闊的發(fā)展前景。數控機床伺服系統由于擔負著控制信息處理和控制機床執(zhí)行部件工作的重要系統，其故障的診斷分析和維修處理技術也一直受到裝備制造行業(yè)的普遍重視。

1 數控機床伺服系統構成

數控機床伺服系統由驅動裝置和執(zhí)行機構兩部分構成，數控機床伺服系統能夠實現數控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制，通過數控機床伺服系統對數控裝置指令信息接收、放大、整形處理，能夠將控制器的命令轉換為機床執(zhí)行部件的位移運動，從而實現對零件的切削加工。數控機床的伺服驅動裝置要求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏地跟蹤數控裝置發(fā)出的數字指令信號，執(zhí)行來自數控裝置的指令，提高系統的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。伺服系統包括驅動裝置和執(zhí)行機構兩部分，由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺服電動機、進給伺服電動機組成。數控機床系統中伺服系統是將控制器的數字命令轉換為具體加工的重要環(huán)節(jié)，因此伺服系統不僅結構原理復雜，對工件的加工和處理更有重要作用。伺服系統的運行穩(wěn)定性直接影響機床的運行狀態(tài)、工件的加工質量，為了在保證數控機床機械加工精度、準確度的前提下提升數控機床的生產效率，對伺服系統的故障預防、診斷和分析一直是數控機床應用中的重點問題。

2 進給數控機床伺服系統的常見故障診斷與維修處理

2.1 進給伺服系統故障類型

進給伺服系統由于其涉及的元件較多且功能復雜，因而進給伺服系統的故障類型也較為多樣。筆者通過對數控機床進給伺服系統故障的總結和分析，其故障主要有以下幾種類型。報警：報警主要是由于進給運動量超過軟件設定的限位或限位開關決定的硬限位時發(fā)生的超程報警。另外，當系統進給運動的負載過大時，由于正反運動的過于頻繁和進給傳動鏈潤滑狀態(tài)不良也會發(fā)生報警。當伺服系統發(fā)生報警時，預示著伺服系統的工作出現問題，工作人員需要及時進行停機檢查，避免數控機床故障處理不及時造成零件質量問題并對數控機床帶來物理性損壞。竄動、爬行和振動：竄動、爬行和振動是數控機床伺服系統常見的故障，一旦竄動、爬行和振動現象發(fā)生，會直接導致機械加工精度和準確度的下降，給零件質量帶來影響。竄動大多是由于測速裝置故障導致的測速信號不穩(wěn)定或者速度控制信號不穩(wěn)定導致的，除此之外接線端子的接觸不良也會導致竄動現象的發(fā)生。爬行發(fā)生的主要原因是傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良，伺服增益過低和外加負載過大等導致。振動現象的發(fā)生大多是由于進給速度太快或進給加速度過大導致的。位置誤差和漂移：位置誤差是由于伺服軸運動超過位置允許誤差范圍時導致，位置誤差包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。漂移是指數控機床的指令值為零時，坐標軸仍然繼續(xù)移動的現象，位置誤差和漂移不僅會影響工件的加工質量，嚴重時還會發(fā)生撞車事故，給數控機床帶來物理損傷。回參考點故障：機床回參考點故障一般表現為找不到參考點或者找不準參考點兩類，回參考點故障大多是由于參考點減速開關接收信息故障或信號失效導致的。

2.2 進給伺服系統常見故障的維修處理

進給伺服系統故障，一般可通過參考操作說明排除，如果遇到參考操作說明無法排除的故障則需要具體問題具體分析解決。當振動故障發(fā)生時可以對機械安裝進行檢查和調整，并保證伺服電機速度和位置檢測的準確性，由于數控伺服系統中電子元件較多，因此還需要檢查有無外部干擾影響，并且對驅動單元的參數進行排查，通過檢查確定故障類型，如果是機械故障則對機械故障予以及時解決，如果是電氣故障則需要具體確認發(fā)生問題的位置，通過維修或者元器件更換等手段對伺服系統故障進行維修處理。如果發(fā)生無法回參考點的現象，首先可以檢查回參考點減速開關信號是否準確有效，并根據回參考點減速開關信號的問題采用原理分析法或追蹤法分析等方法判斷位置并及時的維修和處理。

3 主軸伺服系統故障分析及處理

3.1 主軸伺服系統的故障類型

直流主軸伺服系統的故障主要表現為停轉、速度異常、電機振動和主電路過電流報警等。交流主軸伺服系統容易發(fā)生的故障主要表現為電機過勢、熔絲熔斷等，引發(fā)該類故障的主要原因時由于電機超載、接觸不良或者冷卻裝置損壞導致的部分元件阻抗過高或者數控機床的浪涌吸收器發(fā)生故障。

3.2 主軸伺服系統常見故障的維修處理

主軸伺服系統出現故障時首先要確定主軸系統出現故障的類型及位置。當主軸電機不運轉時首先需要確定數控系統是否有信號輸出，再對I/O狀態(tài)進行觀察，并確定是否滿足主軸的啟動條件。如果伺服電機帶有電磁制動，還需要確定是否釋放了電磁制動。如果主軸出現轉速異常，首先要對機械傳動機構進行檢查，確保機床的動作無異常。如果機械傳動機構無異常則需要對主軸驅動器的電纜連接、主軸驅動器的狀態(tài)指示燈等進行檢查，并分析是否主軸驅動器出現問題。如果以上原因均被排除，則很有可能是控制板出現故障。當主軸高速轉動振動過大時，多數是由于主軸驅動系統的電氣部分故障導致，針對這種問題我們要根據電氣原理圖對主軸驅動與各處電氣連接進行全面檢查，確定故障部位并予以維修和處理。

結語

綜上所述，數控機床伺服系統作為數控機床系統中最為復雜的系統，對數控機床的平穩(wěn)運行和機械零件加工精度具有重要影響。當數控機床伺服系統出現問題時，首先要根據故障現象判斷故障類型，再通過一定的技術手段對故障位置進行排查，當確定故障原因和位置后，針對故障的類型進行合理的維修處理，提升數控機床運行的穩(wěn)定性，保證數控機床所生產的工件質量，并提高數控機床的生產效率。

[1]王海紅，保宏.伺服系統的結構/控制一體化設計[J].組合機床與自動化加工技術，2013（03）.

[2]王振.數控機床伺服系統故障診斷五例[J].新技術新工藝，2010（05）.