伺服系統(tǒng)有哪些故障形式？伺服電機(jī)常見的故障解決方案,！
進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng),，在數(shù)控機(jī)床等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，其故障的診斷處理也是一直被人們所重視的地方,。下面就讓我們一起來看著進(jìn)給伺服系統(tǒng)具有哪些故障形式,，該如何診斷與處理吧！
故障形式及原因診斷
（1）超程
當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)決定的硬限位時(shí)，就會(huì)發(fā)生超程報(bào)警。一般會(huì)在CRT上顯示報(bào)警內(nèi)容,。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說明書,，即可排除故障，解除報(bào)警,。
（2）過載
當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過大,，頻繁正反向運(yùn)動(dòng)以及傳動(dòng)鏈潤(rùn)滑狀態(tài)不良時(shí)，均會(huì)引起過載報(bào)警,。一般會(huì)在CRT上顯示伺服電機(jī)過載,、過熱或過流等報(bào)警信息。同時(shí),，在強(qiáng)電柜中的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元上,，指示燈或數(shù)碼管會(huì)提示驅(qū)動(dòng)單元過載、過電流等信息,。
（3）竄動(dòng)
在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象,，其原因包括：①測(cè)速信號(hào)不穩(wěn)定，如測(cè)速裝置故障,、測(cè)速反饋信號(hào)干擾等,；②速度控制信號(hào)不穩(wěn)定或受到干擾；③接線端子接觸不良,，如螺釘松動(dòng)等,。當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正向運(yùn)動(dòng)與反向運(yùn)動(dòng)的換向瞬間時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致,。
（4）爬行
發(fā)生在啟動(dòng)加速階段或低速進(jìn)給時(shí),，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益低和外加負(fù)載過大等因素所致,。尤其要注意的是,，伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身的缺陷,，如裂紋等,，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)和伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)忽快忽慢,，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象,。
（5）振動(dòng)
機(jī)床以高速運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生振動(dòng),，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)過流報(bào)警,。機(jī)床振動(dòng)問題一般屬于速度問題，所以應(yīng)去查找速度環(huán),，即凡是與速度有關(guān)的問題,，應(yīng)該去查找速度調(diào)節(jié)器。因此，振動(dòng)問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器,。主要從給定信號(hào),、反饋信號(hào)及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。
①首先檢查輸入給速度調(diào)節(jié)器的信號(hào),，即給定信號(hào),。給定信號(hào)由位置偏差計(jì)數(shù)器發(fā)出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量VCMD,、再送入速度調(diào)節(jié)器,。應(yīng)查一下這個(gè)信號(hào)是否有振動(dòng)分量，如它只有一個(gè)周期的振動(dòng)信號(hào),，可以確認(rèn)速度調(diào)節(jié)器沒有問題，而是前級(jí)的問題,，即應(yīng)到D/A轉(zhuǎn)換器或位置偏差計(jì)數(shù)器中去查找問題,。如果正常，就轉(zhuǎn)向查找測(cè)速發(fā)電機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)的問題,。
②檢查測(cè)速發(fā)電機(jī)及伺服電機(jī),。當(dāng)機(jī)床振動(dòng)時(shí)，說明機(jī)床速度在振蕩,，測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋回來的波形一定也在振蕩,，觀察它的波形是否出現(xiàn)有規(guī)律的大起大落。這時(shí),，最好能測(cè)一下機(jī)床的振動(dòng)頻率與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度是否存在一個(gè)準(zhǔn)確的比例關(guān)系,，如振動(dòng)的頻率是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的四倍頻率，這時(shí)就應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)或測(cè)速發(fā)電機(jī)有故障,。首先要檢查電動(dòng)機(jī)有無故障,，查其碳刷、換向器表面狀況,，如果沒有問題,，就再檢查測(cè)速發(fā)電機(jī)。
