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摘要：以工作中遇到的一些典型的進給伺服系統故障為例，總結、分析引起伺服系統故障的原因。

關鍵詞：半閉環、全閉環、反饋

最近幾年，由于我公司生產的需要，引進了不少的數控機床。這些機床在運轉中也出現過各種故障，其中進給伺服系統的故障相對較多。要想解決進給伺服系統故障應首先對數控機床的進給系統有個初步的認識。

從原理上說，數控機床的伺服系統應包括從位置指令脈沖給定到實際位置輸出的全部環節，即包括位置控制、速度控制、驅動電機、檢測元件、機械傳動部件等部分。但在很多系統中，為了制造方便，通常將伺服系統的位置控制部分與CNC裝置制成一體，所以，人們平時習慣上所說的機床伺服進給系統，一般是指伺服進給系統的速度控制單元、伺服電動機、檢測元器件部分，而不包括位置控制部分。

數控機床所采用伺服進給系統按控制系統的結構可以分為開環控制、閉環控制、半閉環控制、以及混合控制。按伺服進給系統使用的伺服電動機的類型，半閉環、閉環數控機床常用的伺服進給系統可以分為起直流伺服驅動和交流伺服驅動兩大類。在20世紀70年代至80年代的數控機床上，一般均采用直流伺驅動；從80年代中、后期起，數控機床上多采用交流伺服驅動。

直流伺服驅動系統一般按其主回路采用的功率放大元器件類型，又分為“晶閘管調速方式”（簡稱為SCR速度控制系統）和“晶體管脈寬調制調速方式”（簡稱PWM速度控制系統）兩類。在控制上可以采用模擬量控制或數字量控制，，因此，在某些場合還可以分為模擬式與數字式兩種類型。

交流伺服系統一般采用PWM調制信號控制功率晶體管進行驅動放大的主回路，并按其指令信號與控制形式，分為模擬式伺服與數字式伺服兩類。初期的交流伺服系統一般是模擬式伺服系統，而目前使用的交流伺服系統通常都是采用數字量控制的全數字式交流伺服系統。

在多年的維修工作中，處理過許多有關數控機床進給伺服系統的故障，我針對進給伺服系統的常見故障做了歸納總結。常見的進給伺服故障有以下幾種：

1、超程

當進給運動超過由軟件設定的軟限位或者硬限位開關位置時，就會發生超程報警，一般會在數控系統的顯示器上顯示報警內容，根據數控系統的說明書及電氣原理圖，即可排除，解除報警。注意：如果機床的某個軸未行使至終端位置而發生超程報警，通常是由于機床在行駛過程中限位開關線斷或限位開關被東西卡住。

2、過載

通常當進給運動的負載過大，頻繁正、反向運動以及傳動鏈潤滑不良或斜鐵有研傷，電機動力線接地等原因時，均會引起伺服電機電流大，電機溫度過高或電機過載報警。有時機床運行的過程中驅動控制單元、驅動元件、電機本身故障也會引起過載報警。一般會在數控系統的顯示器上顯示伺服電動機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進給驅動單元上、指示燈或數碼管會提示驅動單元過載、過電流等信息。

大型裝備制造分廠的型號為TK42160C數控鏜床，采用的是SIEMENS840D的數控系統，X軸就曾因為拖鏈中的伺服電機動力線接地而引起過載報警，更換新的電機動力電纜后機床正常。

3、爬行

發生在起動加速段或低速進給時，一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態不良、伺服系統增益低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是：伺服電動機和滾珠絲杠聯接用的聯軸器，由于聯接松動或聯軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠與伺服電動機的轉動不同步，從而使進給運動忽快忽慢，產生爬行現象。

大型裝備制造分廠的型號為2A637гФ1數控鏜床，X軸曾出現低速進給不穩的現象（即爬行現象），經檢查發現X軸斜鐵因滑潤油臟而有輕微的研傷，處理后，X軸低速進給正常。

4、振動

在進給（尤其是低速）時，機床某軸出現振動現象通常是由于測速信號不穩定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等；速度控制信號不穩定或受到干擾；接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當振動發生在由正方向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。機床以高速運行時，可能產生振動，這時就會出現過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題，所以就應去查找速度環；而機床速度的整個調節過程是由速度調節器來完成的，即凡是與速度有關的問題，應該去查找速度調節器，因此振動問題應查找速度調節器。主要從給定信號、反饋信號及速度調節器本身這三方面去查找故障。

5、伺服電動機不轉

數控系統至進給驅動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V直流電壓。伺服電動機不轉，常用的診斷方法有：檢查數控系統是否有速度控制信號輸出；檢查使能信號是否接通。通過數控系統的顯示器觀察I/O狀態，分析機床的PLC梯形圖（或流程圖）以確定進給軸的起動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足；對帶電磁制動的伺服電動機，應檢查電磁制動是否釋放；檢查進給驅動單元故障，伺服電動機是否故障。

大型裝備制造分廠采用SIEMENS840D數控系統的型號為XK2425/2的武漢數控龍門銑床曾出現Z軸伺服電機不轉的故障。故障現象是無論正、反向開Z軸，Z軸均無動作（Z軸電機不轉），但無任何報警。通過觀察數控系統顯示器顯示的“診斷”—“服務顯示”—“驅動調整”菜單發現軸的脈沖使能信號無。而軸的使能信號由軸的驅動單元的控制板給出，故初步判定軸的控制板故障或控制板到數控單元使能信號線斷。首先將Z軸驅動控制板與Y軸的驅動控制板更換，發現此時開Z軸正常，而開Y軸時出現了與Z軸最初相同的故障現象。故障可以確定Z軸的驅動控制板故障，Z軸更換新的驅動控制板后正常。

6、位置誤差

當伺服軸動動超過位置允差范圍時，數控系統就會產生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有：系統設定的允許范圍小；伺服系統增益設置不當；位置檢測裝置有污染或調整不當；進給傳動鏈累積誤差過大：主軸箱垂直運動時平衡裝置（如平衡液壓缸等）不穩。

7、漂移

漂移是指當給定指令值為零時，坐標軸仍移動。通過數控系統誤差補償和驅動單元的零速調整來消。

8、機械傳動部件的間隙與松動

在數控機床的進給傳動鏈中，常常由于傳動元件的鍵槽與鍵之間的間隙使傳動受到破壞，因此，除了在設計時慎重選擇鍵聯結機構外，對加工和裝配必須進行嚴查。在裝配滾珠絲杠時應當檢查軸承的預緊情況，以防止滾珠絲杠的軸向竄動，因為游隙也是產生明顯傳動間隙的另一個原因。

我公司的數控機床所使用的進給系統種有直流調速系統和交流伺服系統兩大類。目前交流伺服系統應用的比較廣泛，主要有FAGOR、SIEMENS、NUM、安川等廠家生產的交流伺服系統。對于不同的伺服系統，雖然其故障時，系統的顯示的狀態及報警號不同，但其工作的原理基本相同，維修方法有很多相同之處。作為一名設備維修工作者，應多學、多看、常總結，這樣才能通過科學的方法，行之有效的措施，迅速判別故障發生的原因，隨時解決出現的問題，保證數控機床安全、可靠運行，提高設備使用率。中國一重集團公司設備維修分公司高級工程師黑龍江省富拉爾基161042