设备中常见伺服电机故障的判断和修理

在数控机床的伺服驱动系统中，驱动部件现在主要以直流和交流伺服电机为主。伺服电机控制方便，灵活，反应迅速，能输出较大的功率，简化机械传动结构，同时维护方便，所以在数控机床中得到了广泛的应用。特别是近几年出现的高性能的交流伺服电机，使数控机床在整机的可靠性上得到了很大的提高。伺服电机的控制由于不同于一般的电机，所以在实际使用中如缺乏维修方面的有关知识，当出现故障时处理就会遇到困难，如果缺乏对伺服电机的了解，在工作中处理故障时遇到的困难就会更大。本文介绍直流伺服电机故障处理的一些维修实例。 　　 1　直流伺服电机的结构　　直流伺服电机常采用永磁体励磁，定子使用数块磁铁粘在铝壳内，转子和直流电机的结构相同，但使用的导线较粗，电流通过电刷、换向器接入转子，使电机旋转。换向器(整流子)大多使用较常见的圆周接触，但也有使用端面接触的。在电机上另外还装有速度和位置反馈检测元件，用于对电机的转速控制。 　　 2　几个主要的特性及在故障判断中的应用 2.1　转速和端电压的关系 　　电机的转速和端电压成正比，该参数在设计时已确定。电机在磁体励磁正常的情况下，转速和加在电机转子上的电压成正比，根据这一特性，可判断电机是否退磁，如果电机的转速已达到额定值而端电压低于额定值，在这种情况下，说明电机有退磁现象，检查时可分别测量电机和测速机上的电压进行判断。 2.2　电枢电流和输出转矩的关系 　　电机的输出转矩和电枢电流成正比，根据这一特性，可以用来确定故障是在电机还是在控制器。在对电机进行检查时，需将电机和机械部分分离，检查空载和有载时的电流值，以确定故障点。 2.3　电机的空载电流 　　电机的空载电流是由机械部分如轴承、电刷和空气阻力引起的损耗，一般很小。在不带负载的情况下，电机转速增加，但电流不会增加，但如电机的电流随转速的增加而增加时，电机内大多有短路故障点存在。 2.4　温度对电机性能的影响 　　因电流过大和过载会造成电机的温度上升，经常在过电流状态下使用会使磁体退磁，使电机运行时出现转矩下降。因此要经常检查热保护，对电机使用中出现过热报警要检查其原因，如保护动作属正常要查出并排除故障。 3　在使用中直流伺服电机出现的一些故障 　　(1)过流和过载。在机床上正常使用的电机突然出现该故障时有以下一些原因： 　　a.机械负载过大，是机械上原因造成的，在排除故障后对电机不会有影响，但电机经常在过流状况下运行，会造成电机损坏。 　　b.电机电刷和其他部分对地短路或绝缘不良。 　　c.控制器的输出功率元件和相关部分有故障。 　　(2)转矩减小，无力，稍加阻力就有报警。该类故障的原因为： 　　a.电机有退磁可能。 　　b.电刷接触电阻过大，或接触不良。 　　c.电刷弹簧烧坏，压力变小，造成电刷下火花过大。 　　d.控制器有故障。 　　(3)电机旋转有噪声或异常声。原因为： 　　a.电机内有异物或磁体脱开。 　　b.机械联接部分安装不正确。 　　c.换向器粗糙或已烧毛。 　　d.轴承损坏或其它机械故障。 　　(4)电机旋转时振动。原因有： 　　a.换向器有短路。 　　b.换向器表面烧坏，高低不平。 　　c.油渗入了电刷或在换向器表面粘有油污。 　　(5)制动器故障。在垂直轴上使用的电机大多数都带制动器，制动器出现故障时会使电机过流、过热和产生其他故障。对带制动器的电机修理应先使制动器脱开，常用的方法是将电源直接接入制动器线圈，使其脱开，如带机械松开装置的更加方便。有些制动器带整流器，在有故障时要检查一下。 　　 4　常见的直流伺服电机故障处理　　在伺服驱动系统中，电机故障是其中的一部分。 　　故障1：机床在使用中有时出现尺寸不准，并有“过流”报警出现。 　　分析：尺寸不准的原因有间隙过大、导轨无润滑等因素，但有时还出现“过流”，则与电机有关。用摇表测量电机的绝缘，电机有短路现象。 　　处理：拆开电机检查，发现因电刷磨损过度，碳粉堆积，造成对外壳无规则短路，清除干净并修理后，测量绝缘符合要求，装上后使用正常。 　　该故障在换向器端面结构并垂直安装时出现的机会较多，电刷过软和换向器表面粗糙极易出现，因此对电机最好能定时保养，或定时用干净的压缩空气将电刷粉吹去。 　　故障2：1台XH715加工中心的X轴在移动中有时出现冲击，并发出较大的声响，随即出现驱动报警。 　　分析：移动时产生振动或冲击是由控制器或电机引起。检查X轴在快速移动时故障频繁，经更换控制板故障仍时有发生，所以确定故障在电机中。 　　处理：开始仅将电刷拆开检查，电刷、换向器表面较光滑，因此认为无故障，但装上后开机故障仍有，所以将整个电机拆开检查，发现在换向器两边部分表面上有被硬擦过的痕迹。仔细查看，认为是因安装不正确造成电刷座与换向器相擦，引起短路，当电机转速高时引起转速失控。将电刷高起部分锉去，修理换向器上的短路点，故障排除。 　　故障3：加工中心在使用中出现“误差”报警，经检查驱动器已跳开。查看控制器上有“过流”报警指示。 　　分析：出现“误差”报警是给旋转指令，但电机不转，有“过流”报警时，故障大多在电机内部。 　　处理：将电机电刷拆下检查，发现电刷的弹簧已烧坏，由于电刷的压力不够，引起火花增大，并将换向器上的部分换向片烧伤。弹簧烧坏的原因是因电刷连接片和刷座接触不好，使电流从弹簧上通过发热烧坏。根据故障情况将烧伤的换向器进行车削修理，同时改善电刷与刷座的接触面。按以上处理后试车，但电机出现抖动现象，再次检查，原来是因车削时方法不对，造成换向器表现粗糙，因此重新修去换向片毛刺和下刻云母片，并经打磨光滑后使用正常。 　　在对电机的换向器进行车削修理时要注意方法，一般的原则是光出即可，车削时吃刀深度和进刀量不要过大，进刀量在0.05～0.1mm/r较好，吃刀深度在0.1mm以下，速度采用250～300m/r，分几次切削，并使用相应的刀具。换向器的车削修理有一定的限度，大部分单边最多不要超过2mm，车掉过多会影响使用性能，最好查看一下所用电机的说明书。 　　故障4：XH755加工中心的转台在回转时有“过流”报警。 　　分析：有“过流”报警故障先检查电机，用万用表测量绕组对地电阻已很小，判定是电机故障。 　　处理：拆开电机检查，因冷却水流入，造成短路过流。检查电机磁体有退磁现象，更换1台电机后正常。 　　直流伺服电机在使用中出现故障是比较多的，大部分在电刷和换向器上，所以，如有条件，进行及时的保养和维护是减少故障的唯一办法。 　　在对直流伺服电机进行检查时，测量电流是常用的检查方法，由于使用一般的电流表测量很麻烦，所以最好使用直流钳形表。