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數(shù)控機(jī)床論文:數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障的診斷與處理【摘 要】:結(jié)合實(shí)際工作中數(shù)控機(jī)床的故障現(xiàn)象,分析了伺服系統(tǒng)幾類故障的原因及應(yīng)對(duì)措施,并總結(jié)出了對(duì)于伺服系統(tǒng)故障的一般處理方法,對(duì)數(shù)控工程技術(shù)人員有一定的參考指導(dǎo)意義?!娟P(guān)鍵詞】:數(shù)控機(jī)床;伺服系統(tǒng);故障現(xiàn)象;分析與處理Fault Diagnosis and Treatment of CNC Machine Tool Servo System Abstract:In combination with numerical control machine tool fault phenomenon,this paper analyzes several types of servo systemfailure and relative measures and sums up the dealing method of the general failure in the system,which provides a reference for NCtechnicianKey words:CNC machine tools;servo system;fault phenomenon;analysis and processing數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的故障繁多,故障的診斷維修需要工程技術(shù)人員了解、掌握多門學(xué)科的相關(guān)知識(shí)?,F(xiàn)就數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)常見(jiàn)故障的診斷分析與處理方法作一闡述。1超程當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)超過(guò)由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開(kāi)關(guān)設(shè)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。具體故障現(xiàn)象有兩種情況:一是系統(tǒng)出錯(cuò),提示某軸硬件超程,原因可能是零件過(guò)大,不適合在此機(jī)床上加工或者伺服的超程回路短路,這兩種原因的排除措施分別為重新考慮加工此零件的條件和檢驗(yàn)超程回路,避免超程信號(hào)的誤輸入;二是系統(tǒng)報(bào)警,提示某軸軟超程,原因可能是程序錯(cuò)誤或刀具位置有誤,排除措施是重新編制程序或重新對(duì)刀。2過(guò)載當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過(guò)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(guò)載報(bào)警1。一般會(huì)在CRT上顯示伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)載、過(guò)熱或過(guò)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(guò)載、過(guò)電流等信息。具體故障原因見(jiàn)表1。 3竄動(dòng)在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象的原因如下: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)生在由正方向運(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(guò)大所致,緊固螺釘或調(diào)整間隙和增益能解決此故障。4爬行在啟動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)發(fā)生爬行現(xiàn)象,產(chǎn)生原因可能有進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過(guò)低、外加負(fù)載過(guò)大或聯(lián)軸器的機(jī)械傳動(dòng)有故障,應(yīng)通過(guò)聽(tīng)工作時(shí)的聲音、檢查伺服的增益參數(shù)、校核工作負(fù)載和目測(cè)聯(lián)軸器的外形檢查,根據(jù)具體情況做好機(jī)床潤(rùn)滑、依參數(shù)說(shuō)明書正確設(shè)置相應(yīng)參數(shù)、改善切削條件或更換聯(lián)軸器接觸故障。5機(jī)床出現(xiàn)振動(dòng)機(jī)床在高速運(yùn)行時(shí),可能產(chǎn)生振動(dòng),設(shè)備出現(xiàn)過(guò)流報(bào)警。機(jī)床振動(dòng)問(wèn)題一般屬于速度問(wèn)題,而機(jī)床速度的整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程是由速度調(diào)節(jié)器來(lái)完成的,即凡是與速度有關(guān)的問(wèn)題,應(yīng)該先檢查速度調(diào)節(jié)器,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。例:一臺(tái)配套某系統(tǒng)的加工中心,進(jìn)給加工過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)x軸有振動(dòng)現(xiàn)象。