数控机床进给伺服系统常见故障诊断与维修

  对于伺服系统的故障诊断, 应以区分内因和外因为前提。所谓外因指的是伺服系统启动的条件是否满足, 例如供给伺服系统的电源是否正常, 供给伺服系统的控制信号是否出现, 伺服系统的参数设置是否正确; 内因指的是确认伺服驱动装置故障, 在满足正常供电及驱动条件下, 伺服系统能不能正常驱动伺服电机的运动。作者将通过典型实例, 对进给伺服系统常见故障形式和诊断方法进行探讨。   超程:当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时, 就会发生超程报警。一般会在CRT上显示报警内容, 根据数控系统说明书即可排除故障, 解除报警。 故障现象: 一台 配套 FANUC OMC , 型号为XH 754的数控机床, X 轴回零时产生超程报警 OVER TRAVEL- X。分析与处理过程: 检查发现 X 轴报警时离行程极限相差甚远, 而显示器显示的X 坐标超过了 X 轴范围, 故确认是软限位超程报警。查参数 0704正常,断电, 按住 P键同时接通 NC电源, 在系统对软限位不作检查的情况下完成回零; 亦可将 0704改为 99 999 999后回零, 若没问题, 再将其改回原值即可; 还可按 P键和 CAN键开机以消除报警。

  过载:当进给运动的负载过大、频繁正反向运动时以及进给传动链润滑状况和过载检测电路不良时, 都会引起过载报警。一般会在 CRT上显示伺服电动机过载、过热或过电流的报警, 或在电气柜的进给驱动单元上, 用指示灯或数码管显示驱动单元过载、过电流等信息。 故障现象: 某配套 FANUC  0M系统的数控立式加工中心, 在加工中经常出现过载报警, 报警号为434 , 表现形式为Z轴电动机电流过大, 电动机发热,停上 40 m in左右报警消失, 接着再工作一阵, 又出现同类报警。分析与处理过程: 经检查电气伺服系统无故障,估计是负载过重带不动造成。为了区分是电气故障还是机械故障, 将 Z 轴电动机拆下与机械脱开, 再运行时该故障不再出现。由此确认为机械丝杠或运动部位过紧造成。调整 Z 轴丝杠防松螺母后, 效果不明显, 后来又调整 Z 轴导轨镶条, 机床负载明显减轻,该故障消除。    回参考点故障:机床回参考点常见故障一般可分为找不到参考点和找不准参考点两类。前一类故障主要是回参考点减速开关的信号或零标志脉冲信号失效 (包括信号未产生或在传输中丢失 ) 所致。排除故障时, 先要搞清机床回参考点的方式, 再对照故障现象来分析, 可先检测机床外部的挡块和参考点开关, 观察 CNC系统 PLC接口 I/O状态指示信号; 再检测编码器的零标志脉冲信号。后一类故障往往是参考点开关挡块位置设置不当引起的, 只要重新调整挡块位置即可。故障现象: 某一数控车床回零时, X 轴回零动作正常 (先正方向快速运动, 碰到减速开关后, 能以慢速运动) , 但机床出现系统因X 轴硬件超程而急停报警。此时 Z轴回零控制正常。分析与处理过程: 根据故障现象和返回参考点控制原理, 可以判定减速信号正常, 位置检测装置的零标志脉冲信号不正常。产生该故障的原因可能是来自X 轴进给电动机的编码器故障 (包括连接的电缆线)或系统轴板故障。因为此时 Z轴回零动作正常, 所以可以采取交换方法来判断故障部位。交换后, 发现X 轴回零操作正常而 Z轴回零报警, 则判定故障在系统轴板。最后更换轴板, 机床恢复正常工作。   伺服电动机不转:数控系统至进给驱动单元除了速度信号外, 还有使能控制信号。当伺服电动机不转时, 需要检查以下几个项目:

( 1) 检查数控系统是否有速度控制信号输出;

( 2) 检查使能信号是否接通, 通过 CRT观察I/O状态, 分析机床 PLC梯形图, 以确定进给轴的启动条件, 如润滑、冷却等是否满足;

( 3) 对带电磁制动器的伺服电动机, 应检查电磁制动器是否释放; ( 4) 进给驱动单元故障;

