數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障維修措施探討

姚泰鋒 王國(guó)成 姚海鋒

摘要：數(shù)控機(jī)床的工作核心是伺服系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件與數(shù)控系統(tǒng)的樞紐，伺服系統(tǒng)在機(jī)床動(dòng)態(tài)運(yùn)行中處于頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)等動(dòng)作過程，故障率是最高的，因此伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，直接影響零件加工的質(zhì)量和效率。如何解決數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)難題是數(shù)控機(jī)床維修領(lǐng)域面臨的重大問題?；诖?，本篇文章對(duì)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障維修措施進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;伺服系統(tǒng);故障維修;措施探討

引言

隨著機(jī)加工行業(yè)的蓬勃發(fā)展，許多老舊數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)期工作導(dǎo)致性能變差，控制技術(shù)落后，有的甚至不能工作。通過對(duì)數(shù)控車床的改造，可以用較少的投入、較短的周期改善機(jī)床的使用性能和功能，同時(shí)節(jié)約設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)。因此，本文著重介紹數(shù)控車床進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型與改造，對(duì)今后機(jī)床的伺服系統(tǒng)改造有著積極的意義。

1數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)單元、執(zhí)行件、機(jī)械傳動(dòng)部件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的類型，按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測(cè)量裝置，可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng);按使用直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)分類，可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng);按進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)分類，可分為進(jìn)給伺服和主軸伺服系統(tǒng);按反饋比較控制方式分類有脈沖數(shù)字比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)和全數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)將接收到的位移等信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大處理后，由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)床主軸和刀架進(jìn)行工作，從而完成相應(yīng)精度動(dòng)作。

2進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)的性能要求

數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與車床執(zhí)行部件的樞紐，數(shù)控車床性能的好壞在很大程度上是由進(jìn)給伺服裝置性能決定的，所以，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的開發(fā)和研究是本次數(shù)控車床改造的關(guān)鍵技術(shù)之一。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是通過編程指令或機(jī)床操作而生成脈沖指令，經(jīng)過一系列處理反饋，最后實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床刀具位置和運(yùn)動(dòng)速度的控制系統(tǒng)。它一般由位置控制、速度控制、伺服電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的高低決定著數(shù)控車床質(zhì)量的好壞，所以，數(shù)控車床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)各部件都有很高的要求，具體有以下幾點(diǎn)：①調(diào)速范圍寬;②輸出位置精度高;③穩(wěn)定性好;④動(dòng)態(tài)響應(yīng)快;⑤負(fù)載特性要硬;⑥響應(yīng)速度快且無超調(diào);⑦高性能電動(dòng)機(jī);⑧伺服系統(tǒng)的可靠性高，使用方便，維修購(gòu)買成本低。

3數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的故障類型

伺服進(jìn)給系統(tǒng)故障。伺服進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床加工功能實(shí)施的重要裝置，對(duì)于數(shù)控機(jī)床工作的穩(wěn)定性影響很大，伺服進(jìn)給系統(tǒng)包括了伺服電機(jī)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等裝置，而這些部位也是機(jī)械故障頻發(fā)的部位。當(dāng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可利用數(shù)控機(jī)床配套的PLC檢測(cè)程序進(jìn)行故障檢查，并根據(jù)可能的故障問題對(duì)電機(jī)、檢測(cè)開關(guān)、編碼器、接線及其他電器元件進(jìn)行電壓、電流等檢測(cè)，以確定故障原因，并對(duì)損壞的元件進(jìn)行更換。

除了這些外，連接元件中的彈性變形也是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵因素，比如聯(lián)軸節(jié)等，一般說來，系統(tǒng)的剛性越好，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性就越好，所以在優(yōu)化之前先盡量在機(jī)械方面提高系統(tǒng)的剛性，比如檢查聯(lián)軸節(jié)的連接，絲杠的間隙等。

