數控機床伺服系統常見故障分析與維修

杜旭東

（鄭州煤礦機械制造技工學校，河南 鄭州450013）

數控機床伺服系統常見故障分析與維修

杜旭東

（鄭州煤礦機械制造技工學校，河南 鄭州450013）

結合多年來在實習教學和生產中的操作經驗，分析了數控機床伺服系統的一些常見故障，并結合實例分析故障診斷及排除的方法，對改善數控機床的加工質量和效率有積極的意義。

數控機床；伺服系統；故障分析與排除

隨著科技的發(fā)展，數控技術在機械和汽車行業(yè)的市場占有率逐步提高，而隨之產生的故障越來越多，越來越復雜。數控機床伺服系統，作為數控機床的執(zhí)行機構，是電腦數字控制系統（簡稱CNC）與機床本體間的電傳動聯系環(huán)節(jié)。通過這個系統可使整個數控機床實現電能到機械能的轉換，因此掌握它的故障排除和維修方法顯得至關重要。數控機床伺服系統主要包括兩大部分，即進給伺服系統與主軸伺服系統。其中，進給伺服系統的主要作用是控制CNC輸出的坐標軸位置，完成進給驅動；而主軸伺服系統的主要作用是將主電動機的原動力變成切削力矩與切削速度實現主軸刀具的切削加工環(huán)節(jié)較多，因此它的故障率相對較高，并會對機床的運行狀態(tài)、工件加工質量等產生直接影響。本文針對進給伺服系統與主軸伺服系統分析和研究了數控機床伺服系統的兩個典型故障案列。

1　故障一

一臺采用GSK980TB2系統的經濟型數控車床在加工過程中時常出現“驅動器報警212 X軸驅動器未緒”，X軸驅動器“Err-13”號報警（邁信驅動器）；同時該機床X軸尺寸不穩(wěn)定，忽大忽小，一般情況下尺寸誤差在0.2 mm左右，偶爾會出現尺寸誤差在1 mm左右。

故障分析與排除：筆者根據表1報警處理方法依次排除。首先，由于該機床是在加工過程中出現報警，故伺服驅動器故障可以排除。然后，筆者觀察該機床的加工環(huán)境和通過詢問操作人員得知：該機床主要加工球墨鑄鐵類零件，同時操作者為了降低刀具磨損，在加工過程中使了水溶性切削液，機床內部環(huán)境極差。更嚴重的是機床自動潤滑系統近一段時間是沒有加注過潤滑油。最后，筆者將了解到的以上情況結合現在的故障現象，可以斷定該故障是在機械方面，而且還是由于自動潤滑系統損壞及其惡劣的加工環(huán)境造成機床X軸滾珠絲杠磨損和轉動扭矩過大。

表1　邁信驅動器13號報警處理方法

處理方法與步驟：筆者打開X軸防護罩，卸下伺服電機，用手轉動絲杠時，可以感覺到絲杠運轉不平滑，明顯感覺到內部滾珠有磨損。同時，防護罩下有大量的鐵屑，而且絲杠上有明顯的銹跡。

更換絲杠后，故障排除。隨后，筆者更換了機床自動潤滑泵，并檢查了潤滑油路，同時要求操作工將水溶性切削液更換為煤油（在加工時易產生大量煙霧）或者不使用切削液。

2　故障現象二

一臺采用GSK980MDa系統的鉆銑加工中心在加工過程中系統顯示“運控報警：3036主軸故障”報警，主軸無法轉動，同時主軸伺服驅動器（廣數）顯示“Err-13”報警。

故障分析與排除：該主軸伺服驅動器報警代碼是一致的，都是電機運行過程中出現過負載。

通過詢問操作工作了解到，這臺機床已使用四年左右，在這近半年的時間內主軸噪音明顯增大，時常出現“運控報警：3036主軸故障”。以前出現這個報警時，只需重新啟動機床就可以使用。但是這次主軸卡死，無法轉動，重新啟動機床也無法使用。

對于加工中心而言，主軸卡死通常表現在以下兩種情況：一是主軸軸承損壞，造成機械卡死；二是主軸箱內部傳動鏈機械卡死。

筆者首先判斷主軸軸承，具體做法是：卸下主軸，讓主軸與主軸箱內部傳動鏈脫離（此時不必讓主軸完全卸下，如圖1所示），然后轉動軸頭部分發(fā)現主軸能夠轉動，說明主軸軸承沒有損壞。

然后打下主軸箱側蓋，察看內部傳動也沒有發(fā)現明顯的損壞，如圖2所示。

圖1　主軸軸頭部分

圖2　主軸箱內部結構圖

最后只有判斷伺服電機與主軸箱的連接部分。筆者卸下鎖緊電機與主軸箱的螺栓，用行車輕輕吊起電機，只聽到“啪”的一聲，電機被吊起。筆者發(fā)現主軸電機與主軸箱連接齒輪已完全失效，如圖3所示。通過觀察內部的情況，可以認定為兩齒輪齒機膠合。這種失效形式主要發(fā)生高速重載傳動中，因嚙合溫度升高而引起潤滑失效，致使兩齒面金屬直接接觸并相互粘聯。當兩齒面相對運動時，較軟的齒面沿滑動方向被撕裂出現溝紋。

圖3　主軸電機與主軸箱連接部分結構圖

具體操作：首先要清理主軸箱內部的鐵屑，用煤油沖洗后再加注潤滑油后更換兩齒輪故障排除，主軸噪聲也降低了。

以上兩例故障可以斷定是由于機床潤滑系統或潤滑油失效造成的。作為一名機床操作人員或管理人員，要按照機床說明書按時更換潤滑油，要經常檢查機床潤滑泵是否工作和油量使用情況。同時要提醒操作人員當機床在使用過程中發(fā)現異常情況要及時與機床維修人員溝通，讓故障及時得到處理，避免造成重大故障出現。

［1］武漢邁信電氣技術有限公司．EP100系列交流伺服驅動器使用說明書（第10版）．2012.

Analysis and Maintenance of Faults of Servo-System in CNC Machine Tools

DU Xu-dong
（Zhengzhou Coal Mine Machinery Manufacturing Technical School，Zhengzhou Henan 450013，China）

The author combined with many years of operating experience in the practice of teaching and production，analyzed some common faults of the servo-system of NC machine tools，and combining with cases，analyzed fault diagnosis and elimination methods.It has a positive significance to improve the machining quality and efficiency of NC machine tools.

NC machine tools；servo-system；fault analysis and elimination

TG659

A

1672-545X（2016）07-0260-02

2016-04-26

杜旭東（1969-），女，鄭州人，本科，講師，研究方向：數控技術、職業(yè)教育。