维修电工技师（论文）
题目：论正确排故
姓名：艾则孜·麦麦提 职业：维修电工
身份证号：65282219700615055X
鉴定等级：维修电工技师 所在单位：轮台镇政府 完成日期：2017.01.10
摘要
随着加工制造的行业越来越广泛应用，意味着数控机床的应用就会越来越多，以前是采用模具来成形，但现在慢慢开始转变采用直接加工成装配品。伺服系统是联系数控系统和机床的中间环节，伺服系统的故障是数控机床中较为重要的故障。结合实际工作中数控机床的故障现象，介绍伺服系统最常见的故障类型; 根据故障定位方法判断故障发生部位; 通过伺服系统故障诊断实例进行说明并提出处理办法。
关键词: 数控机床; 伺服系统; 故障分析
1前 言
进给伺服系统是数控机床的重要组成部分。它的作用是: 接受数控系统发出的进给位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件［1］进行工作进给或快速进给。进给伺服系统的性能直接决定了机床的加工精度、定位精度、运动速度等重要指标。因此，进给伺服系统故障是数控机床非常常见的故障之一。当数控机床进给伺服系统出现故障时，通常有三种表现方式: 在 CRT 或操作面板上显示报警内容或报警信息;在进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元［2］的故障; 进给运动不正常，但无任何报警信息。
目 录
【摘要】···················································1 【前言】···················································2 【正文】···················································4
一、常见故障及原因分析··································4 1．超程················································4 2．过载················································4 3．窜动················································4 4．爬行················································5 5．振动················································5 6．伺服电机不转········································5 7．位置误差············································6 8．漂移················································7
二、故障分析···········································7
三、故障诊断综合实例···································9
四、结论···············································10
正文
一、常见故障及原因分析 数控机床进给伺服系统的常见故障有 8 种，如下所述: 1 超程
超程一般分为硬超程与软超程。超程报警后，挡块撞击行程开关的是硬超程; 未撞击，为软超程。超程报警机理: 软限位( 软超程) : 实际坐标大于软限位参数，发生软件报警。硬限位( 硬超程) : 实际坐标大于硬限位行程，发生硬件报警。超程解除一般做法是，手动将机床沿超程的反方向退回，检查确定无危险时，按复位键重新启动，若警报依旧，则为软超程。
2 过载
当进给运动的负载过大、频繁正反向运动及进给传动链润滑状态不良时，均会引起过载报警。一般会在 CRT上显示伺服电动机过载、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，用指示灯提示驱动单元过载、过电流等信息。
3 窜动
在进给时出现窜动现象的原因: 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; 4) 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、伺服系统增益过低及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
机床振动周期是否与进给速度有关: 1）如与进给速度有关，振动一般与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关; 2) 若与进给速度无关，振动一般与位置环增益太高或位置反馈故障有关; 3) 如振动在加减速过程中产生，往往是系统加减速时间设定过小造成的［3］。
6 伺服电动机不转
数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，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［4］； 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。主要原因如下: 1) 系统设定的允差范围过小; 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［5］。 8 漂移
当指令值为零时，坐标轴仍移动，从而造成位置误差。零点漂移会使机床绝对坐标与实际位置之间产生误差，轻则导致所加工的工件报废，重则导致刀具和机床床身的损坏［6］。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。
二、故障分析
现故障时，为了快速定位故障部位，可以采用如下两种方法: 当进给伺服系统发生故障时，数控系统显示报警信号，伺服放大器报警灯会亮。根据报警信息综合分析报警现象，查找报警原因，排除非报警因素，找到故障所在之处。由于伺服系统是由位置环和速度环组成的，当伺服系统出
a) 模块交换法
数控机床有些进给轴的驱动单元具有相同的当量，如立式加工中心 x 轴和 y 轴的驱动单元往往是一致的，当其中的某一轴发生故障时，可以用另一轴来替代，观察故障的转移情况，快速确定故障的部位。图 1 和图 2 为采用模块交换法故障诊断的方法。
其中，X 和 Y 针型插座为 CNC 系统位置控制模块至 x 轴和 y 轴驱动模块的控制信号，包括速度控制信号和伺服使能信号等; XM 和 YM 为伺服电动机接线端子; XF 和 YF为伺服电动机检测装置的反馈信号。
b) 外接参考电压法
当某轴进给发生故障时，为了确定是否为驱动单元和伺服电动机故障，可以脱开位置环，检查速度环。
三、故障诊断综合实例
a) 故障现象
某采用 FANUC OT 数控系统的数控车床，开机时全部动作正常，伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行，加工的零件精度全部达到要求。当机床正常工作 5 ～ 7 h 后，z轴出现剧烈振荡，CNC 报警，机床无法正常工作。这时，即使关机再启动，只要手动或自动移动 z 轴，在所有速度范围内，都发生剧烈振荡。但是，如果关机时间足够长 ( 如第二天开机) ，机床又可以正常工作 5 ～ 7 h，并再次出现以上故障，如此周期性重复。 b) 分析故障产生的原因根据以上故障现象，首先从大的方面考虑，分析可能的原因不外乎机械、电气两个方面。在机械方面，可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶，或者滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化，导致进给系统的不稳定。在电气方面，可能是由于某个元器件的参数变化，引起系统的动态特性改变，导致系统的不稳定。
c) 维修步骤
1) 松开 z 轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械连接，在 z 轴无负 载的情况下，运行加工程序，以区分是机械故障还是电气故障。经试验发现故障仍然存在，但发生故障的时间有所延长。因此，可以确认故障为电气原因，并且和负载大小或温升有关。
2) 将 CNC 的 x 轴和 z 轴的速度给定和位置反馈互换，即利用 CNC 的 x 轴指令控制机床的 z 轴伺服和电动机运动，CNC 的 z 轴指令控制机床的 x 轴伺服和电动机运动，以判别故障发生在 CNC 或伺服。经更换发现，此时 CNC 的 z 轴( 带 x 轴伺服及电动机) 运动正常，但 x 轴( 带 z 轴伺服及电动机) 运动时出现振荡。据此，可以确认故障在 z 轴伺服驱动或伺服电动机上。
3) 恢复第二步 CNC 和 x、z伺服间的正常连接后，将 x、z的 PCB 板经过调整设定后互换。经互换发现，这时 x 轴工作不正常，z轴故障现象消失。检修 Z 的 PCB 板，故障修复。
四、结论
在实际生产过程中，数控机床的进给伺服系统可能还会有更加复杂的故障原因，这就要求维修人员具有较广的知识面，胆大心细，有明确的目的和完整的思路，进行细致的操作，充分运用维修知识，进行故障排查和维修，提高机床的使用率。
【参考文献】
［1］冯荣军． 数控机床故障诊断与维修［M］． 北京: 中国社会劳动保障出版社，2007．
［2］彭跃湘． 数控机床故障诊断及维护［M］． 北京: 清华大学出版社，2007．
［3］周荃． 常见数控机床伺服系统故障分析［J］． 新技术新工艺，2010( 5) ．
［4］韩祥凤，王振． 数控机床伺服系统故障实例分析［J］． 2009( 4) ．
［5］李世班，房玉胜． 数控机床伺服系统故障诊断分析［J］． 2005( 5) ． ［6］姚敏强，史时喜，王晓余，等． 数控机床故障诊断维修技术［M］． 北京:电子工业出版社，2007
