机床伺服系统常见故障及排除方法

发布日期：2019-07-31 作者：点击：

随着技术的高速进步，机床的发展经历了由机械---液压---伺液混合---伺服的历程，每一次的革新都为机床带来质的飞跃。

液压设备取代机械式设备让机床在加工精度、运行可控性等方面有了很大的改善，数控机床的出现无论是在人工智能、加工精度、可控性等方面已相当完善，我们常说的数控机床即为伺液混合式机床，纯伺服系统机床目前只在世界上较为先进的机床中和柔性加工中心上使用。伺液混合机床和纯伺服系统机床在性能上已没有太大的差距，但在系统的可扩展方面和运行成本上差距还是很大的。

伺服系统最初是应用于船舶的自动驾驶中，逐渐得到推广后才应用于机床中。一个较为完整的伺服系统主要由上位机、伺服放大器和伺服电机构成，其主要特点就是对机械运动进行的控制为反馈控制，也就是闭环控制。我们常说的数控机床伺服系统包括进给伺服系统和主轴伺服系统，一般所说的伺服系统是进给伺服系统。伺服电机又称作是执行电机，在伺服控制系统中用作执行元件，把接收到的电信号转化成电机轴的位移或角速度输出，他的主要特点是当电压信号为零时无自转现象，目前机床上使用的一般为适合于低速平稳运行场合的同步电机。

那么伺服系统是如何来实现闭环控制的呢？

伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接收的脉冲形成了呼应，也就是闭环。如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm，伺服电机的精度决定于自身编码器的线数。

伺服电机与异步电动机相比具有启动转矩大、运行范围广、无自转现象等显著特点。正常运转的伺服电机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。与步进电机相比具有控制精度高、低频无共振、恒功率输出、过载能力大、闭环控制性能可靠、加速启停性能好等特点。同时伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。

交流伺服电机有三种转速控制方式：

1、幅值控制：控制电流与励磁电流的相位差保持90度不变，改变控制电压的大小。

2、相位控制：控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。

3、幅值---相位控制：同时改变控制电压幅值和相位。交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反向而改变。

伺服系统是数控装置和机床主机的联系环节，它用于接收数控装置插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过一定的信号转换和电压、功率放大，由伺服电机带动传动机构，最后转化为机床工作台相对于刀具的直线位移或回转位移。

机床伺服系统有哪些常见故障及排除方法？
为了提高数控机床的性能，对机床用进给伺服系统提出了很高的要求。由于各种数控机床所完成的加工任务不同，所以对进给伺服系统的要求也不尽相同。以下是伺服系统常见故障。

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设定的硬限位时，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、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：
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。
当窜动发生在由正方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
发生在起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联接用的联轴器，由于联接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动与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、机床出现振动
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，所以就应去查找速度环；而机床速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的，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。

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 24V继电器线圈电压。伺服电动机不转，常用诊断方法有：
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)，以确定进给轴的起动条件，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(如平衡液压缸等)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。通过误差补偿和驱动单元的零速调整来消除。

9、机械传动部件的间隙与松动
在数控机床的进给传动链中，常常由于传动元件的键槽与键之间的间隙使传动受到破坏，因此，除了在设计时慎重选择键联结机构之外，对加工和装配必须进行严查。在装配滚珠丝杠时应当检查轴承的预紧情况，以防止滚珠丝杠的轴向窜动，因为游隙也是产生明显传动间隙的另一个原因。

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