分析與處理:加工過(guò)程中坐標(biāo)軸出現(xiàn)振動(dòng)、爬行現(xiàn)象與多種原因有關(guān),故障可能是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的原因,亦可能是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定不當(dāng)?shù)?。為了判定故障原因,將機(jī)床操作方式置于手動(dòng),用手搖脈沖發(fā)生器控制x軸進(jìn)給,發(fā)現(xiàn)x軸仍有振動(dòng)現(xiàn)象。在此方式下,通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的移動(dòng),x軸速度單元上OVC報(bào)警燈亮。證明x軸伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)生了過(guò)電流故障,根據(jù)以上現(xiàn)象,分析可能的原因如下:1)負(fù)載過(guò)重;2)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良;3)位置環(huán)增益過(guò)高;4)伺服不良等。維修時(shí)通過(guò)互換法,確認(rèn)故障原因出在直流伺服上。卸下x軸,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)6個(gè)電刷中有兩個(gè)的彈簧已經(jīng)燒斷,造成了電樞電流不平衡,使輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外,發(fā)現(xiàn)的軸承亦有損壞,故而引起x軸的振動(dòng)與過(guò)電流。更換軸承與電刷后,機(jī)床恢復(fù)正常。6伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元除了速度控制信號(hào)外,還有使能控制信號(hào),一般為DC 24 V繼電器線圈電壓1。伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn),常用診斷方法有: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(guò)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)給軸的起動(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。例:一臺(tái)配套某系統(tǒng)的進(jìn)口立式加工中心,在加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某軸不能正常移動(dòng)。分析與處理:通過(guò)機(jī)床電氣原理圖分析,該機(jī)床采用的是HSV16型交流伺服驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)分析、觀察機(jī)床動(dòng)作,發(fā)現(xiàn)運(yùn)行程序后,測(cè)量其輸出的速度信號(hào)和位置控制信號(hào)均正常。在觀察PLC狀態(tài),發(fā)現(xiàn)伺服允許信號(hào)沒(méi)有輸入。對(duì)照“刀庫(kù)給定值轉(zhuǎn)換/定位控制”板原理圖逐級(jí)測(cè)量,最終發(fā)現(xiàn)該板上的模擬開(kāi)關(guān)(型號(hào)DG201)已損壞,更換同型號(hào)備件后,機(jī)床恢復(fù)正常工作。7位置誤差當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過(guò)位置允許誤差時(shí),數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生位置誤差過(guò)大的報(bào)警,包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因及排除方法見(jiàn)表2。 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(guò)漂移補(bǔ)償和驅(qū)動(dòng)單元上的零速調(diào)整來(lái)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(kāi)關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)或零位脈沖信號(hào)失效,可以通過(guò)檢查脈沖編碼器零標(biāo)志位或光柵尺零標(biāo)志位是否有故障;后一類故障時(shí)參考點(diǎn)開(kāi)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2。10開(kāi)機(jī)后電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生尖叫開(kāi)機(jī)后電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生尖叫(高頻振蕩),往往是CNC中與伺服驅(qū)動(dòng)有關(guān)的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)引起的。排除措施是,重新按參數(shù)說(shuō)明書設(shè)置好相關(guān)參數(shù)。例:某進(jìn)口立式加工中心,更換了SIEMENS611A雙軸模塊后,開(kāi)機(jī)x,y出現(xiàn)尖叫聲,系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器均無(wú)故障。