③速度調(diào)節(jié)器故障,。若采用上述方法還不能完全消除振動(dòng),，甚至無任何改善，就應(yīng)考慮速度調(diào)節(jié)器本身的問題,，應(yīng)更換速度調(diào)節(jié)器板或換下后徹底檢測(cè)各處波形,。
④檢查振動(dòng)頻率與進(jìn)給速度的關(guān)系。若二者成比例,，除機(jī)床共振原因外,，多數(shù)是因?yàn)镃NC系統(tǒng)插補(bǔ)精度太差或位置檢測(cè)增益太高引起的，需要進(jìn)行插補(bǔ)調(diào)整和檢測(cè)增益的調(diào)整。如果與進(jìn)給速度無關(guān),，則可能原因有：速度控制單元的設(shè)定與機(jī)床不匹配,，速度控制單元調(diào)整不好，該軸的速度環(huán)增益太大或速度控制單元的印制電路板不良,。
實(shí)例：X軸振蕩的故障維修
故障現(xiàn)象：一臺(tái)配套FANUCOMC的數(shù)控機(jī)床,，加工中心X軸負(fù)載有時(shí)突然上升到80%，同時(shí)X軸電動(dòng)機(jī)嗡嗡作響,；有時(shí)又正常,。
分析及處理過程：現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)X軸電動(dòng)機(jī)嗡嗡作響的頻率較低，故判斷X軸發(fā)生低頻振蕩,。發(fā)生振蕩的原因有：
①軸位置環(huán)增益不合適,；
②機(jī)械部分間隙大，傳動(dòng)鏈剛性差,，有卡滯,；
③負(fù)載慣量較大。
經(jīng)查X軸位置增益未變,，負(fù)載也正常,。此機(jī)床由于一直進(jìn)行重切削加工，X軸間隙較大,，剛進(jìn)行過間隙補(bǔ)償,。經(jīng)查X軸間隙補(bǔ)償參數(shù)0535，設(shè)定值為250,，用百分表測(cè)得X軸實(shí)際間隙為0.22,，補(bǔ)償過渡；直到將設(shè)定值改為200后,，X軸振蕩才消除,。
（6）伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)
數(shù)控系統(tǒng)輸入至進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元的除了速度控制信號(hào)外，還有伺服使能控制信號(hào),，一般為DC+24V繼電器線圈電壓,。①檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出；②檢查使能信號(hào)是否接通,。通過CRT觀察I/O狀態(tài),，分析機(jī)床PLC梯形圖（或流程圖），以確定進(jìn)給軸的啟動(dòng)條件,，如潤(rùn)滑,、冷卻等是否滿足；③對(duì)帶電磁制動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī),，應(yīng)檢查電磁制動(dòng)是否釋放,；④進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障,；⑤伺服電動(dòng)機(jī)故障。
（7）位置誤差
當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過位置允差范圍時(shí),，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生位置誤差過大的報(bào)警,，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等,。主要原因有：①系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍?。虎谒欧到y(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng),；③位置檢測(cè)裝置有污染,；④進(jìn)給傳動(dòng)鏈累積誤差過大；⑤主軸箱垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡裝置（如平衡油缸等）不穩(wěn),。
（8）漂移
當(dāng)指令值為零時(shí),，坐標(biāo)軸仍移動(dòng)，從而造成位置誤差,。通過漂移補(bǔ)償和驅(qū)動(dòng)單元上的零速調(diào)整來消除,。
（9）回參考點(diǎn)故障
回參考點(diǎn)故障一般分為找不到參考點(diǎn)和找不準(zhǔn)參考點(diǎn)兩類。前一類故障一般是回參考點(diǎn)減速開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)或零位脈沖信號(hào)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)志位來確定是否有故障,；后一類故障是參考點(diǎn)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,。
（10）伺服電動(dòng)機(jī)開機(jī)后既自動(dòng)旋轉(zhuǎn)
主要原因有：①位置反饋的極性錯(cuò)誤；②由于外力使坐標(biāo)軸產(chǎn)生了位置偏移,；③驅(qū)動(dòng)器,、測(cè)速發(fā)電機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)或系統(tǒng)位置測(cè)量回路不良,；④電動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)器有故障,。
進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的故障診斷
01直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)
