浅谈数控伺服系统的故障及维修

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1、浅谈数控伺服系统的故障及维修摘要：数控伺服系统作为数控装置和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分，数控机床的精度和速度等技术指标很大程度上取决于伺服系统的性能优劣；本文不但给了出伺服系统常见的各类故障及排除方法，而且给出故障分析实例。进一步说明了伺服系统的故障诊断及定位是数控机床维修的关键。关键词:伺服系统；伺服电机；故障；维修伺服系统在数控机床设备中具有重要的地位。数控机床进给伺服系统由进给驱动装置、位置检测装置及机床进给传动链组成，其作用是实现各坐标轴的位置控制。在数控机床使用过程中，进给伺服系统比较容易

2、发生故障。因此，做好伺服系统的故障诊断和处理工作，是数控机床维修和维护的关键。数控机床的进给伺服系统按驱动方式冇液压伺服系统和电气进给伺服系统两大类。由于伺服电机和进给駅动装置的发展，目前绝大多数数控机床采用电气伺服系统方式。1数控对进给伺服系统的要求与分类1.1数控机床对进给伺服系统的要求数控机床的进给伺服系统一般由速度控制、位置控制、伺服电机和机械传动部件4部分组成，如图1所示。为了满足进给张动的要求，要求进给伺服系统:精度高、响应速度快、调速范围宽、低速时具有大转矩。为了使数控机床的性能得到保证，对进给伺服

3、系统的伺服电机提出了很高要求。图1进给伺服系统的机构形式(1)在调速范围内电动机能够平滑地运转，传矩波动要小，特别在低速时应仍有平滑的速度而无爬行现彖。(2)为了满足低转速、大转矩的要求，电动机应具有一定的过载能力。(3)为了满足快速响应的要求，电动机必须具冇较小的转动惯量、较大的堵转转矩、小的电动机时间常数和启动电压。(4)电动机应能承受频繁的启动、制动和反转。1.2数控机床进给伺服系统的分类(1)按数控机床进给伺服系统的结构形式分为开环、闭环、半闭环和复合闭环。曲于半闭环屯路中线性因索少，容易整定，通过补偿提

4、高位置精度比较方便,电气控制部分与执行机械相对独立，系统通用性强，因而得到广泛应用。(2)根据机床进给伺服系统发展经丿力的阶段可分为开环的步进电动机系统阶段、直流伺服系统阶段和交流伺服系统阶段。在20世纪70-80年代的数控机床上，一般均采用直流伺服驭动；从80年代中、后期起，数控机床上多采用交流伺服驱动。1.各种伺服系统的常见故障及排除方法根据进给伺服系统的结构与分类，主要从3种伺服系统的各部件分析常见的故障原因并给出排除方法。2.1开环步进电动机进给伺服系统常见故障及排除方法(1)驱动器故障报警现象。故障原因

5、可能是机床现场无大地或是静电放电(工作环境差)。排除方法是将电气柜中的保护导体与大地连接。(2)高速时步进电动机堵转现彖。故障原因是传动系统设计存在问题，步进电动机选择不合理。排除方法是降低最高转速，或者更换大转矩步进电动机。(3)某坐标的重复定位精度不稳定(时人吋小)现象。故障原因是机械装配存在问题，如丝杠螺母安装不止，造成运动部件的装配应力。排除方法是重新安装丝杠螺母。2.2直流进给伺服系统的常见故障及排除方法直流伺服驱动系统一般按其主冋路采用的功率放大元器件类型，又分晶闸管调速方式(简称为SCR速度控制系统

6、)和晶体管脉宽调制调速方式(简称速度控制系统)两类。在控制上可以采用模拟量控制或数字量控制。因此，在某些场合还可以分为模拟式与数字式两种类型。直流伺服电动机必须定期检查。直流伺服电动机带有数对电刷，电动机旋转吋，电刷与换向器摩擦而逐渐磨损，需要更换新电刷，更换新电刷后必须使电动机空载运行一段时间，以使电刷表而和换向器表面相吻合。品闸管整流方式速度控制系统的故障是直流进给伺服系统的最常见故障。(1)速度过高。引起速度过高的原因冇:测速部件接成正反馈；柔性连轴器损坏；位置控制板发生故障。(2)在启动、运动过程屮或在加

7、速/减速吋机床运动轴发生爬行故障。引起原因冇:柔性连轴器损坏；脉冲编码器或测速发电机不良；电动机电枢绕组内部短路；速度控制单元不良；外來噪声干扰；伺服系统不稳定。(3)超调。伺服系统增益不够是造成系统超调的原因之一。主要解决措施是:提高速度控制单元印制线路板上可调电位器的值，也可适当减小位置增益环。另外，改善电动机和机械进给轴之间的刚度，也可解决系统超调。(4)单脉冲进给时加工精度太差。产生这种现象的原因冇两种:①机械松动，如杲电动机能准确定位，而机械最终定位精度差，则应重新调整机械；②伺服系统增益不够，这时需要

8、增加可调电位器的值。(5)低速波动。造成低速波动的原因可能是伺服系统不稳定，也可能是机械惯性过大。(6)圆弧切削时加工表面出现波纹。出现波纹原因冇:伺服系统增益不足和机械松动。2.3交流进给伺服系统故障及排除方法交流伺服系统一般均采用PWM调制信号控制功率晶体管进行駆动放大的主回路，并按其指令信号与控制型式，分为模拟式伺服与数字式伺服两类。初期的交流伺服系统一般是模拟式伺