設備故障診斷論文

1、數(shù)控機床伺服系統(tǒng)常見故障的診斷與處理摘要: 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是機床主體和數(shù)控裝置CNC 的聯(lián)系環(huán)節(jié), 是數(shù)控機床的重要組成部分,數(shù)控機床的精度和速度等技術指標很大程度上取決于伺服系統(tǒng)的性能優(yōu)劣; 本文通過給出伺服系統(tǒng)常見的各類故障及排除方法,說明伺服系統(tǒng)的故障診斷及定位是數(shù)控機床維修的關鍵。關鍵詞: 伺服系統(tǒng); 伺服電機; 故障; 維修統(tǒng)計資料表明, 數(shù)控機床故障一般都具有“浴盆”曲線所描述的壽命特性, 如圖1 所示。T1 稱為早期故障期, 故障率曲線為遞減型。早期故障是指機床使用初期, 由于設計或生產(chǎn)等原因引起的故障, 在這段時間內(nèi), 機械處于磨合階段, 機械零件或電子元器件經(jīng)受不了初朗的

2、考驗而損壞, 所以故障發(fā)生的頻率相對來講要高一些。而當早期故障被有效地排除后, 產(chǎn)品運轉(zhuǎn)便逐漸正常, 故障率趨于穩(wěn)定, 到T2 故障率曲線已開始變平, T 2 稱為偶然故障期, 故障率近似為一常數(shù)。T3 稱為耗損故障期, 故障率曲線為遞增型。耗損故障是通過事前檢測或監(jiān)測可預測到的故障, 是由于機床的性能隨時間增加而逐漸衰退引起的, 耗損故障可以通過預防維修, 防止故障, 延長壽命, 或在將到耗損期前及時更新以保證機床的使用壽命。 一、 數(shù)控機床故障分類及伺服系統(tǒng)的地位數(shù)控機床故障按其性質(zhì)分，可分為硬件故障、軟件故障和干擾故障口。硬件故障主要是由C N C 電子元器件，潤滑系統(tǒng)、換刀系統(tǒng)、限位機

3、構和機床本體產(chǎn)生。軟件故障是指程序編制錯誤， 機床操作失誤，參數(shù)設定不準確。干擾故障是指由于系統(tǒng)工藝、線路設計電源地線配置不當及工作環(huán)境的惡劣變化而產(chǎn)生的。一直以來都是由數(shù)控系統(tǒng)中自診斷功能檢測、報警這些故障中的一部分故障。 伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床設備中具有重要的地位。在數(shù)控機床中, 伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令, 經(jīng)變換、調(diào)整與放大后, 由電動機和機械傳動機構驅(qū)動機床坐標軸、主軸等, 帶動工作臺及刀架, 通過多軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復雜的機械運動, 從而加工出用戶所要求的復雜形狀的工件。數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)由進給驅(qū)動裝置、位置檢測裝置及機床進給傳動鏈組成（機構形式如圖一所示）

4、，其作用是實現(xiàn)各坐標軸的位置控制。在數(shù)控機床使用過程中, 進給伺服系統(tǒng)比較容易發(fā)生故障, 因此, 做好伺服系統(tǒng)的故障診斷和處理工作, 是數(shù)控機床維修和維護的關鍵。下面將結合實際工作中數(shù)控機床的故障現(xiàn)象, 對伺服系統(tǒng)常見故障形式及診斷方法進行探討。二、伺服系統(tǒng)的常見故障原因及排除方法根據(jù)進給伺服系統(tǒng)的結構與分類, 主要從3種伺服系統(tǒng)的各部件分析常見的故障原因并給出排除方法。1、 開環(huán)步進電動機進給伺服系統(tǒng)常見故障及排除方法( 1) 驅(qū)動器故障報警現(xiàn)象。故障原因可能是機床現(xiàn)場無大地或是靜電放電(工作環(huán)境差)。排除方法是將電氣柜中的保護導體與大地連接。( 2) 高速時步進電動機堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。故障原因是傳