4數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的常見故障處理

伺服環(huán)節(jié)是由電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)組成的，電流環(huán)、速度環(huán)的控制器是由比例積分調(diào)節(jié)器組成，是驅(qū)動(dòng)的核心部分，因而速度環(huán)又是驅(qū)動(dòng)優(yōu)化的調(diào)整重點(diǎn)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障處理。（1）TMP指示燈紅：檢查驅(qū)動(dòng)器是否過熱，電動(dòng)機(jī)是否過載。（2）DIS指示燈黃：檢查驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)（+ENA/-ENA）是否連接正確。（3）LED指示燈綠，電機(jī)不動(dòng)：檢查+INHIBIT和-INHIBIT端口是否接錯(cuò)，命令信號(hào)地和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地是否相連。（4）電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，LED燈閃爍：檢查電機(jī)相位設(shè)定開關(guān)是否正確，傳感器電壓值是否在范圍值內(nèi)。（5）驅(qū)動(dòng)器LED燈不亮：檢查供電電壓是否小于最小電壓值。（6）LED燈保持紅色：檢查驅(qū)動(dòng)器輸入電壓是否過壓、欠壓，電動(dòng)機(jī)相間是否短路，電動(dòng)機(jī)是否過載發(fā)熱。（7）傳動(dòng)系統(tǒng)定位精度不穩(wěn)：檢查絲杠螺母是否安裝正確。（8）傳動(dòng)系統(tǒng)定位誤差較大：檢查絲杠螺距是否誤差過大，電機(jī)與絲杠之間的連接是否松動(dòng)。（9）電機(jī)失速：檢查速度反饋極性是否接反，編碼器電源是否失電。（10）參考點(diǎn)定位誤差過大：檢查接近開關(guān)是否安裝正確，接近開關(guān)與檢測(cè)體之間的間隙是否足夠，接近開關(guān)是否出現(xiàn)故障。（11）螺紋加工不能重復(fù)：檢查主軸與主軸編碼器間的機(jī)械連接是否正常。（12）電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)誤：檢查電機(jī)、電纜是否有破損，動(dòng)力電纜和編碼器電纜的配線是否正確，電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出是否錯(cuò)誤，增益設(shè)置是否正確，電機(jī)負(fù)載是否在允許范圍內(nèi)。（13）返回參考點(diǎn)動(dòng)作不正確：檢查邏輯接近開關(guān)是否要更換，觸點(diǎn)開關(guān)是否復(fù)位。（14）電機(jī)在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向跑得快：檢查無刷電機(jī)相位是否搞錯(cuò)，測(cè)試/偏差開關(guān)是否打在測(cè)試位置，偏差電位器位置是否正確。（15）伺服電機(jī)在有脈沖輸出時(shí)不運(yùn)轉(zhuǎn)：檢查控制模式是否處于位置控制模式，編碼器電纜線是否配置錯(cuò)誤，帶制動(dòng)器的伺服電機(jī)其制動(dòng)器是否已經(jīng)打開，Run指令是否正常，監(jiān)視控制器面板確認(rèn)脈沖指令是否輸入，監(jiān)視控制器脈沖是否正常輸出，輸入脈沖與指令脈沖的設(shè)置是否一致，偏差計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)是否輸入。

5數(shù)控機(jī)床故障修復(fù)的合理性分析

數(shù)控機(jī)床的故障維修過程有多種方式，例如經(jīng)驗(yàn)分析、故障碼分析、儀器檢測(cè)、綜合檢測(cè)等。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的故障問題，要采用合理的方式進(jìn)行維修，才能既保證維修質(zhì)量又節(jié)省維修成本。總體來講為保證數(shù)控機(jī)床維修的合理性，要注意以下幾方面問題，一是根據(jù)故障問題的表征合理選擇維修方式，對(duì)于簡(jiǎn)單的表面故障則不必采用儀器設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)確定，而對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)問題，不能單純采用簡(jiǎn)單的判斷就加以處理，對(duì)于故障問題的判斷與檢測(cè)要做到科學(xué)合理;二是對(duì)于機(jī)械零件的損壞故障，要先針對(duì)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，然后判斷故障零件的合理處置方式，對(duì)于可以修復(fù)的零件，在修復(fù)成本相對(duì)合理的條件下，則應(yīng)選擇修復(fù)，而對(duì)于難以修復(fù)或修復(fù)成本過高的零件，則應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)零件進(jìn)行更換;三是數(shù)控機(jī)床故障的維修過程要遵循規(guī)范操作程序，并由專業(yè)的維修人員完成，確保維修過程零件拆裝的合理性，避免零件拆裝過程中造成新的損傷或結(jié)構(gòu)不合理問題;四是軟件系統(tǒng)故障應(yīng)由專業(yè)的軟件維護(hù)人員執(zhí)行，不專業(yè)的軟件調(diào)整可能造成更嚴(yán)重的故障問題。

結(jié)束語

數(shù)控車床進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造研究，就是利用進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能要求來合理選擇CK-6140數(shù)控車床的伺服控制系統(tǒng)、伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器以及工作電源。數(shù)控機(jī)床是國(guó)家制造業(yè)發(fā)展保障，解決好機(jī)床維修問題可極大助推國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，本文簡(jiǎn)單介紹了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障類型、故障維修方法，著重講述了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的常見故障維修措施，為數(shù)控機(jī)床故障維修提供一些借鑒。

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