分析與處理:SIEMENS611A驅(qū)動(dòng)器開(kāi)機(jī)時(shí)出現(xiàn)尖叫聲的情況,在機(jī)床首次調(diào)試時(shí)經(jīng)常遇到,主要原因是驅(qū)動(dòng)器與實(shí)際進(jìn)給系統(tǒng)的匹配未達(dá)到最佳值而引起的。對(duì)于這類故障,通常只要通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的速度環(huán)增益與積分時(shí)間的調(diào)整即可進(jìn)行消除,具體方法為:1)根據(jù)驅(qū)動(dòng)模塊及規(guī)格,對(duì)驅(qū)動(dòng)器的調(diào)節(jié)器板的S2進(jìn)行正確的電流調(diào)節(jié)器設(shè)定;2)將速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Tn調(diào)節(jié)電位器(在驅(qū)動(dòng)器正面),逆時(shí)針調(diào)制極限(Tn39 ms);3)將速度調(diào)節(jié)器的比例Kp調(diào)節(jié)電位器(在驅(qū)動(dòng)器正面),調(diào)整至中間位置(Kp710);4)在以上調(diào)整后,既可以消除伺服的尖叫聲,但此時(shí)動(dòng)態(tài)性較差,還須進(jìn)行下一步調(diào)整;5)順時(shí)針慢慢旋轉(zhuǎn)積分時(shí)間Tn調(diào)節(jié)電位器,減小積分時(shí)間,直到電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)振蕩聲;6)逆時(shí)針稍稍旋轉(zhuǎn)積分時(shí)間Tn調(diào)節(jié)電位器,使振蕩聲恰好消除;7)保留以上位置,并作好記錄。機(jī)床經(jīng)以上調(diào)整后,尖叫聲即消除,機(jī)床恢復(fù)正常工作。11加工工件尺寸無(wú)規(guī)律變化加工工件尺寸出現(xiàn)無(wú)規(guī)律變化的可能原因與排除方法見(jiàn)表3。例:配套某系統(tǒng)的數(shù)控車床,在工作過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)加工工件的x向尺寸出現(xiàn)無(wú)規(guī)律的變化。分析與處理:數(shù)控機(jī)床的加工尺寸不穩(wěn)定通常與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的安裝、連接與精度,以及伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)定與調(diào)整有關(guān)3。在本機(jī)床上利用百分表仔細(xì)測(cè)量x軸的定位精度,發(fā)現(xiàn)絲杠每移動(dòng)一個(gè)螺距,x向的實(shí)際尺寸總是要增加幾十微米,而且此誤差不斷積累。根據(jù)以上現(xiàn)象分析,故障原因似乎與系統(tǒng)的齒輪比、參數(shù)計(jì)數(shù)器容量、編碼器脈沖等參數(shù)的設(shè)定有關(guān),但經(jīng)檢查,以上參數(shù)的設(shè)定均正確無(wú)誤,排除了參數(shù)設(shè)定不當(dāng)引起故障的原因。為了進(jìn)一步判定故障部位,維修時(shí)拆下x軸伺服,并在軸端通過(guò)劃線做上標(biāo)記,利用手動(dòng)增量進(jìn)給方式移動(dòng)x軸,檢查發(fā)現(xiàn)x軸每次增量移動(dòng)一個(gè)螺距時(shí),軸轉(zhuǎn)動(dòng)均大于360。同時(shí),在以上檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)伺服每次轉(zhuǎn)動(dòng)到某一固定的角度上時(shí),均出現(xiàn)“突跳”現(xiàn)象,且在無(wú)“突跳”區(qū)域,運(yùn)動(dòng)距離與軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度基本相符(無(wú)法精確測(cè)量,依靠觀察確定)。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)可以判定可以判定故障是由于x軸的位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不良引起的,考慮到“突跳”僅在某一固定的角度產(chǎn)生,且在無(wú)“突跳”區(qū)域,運(yùn)動(dòng)距離與軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度基本相符。因此,可以進(jìn)一步確認(rèn)故障與測(cè)量系統(tǒng)的電纜連接、系統(tǒng)的接口電路有關(guān),原因是編碼器本身的不良。通過(guò)更換編碼器后,機(jī)床恢復(fù)正常。12伺服電動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)后即自動(dòng)旋轉(zhuǎn)造成此故障的可能原因及排除方法見(jiàn)表4。例:一臺(tái)配套SIEMENS交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的臥式加工中心,在開(kāi)機(jī)調(diào)試時(shí),出現(xiàn)手動(dòng)按下刀庫(kù)回轉(zhuǎn)按鈕后,刀庫(kù)即高速旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致機(jī)床報(bào)警。分析與處理:根據(jù)故障現(xiàn)象,可以初步確定故障是由于刀庫(kù)交流驅(qū)動(dòng)器反饋信號(hào)不正確或反饋線脫落引起的速度環(huán)正反饋或開(kāi)環(huán)。測(cè)
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