PWM調(diào)速是利用脈寬調(diào)制器對(duì)大功率晶體管的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制。將速度控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成—定頻率的方波電壓,，加到直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞的兩端,，通過對(duì)方波寬度的控制，改變電樞兩端的平均電壓,，從而達(dá)到控制電樞電流,，進(jìn)而控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。晶閘管調(diào)速則是利用速度調(diào)節(jié)器對(duì)晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行控制,，通過改變導(dǎo)通角的大小來改變電樞兩端的電壓,，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
1.CRT有報(bào)警顯示的故障
對(duì)于FANUC系統(tǒng),，CRT顯示的伺服報(bào)警為400～457號(hào)伺服系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)警和702～704號(hào)過熱報(bào)警,。引起過熱報(bào)警的原因有：
①機(jī)床切削條件苛刻及機(jī)床摩擦力矩增大,，引起主回路中的過載繼電器動(dòng)作；
②切削時(shí)伺服電動(dòng)機(jī)電流太大或變壓器本身故障,，引起伺服變壓器熱控開關(guān)動(dòng)作,；
③伺服電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)部短路或絕緣不良、電動(dòng)機(jī)永久磁體去磁或脫落及電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器不良,，引起電動(dòng)機(jī)內(nèi)的熱控開關(guān)動(dòng)作,。
2.報(bào)警指示燈指示的故障
對(duì)于FANUC系統(tǒng)和Siemens系統(tǒng)速度控制單元中的印制線路板上有報(bào)警燈，其功能,、故障原因及排除方法可參看相應(yīng)機(jī)床說明書,。
3.無報(bào)警顯示的故障
①機(jī)床失控。速度反饋信號(hào)為正反饋信號(hào),，多發(fā)生在維修調(diào)試過程中,，通常是電纜信號(hào)線連接錯(cuò)誤所致。
②機(jī)床振動(dòng),。與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤,，如指令倍率CRM和檢測(cè)倍率DMR的設(shè)定錯(cuò)誤等。檢查機(jī)床振動(dòng)周期,，如機(jī)床振動(dòng)周期隨進(jìn)給速度變化,，特別是快速移動(dòng)時(shí)，伴有大的沖擊,，多為測(cè)速裝置有故障,，如伺服電動(dòng)機(jī)上的測(cè)速發(fā)電機(jī)電刷接觸不良；若機(jī)床振動(dòng)周期不隨進(jìn)給速度變化,，則調(diào)節(jié)增益電位器,，使增益降低，觀察振動(dòng)是否減弱,。若減弱,，且振動(dòng)頻率是幾十赫茲到幾百赫茲，也即機(jī)床的固有振動(dòng)頻率,，則可通過印制線路板上的有關(guān)設(shè)定來解決,。若振動(dòng)不減弱，則是印制線路板有故障,。
③定位精度低,。除機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈誤差大外，還與伺服系統(tǒng)增益太低有關(guān),，調(diào)節(jié)增益電位器,，增大增益，以確認(rèn)能否消除故障,。
④電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲過大,。伺服電動(dòng)機(jī)換向器的表面粗糙度不好或有損傷,；油液或灰塵等侵入電刷或換向器；電動(dòng)機(jī)軸向存在竄動(dòng),。
⑤伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn),。電動(dòng)機(jī)永久磁鐵脫落；帶電磁制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機(jī),，制動(dòng)器失靈,，通電后未能脫開。
02交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)
1.交流伺服電動(dòng)機(jī)的基本檢查,。原則上說,，交流伺服電動(dòng)機(jī)可以不需要維修，因?yàn)樗鼪]有損壞,。但由于交流伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)含有精密檢測(cè)器,，因此，當(dāng)發(fā)生碰撞,、沖擊時(shí)可能會(huì)引起故障,，維修時(shí)應(yīng)進(jìn)行如下檢查：①是否受到任何機(jī)械損傷；②旋轉(zhuǎn)部分是否可用手正常轉(zhuǎn)動(dòng),；③帶制動(dòng)器的,，制動(dòng)器是否正常；④是否有任何松動(dòng)螺釘或間隙,；⑤是否安裝在潮濕,、溫度變化劇烈和有灰塵的地方。
2.交流伺服電動(dòng)機(jī)的安裝注意事項(xiàng),。維修完成后,，安裝伺服要注意以下幾點(diǎn)：
①由于伺服系統(tǒng)防水結(jié)構(gòu)不是很嚴(yán)密,，如果切削液,、潤(rùn)滑油等滲入內(nèi)部，會(huì)引起絕緣性能降低或繞組短路,，因此,，應(yīng)注意盡可能避免切削液濺入；
②當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)安裝在齒輪箱上時(shí),，加注潤(rùn)滑油時(shí)應(yīng)注意齒輪箱的潤(rùn)滑油油面高度必須低于伺服的輸出軸,，防止?jié)櫥蜐B入內(nèi)部。
③當(dāng)固定伺服聯(lián)軸器,、齒輪,、同步帶等連接件時(shí)，在任何情況下,，作用在上面的力不能超過容許的徑向,、軸向負(fù)載,。
④按說明書規(guī)定，對(duì)伺服和控制電路之間進(jìn)行正確的連接,。
