数控机床伺服系统故障诊断

　　伺服系统(Servo system)是数控机床的主要组成部分，由于它和机械部分有联接，所以出现故障的机会相对多一些。在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、调整与放大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过多轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。因此伺服系统故障是整个数控机床故障的一个重要部分。下面将结合实际工作中数控机床的故障现象，对伺服系统常见故障形式及诊断方法进行探讨。

1 参数设定错误故障

　　1)故障现象：1台配备有FANUC 16M数控系统的加工中心，在启动完成进入可操作状态后，X轴只要一运动就出现高频振荡，产生尖叫，系统无任何报警。

　　2)分析与处理过程：在故障出现后，观察X轴拖板，发现实际上拖板振动位移很小；但触摸输出轴可感觉到转子在以很小的幅度、极高的频率振动，且振动的噪声就来自X轴伺服单元模块。

　　考虑到振动无论是在运动中还是在静止时均发生，与运动速度无关，因而基本上可以排除测速发电机、位置反馈编码器等硬件损坏的可能性。

　　分析该振动可能是CNC系统中与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的，且由于机床振动频率很高和电流环时间常数小导致。

　　由于FANUC 16M采用的是数字伺服，其参数的调整可以直接通过系统进行。维修时调出伺服调整参数界面，并与机床随机资料中提供的参数表对照，发现参数PARNl852、PARMl825与提供值不符，设定值见表1。将上述参数重新修改后，振动现象消失，机床恢复正常工作。

2 编码器故障

　　1)故障现象：某采用FANUC 0T数控系统的数控车床，开机后只要Z轴一移动，就出现剧烈振荡，CNC无报警，机床无法正常工作。

　　2)分析与处理过程：经仔细观察、检查，发现该机床的Z轴在小范围(2.5 mm以内)移动时，工作正常，运动平稳无振动；但一旦超过以上范围，机床即发生激烈振动。

　　根据这一现象分析，系统的位置控制部分以及伺服驱动器本身应无故障，初步判定故障在位置检测器件，即脉冲编码器上。

　　考虑到机床为半闭环结构，维修时通过更换电动机进行了确认，判定故障原因是由于脉冲编码器的不良引起的。

　　为了深入了解引起故障的根本原因，维修时作了以下分析与试验。

　　a．在伺服驱动器主回路断电的情况下，手动转动电动机轴，检查系统显示，发现无论电动机正转、反转，系统显示器上都能够正确显示实际位置值，表明位置编码器的A、B、*A、*B信号输出正确。

　　b．由于本机床Z轴丝杠螺距为5 mm，只要Z轴移动2 mm左右即发生振动，因此，故障原因可能与电动机转子的实际位置有关，即脉冲编码器的转子位置检测信号C1、C2、C4、C8信号存在不良。根据以上分析，考虑到Z轴可以正常移动2．5mm左右，相当于电动机实际转动180。，因此，进一步判定故障的部位是转子位置检测信号中的C8存在不良。

　　按照上例同样的方法，取下脉冲编码器后，根据编码器的连接要求(见表2)，在引脚N／T、J／K上加载DC5 V后，旋转编码器轴，利用万用表测量C1、C2、C4、C8，发现C8的状态无变化，确认了编码器的转子位置检测信号C8存在故障。

　　进一步检查发现，编码器内部的C8输出驱动集成电路已经损坏；更换集成电路后，重新安装编码器，并按上例同样的方法调整转子角度后，机床恢复正常。

3 伺服电动机故障

　　1)故障现象：1台配有FANUC FS-11M系统的加工中心，产生SV023和SV009报警。

　　2)分析与处理过程：SV023报警表示伺服电动机过载，产生的原因是电动机负载太大；速度控制单元的热继电器设定错误；伺服变压器热敏开关不良；再生反馈能量过大；速度控制单元印制线路板上设定错误。

　　SV009报警表示移动时误差过大，产生的原因是：数控系统位置偏差量设定错误；伺服系统超调；电源电压太低；位置控制部分或速度控制单元不良；电动机输出功率太小或负载太大等。

　　综合上述2种报警产生的原因，电动机负载过大的可能性最大。测定机床空运行时的电动机电流，结果显示超过电动机的额定电流。将该伺服电动机拆下，在电动机不通电的情况下，用手转动电动机输出轴，结果转动很费劲，这表明电动机的磁钢有部分脱落，造成了电动机超载。