数控机床伺服系统常见故障的诊断及其处理

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数控机床系统故障诊断与维修

作者：许新伟 王庆民

来源：《职业·中旬》2011年第03期

当数控机床发生故障时，要能够迅速定位，进行维修，尽快恢复生产。如何维护好这些设备，是摆在每位维修人员面前的难题。维修工作人员应具备高度的责任心与良好的职业道德，经过相关培训，掌握数控、驱动及PLC原理，懂得CNC编程和编程语言，并且具有较强的操作能力。在维修手段上，应备好常用备品、配件。

一、数控系统的故障诊断

１.报警处理

（１）系统报警。数控系统发生故障时，一般在操作面板上给出故障信号和相应的信息。通常系统相关手册中都有详细的报警号、报警内容和处理方法，维修人员可根据警报后面给出的信息与处理办法自行处理。

（２）机床报警和操作信息。根据机床的电气特点，应用PLC程序，将一些能反映机床接口电气控制方面的故障或操作信息以特定的标志，通过显示器给出，并可通过特定键，看到更详尽的报警说明。

2.故障诊断

（１）仪器测量法。系统发生故障后，采用常规电工检测仪器、工具，按系统电路图及机床电路图对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测判断故障所在，用可编程控制器进行PLC中断状态分析，或者检查接口信号。

（２）诊断备件替换法。电路的集成规模越来越大，技术越来越复杂。有时，很难把故障定位到一个很小的区域，可以根据模块的功能与故障现象，用诊断备件替换。

（３）利用系统的自诊断功能。现代数控系统，尤其是全功能数控，具有很强的自诊断能力，通过实施监控系统各部分的工作，及时判断故障，给出报警信息，做出相应的动作，避免事故发生。

3.用诊断程序进行故障诊断

所谓诊断程序，就是对数控机床各部分包括数控系统本身进行状态或故障检测的软件。当数控机床发生故障时，可利用该程序诊断出故障源所在范围或具体位置。

数控机床进给伺服系统的故障诊断与维修

数控机床的进给伺服系统是一种位置随动与定位系统，它的作用是快速、准确地执行由数控系统发出的运动命令，精确地控制机床进给传动链的坐标运动。它的性能决定了数控机床的许多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度等。分析伺服进给系统中的故障模式和开展维修、防治方案的研究是数控机床加工必不可少的部分，需引起重视。

1.数控机床进给伺服系统

数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元，驱动单元，机械传动部件，执行机构和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动单元组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行机构组成机械传动系统。检测元件和反馈电路组成检测装置，也称检测系统。

2.进给伺服系统常见故障

（1）窜动：信号不稳、接线端子接触不良、速度控制信号不稳或受干扰，均可引起窜动现象。

（2）过载：频繁正反转、润滑不良、负载过大时，均会引起过载报警。

（3）机床振动：机床高速运动，导致振动，振动问题源于速度问题，可查询速度环。

3.进给伺服系统常见故障分析与排除

3.1窜动 在进给时出现窜动现象，其可能原因及排除方法如下：

（1）位置反馈信号不稳定。测量反馈信号是否均匀与稳定，确保反馈信号正常、稳定

(2) 位置控制信号不稳定。在驱动电动机端测量位置控制信号是否稳定，确保位置控制信号正常稳定。

（3）位置控制信号受到干扰。测试位置控制信号是否有噪声，如有噪声需做好屏蔽处理。 （4）接线端子接触不良。检查紧固的螺钉是否松动等，紧固好螺钉，同时检查其接线是否正常。

3.2过载 当进给运动的负载过大、频繁正、反向运动以及进给传动链润滑状态不良时，均会引起过载的故障。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，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信息。具体故障原因及排除方法如下。

（1）机床负荷异常

（2）参数设定错误

（3）起动扭矩超过最大扭矩

数控机床常见故障诊断及排除方法

不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的发展，在故障诊断上有它的共性。

1、 数控机床故障诊断原则

在故障诊断时应掌握以下原则：

（1）先外部后内部 数控机床是集机械、液压、电气和光学为一体的机床，故其故障的发生也会由这四者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量避免随意地启封、拆卸机床，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。

（2）先机械后电气 一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。

（3）先静后动 先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。

（4）先简单后复杂 当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

2、数控机床的故障诊断技术

数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。随着微处理器的不断发展。诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向发展。诊断能力的强弱也是评价CNC数控系统性能的一项重要指标。目前所使用的各种CNC系统的诊断技术大致可分为以下几类：

1. 启动诊断（Start Up Diagnostics）

启动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如CPU、存储器、I/O等单元模块，以及MDI/CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。否则，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。此时启动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。

在数控机床设备的日常故障中，其伺服单元的检测器件是故障易发点。本文结合维修实践指出了检测器件的常见故障与维修方法及日常维护注意事项。

对于数控系统来说，伺服单元是最易出故障的地方。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。检测器件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。正常测量方式可分为间接测量和直接测量。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测器件测量，间接测量常用的检测器件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测器件测量，其常用的检测器件一般包括：直线感应同步器、磁尺激光干涉仪、计量光栅。在实际使用中由于磨损、污染经常出现检测元件故障，造成伺服系统无法驱动机床正常运行。

1 检测器件的常见故障及维修

当机床出现如下故障现象时，首先要考虑到是否是由检测器件的故障引起的，并正确分析查找故障部位。

1.1 机械振荡（加／减速时）

引发此类故障的常见原因有：

（1）脉冲编码器出现故障，此时应重点检查速度检测单元上的反馈线端子上的电压是否在某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。

（2）脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节。

（3）测速发电机出现故障，修复，更换测速机。维修实践中，测速机电刷磨损、卡阻故障较多。应拆开测速机，小心将电刷拆下，在细砂纸上打磨几下，同时清扫换向器的污垢，再重新装好。

1.2 机械运动异常快速（飞车）

检修此类故障，应在检查位置控制单元和速度控制单元工作情况的同时，还应重点检查：

（1）脉冲编码器接线是否错误，检查编码器接线是否为正反馈，A相和B相是否接反。

（2）脉冲编码器联轴节是否损坏，如损坏更换联轴节。

（3）检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。