数控机床伺服系统故障实例分析

1.前言

　　随着科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术有了深刻的变化。随着数控技术越来越广泛的应用，人们对数控机床故障与诊断技术的要求也越来越高。在数控机床的诸多故障中，伺服系统的故障由于其结构和控制上的复杂性以及在数控机床中所占地位的重要性而显得尤为特殊，同时对维修人员维修水平的要求也相对要高。在下面文章中，就先从伺服系统的控制原理出发，分析FAUNC 0i-mate伺服系统典型故障的分析及排故的过程。

2.数控机床的伺服系统

　　2.1 数控机床的组成

　　数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。

　　数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制系统、反馈系统及机床本体。

　　2.2 数控机床的伺服系统

　　2.2.1 概述

　　数控机床伺服系统（Servo System）通常是指进给伺服系统，它是数控系统和机床机械传动部件间的联接环节，是数控机床的重要组成部分。进给伺服系统是以机床移动部件位置为控制量的自动控制系统，它根据数控系统插补运算生成的位置指令，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。

　　从位置控制的角度看，伺服系统有开环、闭环和半闭环之分。开环控制不需要位置检测与反馈；闭环和半闭环控制需要有位置检测与反馈环节，它们是基于反馈控制原理工作的。

　　2.2.2 伺服系统的组成

　　位置闭环或半闭环伺服系统由位置检测装置、位置控制、伺服驱动装置、伺服电动机及机床进给传动链组成，如图2.1所示。

　　闭环伺服系统的一般结构通常由位置环和速度环组成。速度环由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位置控制、位置检测装置及位置反馈组成。

　　2.2.3 伺服系统的工作原理

　　2.2.3.1 位置控制

　　位置控制是伺服系统的重要组成部分，是保证位置控制精度的重要环节。位置控制的实质是位置随动控制，其控制原理如图2.2所示。

　　2.2.3.2 伺服系统的工作原理

　　在位置控制中，根据插补运算得到的位置指令，与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际位置相比较，形成位置偏差，经变换得到速度给定电压。在速度控制中，伺服驱动装置

　　根据速度给定电压和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床传动部件。

　　2.2.3.3 速度控制信号的实现方式

　　经位置控制的比较获得的位置偏差均以脉冲的形式存在，该位置偏差经一定的转换后，形成速度控制信号，该信号通过伺服驱动装置驱动伺服电动机。从位置偏差到速度控制信号的形成如图2.3所示。

　　速度指令Vc=位置偏差Pe×位置增益KV

　　位置增益KV决定了速度对位置偏差的响应程度，它反映了伺服系统的灵敏度。