數(shù)控機床的伺服與反饋系統(tǒng)故障一般表現(xiàn)為什么現(xiàn)象

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  數(shù)控機床伺服系統(tǒng)故障占機床總故障的比率較高。由于伺服系統(tǒng)涉及 的環(huán)節(jié)較多，加之種類繁多、技術原理各具特色，給維修診斷帶來困難，因此歸納一些故障 診斷方法很有必要。 數(shù)控機床坐標軸的移動定位是由位置伺服系統(tǒng)來完成的。位置伺服系 統(tǒng)一般采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制。(半)閉環(huán)控制的特點就是任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障都可能導致系統(tǒng) 定位不準確、不穩(wěn)定或失效。診斷定位故障環(huán)節(jié)就成為維修的關鍵。根據(jù)伺服系統(tǒng)的控制原 理和系統(tǒng)接口的特性，對系統(tǒng)進行分解判斷，已成為行之有效的方法。本文結(jié)合維修實例介 紹了位置環(huán)和速度環(huán)診斷方法。 1 位置環(huán)故障診斷 如果位置伺服系統(tǒng)的位置反饋和速度反饋各自采用一個反饋器件 ，可以斷開位置環(huán)的控制作用，讓速度環(huán)單獨運行，以便判斷故障出自位置環(huán)還是速度環(huán)。 斷開位置環(huán)的控制作用，可以采用兩種方法： 1）機械斷開，即斷開位置反饋編碼器與伺 服電動機之間的傳動連接。 2）電氣斷開，即斷開位置反饋編碼器與系統(tǒng)的連接。如果需要 屏蔽位置反饋斷線報警，應按下圖連接位置反饋輸入信號線。 在位置開環(huán)狀態(tài)下 進行維修測試時，不允許給被測試軸任何方式的移動指令，否則將引起伺服電動機失控。 例1CK6140A數(shù)控車床出現(xiàn)鏜孔表面有振紋，在排 除機械和工裝因素后，對X軸伺服系統(tǒng)進行檢查。機床數(shù)控系統(tǒng)為FANUC3T，伺服放大器 為FANUC H系列直流伺服。 觀察X軸在停止和慢速移動時有不規(guī)則振動，初步判斷X軸位 置編碼器與絲杠連結(jié)有間隙或速度環(huán)不穩(wěn)定。檢查編碼器連軸節(jié)正常。由于X軸伺服系統(tǒng)有 兩個編碼器，分別用于位置反饋和速度反饋，可以將位置反饋編碼器與伺服電機之間的機械 連接斷開，以便作進一步的判斷。 首先用支撐物支撐X軸滑臺，將X軸電動機和絲杠的傳動 皮帶拿掉。啟動機床，X軸在位置開環(huán)狀態(tài)下運行，在伺服放大器零漂的作用下電動機慢速 轉(zhuǎn)動(如果電動機幾乎不轉(zhuǎn)動，可適當調(diào)整控制板上偏置電位器RV2)，此時電動機轉(zhuǎn)到某 一固定角度，總有打頓現(xiàn)象。由此可以認為速度環(huán)基本穩(wěn)定，這可能是由于整流子在某一角 度存在短路引起轉(zhuǎn)速瞬間跌落，從而造成電機打頓現(xiàn)象。仔細清掃電動機整流子和電刷后， 電動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)?；謴拖到y(tǒng)連接，X軸恢復正常。 例2[ST5BZ]CH-102數(shù)控車床Z軸移動出現(xiàn)一沖一沖的現(xiàn)象，速度越快，過沖越嚴重。停止時 觀察伺服診斷畫面，Z軸跟蹤誤差穩(wěn)定，接近于零。機床數(shù)控系統(tǒng)為SIMENS 810GA2，伺服 系統(tǒng)為SIMENS 610。系統(tǒng)位置反饋和速度反饋各采用一只編碼器。 初步判斷為伺服放大器 超調(diào)或系統(tǒng)參數(shù)設定不良。首先調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)MD2501(伺服增益)和MD2601(多種增益)無效。 為進一步判斷，斷電拿掉Z軸位置反饋插頭。由于該機床CNC報警不影響伺服上電，故可以不屏蔽反饋斷線報警。先用導線短接Z軸伺服驅(qū)動使能控制端，再用一只1.5V電池經(jīng) 電位器分壓給Z軸伺服放大器速度指令端，加上大約0.5V電壓。機床上電，Z軸移動 平穩(wěn)，因此可以認為故障發(fā)生在位置反饋環(huán)節(jié)。用手撥動位置反饋編碼器，聯(lián)結(jié)無松動、損 壞的感覺。交換X軸，Z軸位置反饋插頭及速度指令控制線，試機故障仍在Z軸。此時可以認 為故障仍在Z軸位置反饋，拆下Z軸位置反饋編碼器，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸節(jié)簧片上的一個螺釘已脫落。 修復后，試機故障消除。 如果位置反饋和速度反饋由一只反饋元件完成，位置反饋信號經(jīng) 轉(zhuǎn)換電路變?yōu)樗俣?a >控制信號，則要根據(jù)系統(tǒng)硬件具體特性和故障信息作出靈活判斷。 例3CK6150A Z軸時有突然快速移動失控的現(xiàn)象， 此時H系列直流伺服板上有TGLS報警。故障現(xiàn)象不穩(wěn)定，關機再上電可能又恢復正常。 T GLS報警的原因有：動力線未接或接反；無速度反饋或正反饋；機械鎖死。 由于Z軸伺服電動機速度反饋信號是由電動機尾部位置反饋編碼器信號送入CNC主板，經(jīng)混合IC模塊F/V 轉(zhuǎn)換后獲得，而且系統(tǒng)始終無位置反饋報警，所以初步判斷是CNC至伺服放大器電纜和控制 板的接觸有問題。 檢查電纜和速度控制板正常。由于從故障發(fā)生到伺服保護關斷只有一兩 秒鐘，使用示波器或萬用表難以觀察到速度反饋信號的有無。進一步分析，位置反饋編碼器 的信號電平正常，而A、B兩相信號不產(chǎn)生移動變化，則會產(chǎn)生上述故障。于是就更換Z軸 位置編碼器，機床恢復正常。這可能是原來的編碼器光柵盤松動，與軸之間有相對位移或編 碼器內(nèi)光源二極管接近失效，造成A、B信號不變化。 