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数控加工中心进给伺服系统常见故障及排除方法有哪些?

故障形成及原因诊断(1)超程

当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬限位时,就会发生超程报警。一般会在CRT上显示报警内容。根据数控系统说明书,即可排除故障,解除报警。

(2)过载

当进给运动的负载过大,频繁正反向运动以及传动链润滑状态不良时,均会引起过载报警。一般会在CRT上显示伺服电机过载、过热或过流等报警信息。同时,在强电柜中的进给驱动单元上,指示灯或数码管会提示驱动单元过载、过电流等信息。

(3)窜动

在进给时出现窜动现象,其原因包括:① 测速信号不稳定,如测速装置故障、测速反馈信号干扰等;② 速度控制信号不稳定或受到干扰;③接线端子接触不良,如螺钉松动等。当窜动发生在由正向运动与反向运动的换向瞬间时,一般是由于进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。

(4)爬行

发生在启动加速阶段或低速进给时,一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益低和外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是,伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器,由于连接松动或联轴器本身的缺陷,如裂纹等,造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步,从而使进给运动忽快忽慢,产生爬行现象。

(5)振动

机床以高速运行时,可能产生振动,这时就会出现过流报警。机床振动问题一般属于速度问题,所以应去查找速度环,即凡是与速度有关的问题,应该去查找速度调节器。因此,振动问题应查找速度调节器。主要从给定信号、反馈信号及速度调节器本身这三方面去查找故障。

① 首先检查输入给速度调节器的信号,即给定信号。给定信号由位置偏差计数器发出,经D/A转换器转换成模拟量VCMD、再送入速度调节器。应查一下这个信号是否有振动分量,如它只有一个周期的振动信号,可以确认速度调节器没有问题,而是前级的问题,即应到D/A转换器或位置偏差计数器中去查找问题。如果正常,就转向查找测速发电机和伺服电动机的问题。

② 检查测速发电机及伺服电机。当机床振动时,说明机床速度在振荡,测速发电机反馈回来的波形一定也在振荡,观察它的波形是否出现有规律的大起大落。这时,最好能测一下机床的振动频率与电动机旋转的速度是否存在一个准确的比例关系,如振动的频率是电动机转速的四倍频率,这时就应考虑电动机或测速发电机有故障。首先要检查电动机有无故障,查其碳刷、换向器表面状况,如果没有问题,就再检查测速发电机。

③ 速度调节器故障。若采用上述方法还不能完全消除振动,甚至无任何改善,就应考虑速度调节器本身的问题,应更换速度调节器板或换下后彻底检测各处波形。

④ 检查振动频率与进给速度的关系。若二者成比例,除机床共振原因外,多数是因为CNC系统插补精度太差或位置检测增益太高引起的,需要进行插补调整和检测增益的调整。如果与进给速度无关,则可能原因有:速度控制单元的设定与机床不匹配,速度控制单元调整不好,该轴的速度环增益太大或速度控制单元的印制电路板不良。

实例:X轴振荡的故障维修

故障现象:一台配套FANUC OMC的数控机床,加工中心X轴负载有时突然上升到80%,同时 X轴电动机嗡嗡作响;有时又正常。

分析及处理过程:现场观察发现 X轴电动机嗡嗡作响的频率较低,故判断 X轴发生低频振荡。发生振荡的原因有:①轴位置环增益不合适;②机械部分间隙大,传动链刚性差,有卡滞;③负载惯量较大。经查X轴位置增益未变,负载也正常。此机床由于一直进行重切削加工,X轴间隙较大,进行过间隙补偿。经查X轴间隙补偿参数0535,设定值为250,用百分表测得X轴实际间隙为0.22,补偿过渡;直到将设定值改为200后,X轴振荡才消除。

(6)伺服电机不转

数控系统输入至进给驱动单元的除了速度控制信号外,还有伺服使能控制信号,一般为DC + 24 V继电器线圈电压。① 检查数控系统是否有速度控制信号输出;② 检查使能信号是否接通。通过CRT观察I/O状态,分析机床PLC梯形图(或流程图),以确定进给轴的启动条件,如润滑、冷却等是否满足;③ 对带电磁制动的伺服电动机,应检查电磁制动是否释放;④ 进给驱动单元故障;⑤ 伺服电动机故障。

(7)位置误差

当伺服轴运动超过位置允差范围时,数控系统就会产生位置误差过大的报警,包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要原因有:① 系统设定的允差范围小;② 伺服系统增益设置不当;③ 位置检测装置有污染;④ 进给传动链累积误差过大;⑤ 主轴箱垂直运动时平衡装置(如平衡油缸等)不稳。

(8)漂移

当指令值为零时,坐标轴仍移动,从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。

(9)回参考点故障

回参考点故障一般分为找不到参考点和找不准参考点两类。前一类故障一般是回参考点减速开关产生的信号或零位脉冲信号失效,可以通过检查脉冲编码器零标志位或光栅尺零标志位来确定是否有故障;后一类故障是参考点开关挡块位置设置不当引起的,需要重新调整挡块位置。

(10)伺服电动机开机后既自动旋转

主要原因有:① 位置反馈的极性错误;② 由于外力使坐标轴产生了位置偏移;③驱动器、测速发电机、伺服电动机或系统位置测量回路不良;④ 电动机或驱动器有故障。