数控机床伺服系统故障实例分析

3.FAUNC 0i-mate-TC伺服系统

　　3.1 FAUNC 0i-mate-TC伺服系统的特点

　　在FAUNC 0i-mate-TC伺服系统中，位置环、速度环和电流环的电路都被设计在数控系统内部，作为系统控制的一部分，通常叫做轴卡（AXES CARD）。该部分实现了位置、速度和电流的控制，最终将被三角波调制后的PWM信号输出到伺服功率放大器。图3.1为FAUNC 0i-mate伺服系统结构示意图。

　　3.2 FAUNC 0i-mate的伺服参数

　　FAUNC 0i-mate的系统参数有几千个之多，其中与伺服有关的参数分别是：

　　1）参数1010：CNC控制轴数。

　　2）参数1020：各轴的编程名称

　　3）参数1022：基本座标系中各轴的顺序

　　4）参数1023：各轴的伺服轴号。

　　5）参数1825：各轴的伺服环增益。

　　6）参数1826：各轴的到位宽度。

　　7）参数1827：设定各轴切削进给的到位宽度。

　　8）参数1828：各轴移动中的最大允许位置偏差量。

　　9）参数1829：各轴停止中的最大允许位置偏差量。

　　10）参数1420：各轴快移速度的最大值。

　　11）参数1422：各轴切削进给速度的最大值。

　　12）参数1423：各轴手动连续进给速度的最大值。

　　其中，决定伺服轴能否正常运动的参数有1825#、1828#、1829#、1420#、1422#及1423#参数。

　　总之，上述参数若出现没有设置或设置不正确的问题，则势必会影响到伺服轴的正常运行，由此将引发伺服故障。我们将由于参数问题引发的数控机床故障称之为“软件故障”。

4.伺服系统的典型故障及诊断

　　4.1 进给伺服的故障形式

　　进给伺服系统的任务是完成各坐标轴的位置控制，在整个系统中它又分为：位置环、速度环、电流环。在这些环节中，任何一个环节出现异常或故障都会对伺服系统的正常工作造成影响。下面就以出现频率较高又最有代表性的故障：“随动误差大”的报警作为典型伺服故障进行详细的分析。

　　4.2 CK0625数控车床X轴“随动误差大”报警的分析与修复

　　故障机床：南京日上公司的数控车床

　　控制系统类型：FANUC 0i-mate-TC

　　故障现象：机床上电后，点动方式下手动移动X轴，X轴不动，接着CRT上出现“411.随动误差大X轴”报警，同时设备二次电掉电，每次都如此。

　　故障分析：对于“随动误差大”的故障，其实质是运动轴的实际位置与理论位置（即位置给定）之间的累计误差值超过了该轴参数中规定的允许值，故障有可能出现在硬件或软件两个方面。

　　4.2.1 软件原因

　　就是伺服参数设定的问题。这时可以检查1825#参数，看看该轴的伺服环增益是否设置得过小，可相应地提高伺服增益；或者看1828#参数，该轴移动中的最大允许位置偏差量是否太小，若太小则增大这个值；其次，检查1423#参数及1424#参数，看轴手动连续进给（JOG进给）时的进给速度或手动快速进给是否过大，可适当减小设置。

　　但我们的故障现象是X轴根本没动，因此与速度设定无关；1825#参数和1828#参数的设定内容与正常时一样，因此，也不是位置增益或最大允许位置偏差量太小的问题。

　　4.2.2 硬件原因

　　本着由外及内、先易后难的排故原则，做如下操作：

　　1）是否为机械方面的问题，如电机与丝杠的连接问题、电机轴承问题、润滑问题等。

　　排除方法：手动移动该轴的同时，在CRT上监测电机的负载变化情况，若负载超过额定负载的100%，则说明确实存在机械卡死；若负载正常，则可以推翻这个怀疑。运用该方法，我们发现手动移动X轴时，直到报警出现，负载都非常正常且最大不超过额定负载的8%，说明X轴随动误差大并不是由于机械原因造成的。

　　2）位置检测元件、控制模块或电气连接等方面的问题。

　　排除方法：通过交换法进行判断。首先交换X轴与Z轴的功率放大器，结果依然出现X轴随动误差大的报警，说明X轴的功率放大器没有问题。

　　其次，把两轴电机动力线进行对换，为了保证每个轴闭环的完整性，此时还得将两轴的脉冲编码器的反馈线进行对换。其实，这种操作就等同于两个电机的交换，只不过挪动电机不方便而已。结果，X轴可以手动运行了，也没有报警出现，而在手动运行Z轴时，则出现了与先前X轴一样的故障情况，即不但Z轴不动反而出现了“411随动误差大Z轴”的报警。这足以说明问题出在电机侧。在对X轴电机进行静态测量时，发现电机上连接动力线的插座中，有一根插针弯了，使得三相动力电源中有一相没能接到电机上，造成X轴电机缺相，电机无法运动进而产生上述故障。将弯曲的插针弄直，电机连接恢复正常后上电，再次运行X轴及Z轴，则一切正常。到此为止，故障修复。

5.结束语

　　数控机床伺服系统故障的诊断，要求维修人员必须明白伺服控制的原理，熟悉数控机床伺服系统的连接情况，还要具有清晰的思维和正确的分析方法，只有这样才能取得事半功倍的维修效果。以上内容是笔者多年维修工作的一点经验之谈，无论在理论论述上还是排故的具体方法上都还存在不足之处，敬请同行批评指教。