2 速度環(huán)故障診斷 在速度開環(huán)的方式下，對速度控制單元進 行測試。該方法需要對系統(tǒng)硬件較熟悉，以避免誤操作損壞部件。 例1 一臺維修過的FB15B-2直流伺服電動機安裝到機床后失控。 現(xiàn)象表明速度反饋不正常，檢查尾部測速電動機電刷及引線正常。為測試測速電動機的性能，應做 以下操作： 將電動機固定可靠，連接動力線，不連反饋線； 拿掉FANUC H系列伺服 板上的S20短路跳線，取消TGLS報警使能； 接通電源，伺服放大器在速度開環(huán)下運行，電動機處于2000r/min的高速運轉(zhuǎn)中。此時測量測速電動機輸出電壓只有6V，正常的數(shù)據(jù)是1 4V，可以判定伺服電動機的測速電動機不正常。更換測速電動機，機床恢復正常。 例2DM3600數(shù)控車床出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速上不去，最高只有50r/ min，且負載轉(zhuǎn)矩顯示很大。機床數(shù)控系統(tǒng)為三菱M3/L3，主軸伺服放大器的型號為FR-SF- 2-11K-T。故障原因可能是：負載過大；主軸驅(qū)動功率模塊或控制模塊有故障；速度反饋 不正常。 檢查機械傳動良好，測量控制模塊各測試點電壓及功率模塊正常，再檢查主軸電動機至驅(qū)動單元之間反饋電纜和驅(qū)動運行參數(shù)也正常。設定驅(qū)動單元運行參數(shù)P00為1，給主 軸運轉(zhuǎn)指令，電動機在速度開環(huán)下低速運行，觀察負載轉(zhuǎn)矩幾乎為零，由此可以判斷速度反 饋不正常。用示波器觀察速度反饋波形，沒有A相波形，打開電動機上方蓋子，可以看到PLC 輸出電路板，重新拔插電路板上的小插頭，再檢測A相波形正常。恢復系統(tǒng)閉環(huán)運行，主軸運行正常。(end) 按伺服系統(tǒng)分類 按照伺服系統(tǒng)的控制方式，可以把數(shù)控系統(tǒng)分為以下幾類： 1.開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)： 這類數(shù)控系統(tǒng)不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進電動機為驅(qū)動元件，CNC裝置輸出的指令進給脈沖經(jīng)驅(qū)動電路進行功率放大，轉(zhuǎn)換為控制步進電動機各定子繞組依此通電／斷電的電流脈沖信號，驅(qū)動步進電動機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機床傳動機構(gòu)(齒輪箱，絲杠等)帶動工作臺移動。這種方式控制簡單，價格比較低廉，被廣泛應用于經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中。2.半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)： 位置檢測元件被安裝在電動機軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計算出機床工作臺的實際運行位置(直線位移)，并將其與CNC裝置計算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進行控制，由于閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)，由這些環(huán)節(jié)造成的誤差不能由環(huán)路所矯正，其控制精度不如閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)，但其調(diào)試方便，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性，因此在實際應用中，這種方式被廣泛采用。3.全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)： 位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，用以檢測機床工作臺的實際運行位置(直線位移)，并將其與CNC裝置計算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進行控制.這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它將絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，調(diào)試時，其系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)很難達到。三、按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類 1.經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)：又稱簡易數(shù)控系統(tǒng)，通常僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件，采用的微機系統(tǒng)為單板機或單片機系統(tǒng)，如：經(jīng)濟型數(shù)控線切割機床，數(shù)控鉆床，數(shù)控車床，數(shù)控銑床及數(shù)控磨床等。 2.普及型數(shù)控系統(tǒng)：通常稱之為全功能數(shù)控系統(tǒng)，這類數(shù)控系統(tǒng)功能較多，但不追求過多，以實用為準。 3.高檔型數(shù)控系統(tǒng)：指加工復雜形狀工件的多軸控制數(shù)控系統(tǒng)，且其工序集中、自動化程度高、功能強、具有高度柔性。用于具有5軸以上的數(shù)控銑床，大、中型數(shù)控機床、五面加工中心，車削中心和柔性加工單元等。

  2016-12-26

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