常见数控机床伺服系统故障分析

周 荃

潍坊职业学院，山东潍坊 261030

常见数控机床伺服系统故障分析

周 荃

潍坊职业学院，山东潍坊 261030

随着我国机械制造业的迅猛发展，数控机床的使用也越来越广泛。数控机床涉及机、电、液、气等技术，其故障类型繁多，故障点难确定。本文通过对数控机床伺服系统的分析，总结出伺服系统故障的规律，供使用者及时方便地排除故障。

数控机床；伺服系统；故障

数控机床是一种高效自动化机床，它综合了机、电、液、气等各个领域的新的技术成果， 其品种多样性和结构复杂性对其故障诊断提出了很高的要求。数控机床的故障种类众多，CNC系统、进给伺服系统、主轴伺服系统和辅助机构等部分的运行不良都可导致数控机床发生故障。其中伺服系统的故障占机床总故障的比率较高，其故障的发生直接影响到机床的运行状态和零件的加工质量。由于伺服系统涉及的环节较多，原理复杂，给诊断和维修带来了一定困难。

伺服系统是CNC系统和机床本体之间的电传动联系环节，由进给伺服系统和主轴伺服系统两部分组成。进给伺服系统负责完成CNC输出的各坐标轴位置控制，达到进给驱动的要求；主轴伺服系统用来实现机床的主运动，它将主电动机的原动力变成可供主轴上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。

1 进给伺服系统

进给伺服系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进给放大以后控制执行部件的运动，不仅需要控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。按照进给伺服系统的控制方式，可将数控机床分为开环、闭环、半闭环3种类型，其中开环进给伺服系统无位置检测装置，闭环、半闭环伺服系统含有位置测量装置或角位移测量装置。典型的数控机床闭环控制进给伺服系统通常由位置比较、放大元件、驱动元件、机械传动装置和检测反馈元件等部分组成，任一环节不稳定都可能导致系统故障，诊断定位故障部位就成为故障排除的关键。

1.1 常见进给伺服系统故障类型

1）在CRT显示器或操作面板上显示报警内容或报警信息的故障：控制单元故障，如位置控制单元、速度控制单元发生故障；检测单元故障，如测速发电机、旋转变压器、脉冲编码器、光栅尺故障；过热报警，如伺服电机过热报警等；

2）在进给伺服单元上用报警灯或数码管显示的故障：如进给驱动单元过载、过电流报警；电网电压过高报警、电压过低报警；感应开关动作有误报警等；

3）无报警显示的故障：机床噪音过大、机床振动、进给运动不稳定、位置误差超过允许值等。

1.2 常见进给伺服系统故障现象

1）超程

当进给运动超过提前设定的限位时，就会发生超程报警。这种故障一般会在CRT上显示报警内容，操作人员可根据机床说明书进行操作，即可排除故障，解除报警。

2）振动

伺服系统产生振动的原因可能有：机械安装、调整不良；伺服电机速度、位置检测不准确；驱动单元参数设定和调整不当（如系统增益设定、积分时间常数设定不合理）外部干扰过大等，操作人员可先行确定是电气还是机械故障，进一步确定故障部位。

3）无法回参考点

机床无法回参考点通常由于回参考点减速开关产生的信号或零标志脉冲信号失效所致。排除故障时应结合机床回参考点的方式，对照故障现象进行分析，常用的诊断方法有原理分析法和追踪法。

4）位置误差超过允许值

进给伺服系统的位置误差包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。常见的原因有：系统设定的误差参数不合理、伺服系统增益设置不当、位置检测装置污损、主轴箱平衡装置不稳等。

2 主轴伺服系统

数控机床的主轴伺服系统是指产生主切削力的传动系统，一般包括伺服驱动装置和伺服电动机两部分。主轴伺服系统一般只是一个速度控制系统，要求具备正反转，停车及调速功能，并要求有较大的调速范围，它可由CNC装置直接控制，也可由CNC装置通过可编程控制器控制。常见的主轴伺服控制系统有直流主轴控制系统和交流主轴控制系统，不同类别的控制系统产生故障的类型也不尽相同。

2.1 常见主轴伺服控制系统故障类型

1）直流主轴控制系统常见故障：主轴停转、主轴速度异常、主电动机产生振动或噪声过大、主电路过电流报警等；

2）交流主轴控制系统常见故障：电动机过热故障，如电机超负载运行、冷却装置损坏、控制单元与电机元件接触不良等；交流输入电路及再生回路熔丝熔断，原因如阻抗过高、浪涌吸收器损坏等；主电机振动、噪声过大、电机速度异常等。

2.2 常见主轴伺服系统故障现象

1）主轴电机不转

当发生伺服电动机不转的故障时，可以从以下几个方面检查原因：检查数控系统是否有速度控制信号输出；通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC梯形图，确定主轴的启动条件（如冷却、润滑）是否满足；对带有电磁制动的伺服电动机，应检查电磁制动是否释放；伺服驱动单元及伺服电动机故障。

2）主轴达不到指令转速

发生此类故障应先行考虑机械传动机构是否正常，维修时可在MDI方式下进行各种高、中、低转速转换，如发现机床动作正常，则可排除机械传动系统变速机构故障原因，随后可检查主轴驱动器的电缆连接以及主轴驱动器的状态指示灯是否处于正常工作状态，用以判断主轴驱动器是否故障原因。除此之外，机床控制柜中的位置控制板输出信号不稳定，也可使主轴电机转速异常，操作人员同样不可忽视。

3）主轴高速旋转时振动

电机在高于某转速旋转时产生振动，可以基本排除机械共振的故障原因，发生此类故障多数由主轴驱动系统的电气部分产生，应对照机床电气原理图仔细检查机床的主轴驱动系统电气连接，以进一步确定故障部位，排除故障。

伺服系统是数控机床的重要部分，出现故障的机会比较多，且通常后果比较严重，为了能在实际应用中能快速排除伺服系统故障，维修人员应从检测开始，查找并分析故障部位和故障类型，进一步采取措施排除故障。

[1]蔡厚道，吴暐.数控机床构造[M].北京：北京理工大学出 版社，2007.

[2]邓利红，周建华.数控机床伺服系统故障分析[J].西安文 理学院学报，2006(4).

[3]侯再强.数控机床的故障与维修[J].煤炭技术，2005(7).

[4]周晓宏.数控机床进给伺服系统的常见故障及诊断[J].机 电一体化，2003(3).

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1674-6708（2010）28-0026-02