( 5) 伺服电动机故障。

故障现象: 一台配套 FANUC 0 M 系统的加工中心, 机床起动后, 在自动方式运行下, CRT显示 401号报警。分析与处理过程: FANUC 0 M 出现 401号报警的含义是  轴伺服驱动器的 VRDY 信号断开, 即驱动器未准备好。根据故障的含义以及机床上伺服进给系统的实际配置情况, 维修时按下列顺序进行了检查与确认: ( 1) 检查 L /M /N轴的伺服驱动器, 发现驱动器的状态指示灯 PRDY、VRDY均不亮。 ( 2) 检查伺服驱动器电源 AC l 00V、AC l 8V均正常。

( 3) 测量驱动器控制板上的辅助控制电压, 发现 ∀ 24 V, ∀ 15 V异常。根据以上检查, 可以初步确定故障与驱动器的控制电源有关。仔细检查输入电源, 发现 X 轴伺服驱动器上的输入电源熔断器电阻大于 2 M
, 远远超出 规定值。更换熔断器后, 再次测量直流辅助电压, ∀ 24 V、∀ 15 V 恢复正常, 状态指示灯 PRDY、VRDY 均恢复 正常, 重新运行机床, 401号报警消失。   振动:当数控机床发生振动故障时, 要分析机床振动周期是否与进给速度有关: ( 1) 如果与进给速度有关, 振动一般与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关; ( 2) 如果与进给速度无关, 振动一般与位置环增益太高, 或位置反馈故障有关; ( 3) 如振动在加减速过程中产生, 往往是系统加减速时间设定过少造成的。 故障现象: 一台配套 FANUC 6 M 的加工中心,在机床搬迁后, 首次开机时, 机床出现剧烈振动,CRT显示 401、430报警。分析与处理过程: FANUC 6 M 系统 CRT上显示401报警的含义是  X、Y、Z等进给轴驱动器的速度控制准备信号 ( VRDY信号 ) 为 OFF状态, 即: 速度控制单元没有准备好; ALM 430报警的含义是停止时Z轴的位置跟随误差超过。根据以上故障现象, 考虑到机床搬迁前工作正常, 可以认为机床的剧烈振动, 是引起 X、Y、Z等进给轴驱动器的速度控制准备信号 (VRDY信号) 为 OFF 状态, 且 Z 轴的跟随误差超过的根本原因。分析机床搬迁前后的最大变化是输入电源发生了改变, 因此, 电源相序接反的可能性较大。检查电源进线, 确认相序连接错误; 更改后, 机床恢复正常。   位置误差:当伺服轴运动超过位置允差范围时, 数控系统就会产生位置误差过大的报警, 包括跟随误差、轮廓误 差和定位误差, 主要原因有:

( 1) 系统设定的允差范围过小;

( 2) 伺服系统增益设置不当;

( 3) 位置检测装置有污染或损坏;

 ( 4) 进给传动链累计误差过大;

 ( 5) 主轴箱垂直运动时平衡装置不稳。 故障现象: 某配套 FANUC 6 M系统, DC20 /30型直流 P WM 驱动的卧式加工中心, 在自动加工过程中, 偶然出现 ALM401、ALM421报警。分析与处理过程: ALM 401是X、Y、Z等进给轴伺服驱动系统的速度控制单元的准备信号 ( VRDY信号 ) 为 OFF状态, 即伺服驱动系统没有准备好;ALM 421是 Y轴位置跟随超差报警。由于故障偶尔出现, 初步判定 CNC与伺服驱动系统本身无损坏; 据操作人员反映, 在机床手动、回参考点工作时, 均无报警, 分析电缆连接不良的可能性亦较小。为了确定故障原因, 维修时对 Y轴编制了空运行试验程序, 经多次试验确认: 故障多在快进起动与停止时出现, 发生故障时, 速度控制单元上 HVAL报警指示灯亮, 表明驱动系统存在过电压。测量速度控制单元输入电源, 发现输入电压正确; 检查直流母线上的制动电阻、斩波管均未损坏, 初步判定故障是由于机械负载过重引起的。由于该机床 Y轴采用了液压平衡系统, 分析机械负载过重可能与平衡液压缸的压力调节有关, 进一步检查液压系统, 发现平衡压力调整过低; 重新调正平衡系统压力后, 故障现象消失, 机床恢复正常。