3.交流伺服電動(dòng)機(jī)常見的故障,。包括以下幾點(diǎn)：
①轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置故障。當(dāng)霍爾開關(guān)或光電脈沖編碼器發(fā)生故障時(shí),，會(huì)引起失控,，進(jìn)給有振動(dòng)。
②用萬用表或電橋測(cè)量電樞繞組的直流電阻,，檢查是否斷路,，并用兆歐表查絕緣是否良好。
③將與機(jī)械裝置分離,，用手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子,，正常情況下感覺有阻力，轉(zhuǎn)一個(gè)角度后手放開,，轉(zhuǎn)子又返回,；如果用手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí)能連續(xù)轉(zhuǎn)幾圈并自由停下，則該電動(dòng)機(jī)已損壞,；如果用手轉(zhuǎn)不動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)后無返回,，則機(jī)械部分可能有故障。
④脈沖編碼器的更換,。若交流伺服的脈沖編碼器不良,，就應(yīng)更換脈沖編碼器。
03步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是開環(huán)控制系統(tǒng)中最常選用的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),。開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,，調(diào)試、維修,、使用都很方便,，工作可靠，成本低廉,。在一般要求精度不太高的機(jī)床上曾得到廣泛應(yīng)用,。
使用過程中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有如下常見故障：
1.電動(dòng)機(jī)過熱報(bào)警,?？赡苁枪ぷ鳝h(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高,；參數(shù)選擇不當(dāng),，如電流過大、超過相電流和可重新設(shè)置參數(shù)等,。
2.工作中,，尖叫后不轉(zhuǎn),，具體情況為加工或運(yùn)行過程中，驅(qū)動(dòng)器或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出刺耳的尖叫聲,?？赡艿脑蚴禽斎朊}沖頻率太高，引起堵轉(zhuǎn),，可通過降低輸入脈沖頻率來排除,；輸入脈沖的突調(diào)頻率太高，可通過降低輸入脈沖的突調(diào)頻率來排除,。
3.工作過程中停車,，在工作正常的狀況下，發(fā)生突然停車的故障,。
4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步或多步,，此故障引起的可能現(xiàn)象是工作過程中，配置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的某軸突然停頓,，而后,，又繼續(xù)走動(dòng)。
5.運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻,，有抖動(dòng),。反映在加工中是加工的工件有振紋，表面粗糙度大,。
故障診斷處理
一般常見的有以下幾種處理方法：
（1）修理或更換元器件,。
（2）重新安裝或插接相關(guān)的連接狀況。
（3）調(diào)整相關(guān)參數(shù),。
數(shù)控系統(tǒng),、PLC及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都設(shè)置了許多可修改的參數(shù)，以適應(yīng)不同機(jī)床,、不同工作狀態(tài)的要求,。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機(jī)床相匹配，而且能使機(jī)床各項(xiàng)功能達(dá)到最佳化,。因此,，任何參數(shù)的變化（尤其是模擬量參數(shù)）甚至丟失都是不允許的,；而隨機(jī)床的長(zhǎng)期運(yùn)行所引起的機(jī)械或電氣性能的變化,，會(huì)打破最初的匹配狀態(tài)和最佳化狀態(tài)，需要重新調(diào)整相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)給予排除,。
這種方法對(duì)維修人員的要求很高,，不僅要對(duì)具體系統(tǒng)主要參數(shù)十分了解，即知曉其地址和熟悉其作用,，而且要有較豐富的電氣調(diào)試經(jīng)驗(yàn),。
（4）特殊處理法,。
當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)已進(jìn)入PC和開放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來越豐富,，有系統(tǒng)軟件,、機(jī)床制造者軟件，甚至還有使用者自己的軟件,。由于軟件邏輯的設(shè)計(jì)中存在一些不可避免的問題,，使得有些故障狀態(tài)無法分析，如死機(jī)現(xiàn)象,。對(duì)于這種故障現(xiàn)象可以采取特殊手段來處理,，如整機(jī)斷電，稍作停頓后再開機(jī),，有時(shí)就可將故障消除,。
維修人員可以在自己的長(zhǎng)期實(shí)踐中摸索其規(guī)律或者其他有效的方法。當(dāng)故障分析結(jié)果集中于某一印制電路板上時(shí),，由于電路集成度的不斷擴(kuò)大,，要把故障落實(shí)于其上某一區(qū)域乃至某一元件是十分困難的。為了縮短停機(jī)時(shí)間,，在具有相同備件的條件下,，可以先將備件換上，然后再去檢查修復(fù)故障板,。但在拔出舊板更換新板之前,，一定要先仔細(xì)閱讀相關(guān)資料，弄懂要求和操作步驟之后再動(dòng)手,，以免出現(xiàn)更大的故障,。