5、動系統(tǒng)設計存在問題, 步進電動機選擇不合理。排除方法是降低最高轉(zhuǎn)速, 或者更換大轉(zhuǎn)矩步進電動機。( 3) 某坐標的重復定位精度不穩(wěn)定(時大時小)現(xiàn)象。故障原因是機械裝配存在問題, 如絲杠螺母安裝不正, 造成運動部件的裝配應力。排除方法是重新安裝絲杠螺母。2、直流進給伺服系統(tǒng)的常見故障及排除方法直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)一般按其主回路采用的功率放大元器件類型, 又分晶閘管調(diào)速方式(簡稱為SCR速度控制系統(tǒng)) 和晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速方式(簡稱PWM 速度控制系統(tǒng)) 兩類。在控制上可以采用模擬量控制或數(shù)字量控制, 因此, 在某些場合還可以分為模擬式與數(shù)字式兩種類型。直流伺服電動機必須定期檢查。直流伺服電動機帶有

6、數(shù)對電刷, 電動機旋轉(zhuǎn)時, 電刷與換向器摩擦而逐漸磨損, 需要更換新電刷, 更換新電刷后必須使電動機空載運行一段時間, 以使電刷表面和換向器表面相吻合。晶閘管整流方式速度控制系統(tǒng)的故障是直流進給伺服系統(tǒng)的最常見故障。( 1) 速度過高。引起速度過高的原因有: 測速部件接成正反饋; 柔性連軸器損壞; 位置控制板發(fā)生故障。( 2) 在啟動、運動過程中或在加速/減速時機床運動軸發(fā)生爬行故障。引起原因有: 柔性連軸器損壞; 脈沖編碼器或測速發(fā)電機不良; 電動機電樞繞組內(nèi)部短路; 速度控制單元不良; 外來噪聲干擾; 伺服系統(tǒng)不穩(wěn)定。( 3) 超調(diào)。伺服系統(tǒng)增益不夠是造成系統(tǒng)超調(diào)的原因之一。主要解決措施是

7、: 提高速度控制單元印制線路板上可調(diào)電位器的值, 也可適當減小位置增益環(huán)。另外, 改善電動機和機械進給軸之間的剛度, 也可解決系統(tǒng)超調(diào)。( 4) 單脈沖進給時加工精度太差。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有兩種: 1. 機械松動, 如果電動機能準確定位, 而機械最終定位精度差, 則應重新調(diào)整機械;2. 伺服系統(tǒng)增益不夠, 這時需要增加可調(diào)電位器的值。( 5) 低速波動。造成低速波動的原因可能是伺服系統(tǒng)不穩(wěn)定, 也可能是機械慣性過大。( 6) 圓弧切削時加工表面出現(xiàn)波紋。出現(xiàn)波紋原因有: 伺服系統(tǒng)增益不足和機械松動。3、 交流進給伺服系統(tǒng)故障及排除方法交流伺服系統(tǒng)一般均采用PWM 調(diào)制信號控制功率晶體管進行驅(qū)

8、動放大的主回路, 并按其指令信號與控制型式, 分為模擬式伺服與數(shù)字式伺服兩類。初期的交流伺服系統(tǒng)一般是模擬式伺服系統(tǒng), 而目前使用的交流伺服系統(tǒng)通常都是采用數(shù)字量控制的全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。交流伺服電動機采用全封閉和無刷的結構形式,使電動機不需維修。( 1) 交流伺服電動機的常見故障1. 轉(zhuǎn)子位置檢測裝置故障。當霍爾開關或光電脈沖編碼器發(fā)生故障時, 會引起電動機失控, 進給有振動?？梢圆捎媒粨Q法檢測位置編碼器。2. 電磁制動故障。對于帶電磁制動的伺服電動機, 當電磁制動器出現(xiàn)故障時, 會出現(xiàn)通電不松開、斷電不制動的現(xiàn)象。( 2) 交流伺服系統(tǒng)常見故障及原因1. 由于伺服電動機過載引起系統(tǒng)報警的原因: 電動機負載過大; 速度控制單元的熱繼電器設定錯誤(小于電動機額定電流); 伺服變壓器熱敏開關不良;再生反饋能量過大; 速度控制單元印制電路板上設定錯誤。2.由于移動誤差過大引起系統(tǒng)報警的原因: 數(shù)控系統(tǒng)位置偏差量設定錯誤; 伺服系統(tǒng)超調(diào); 電源電壓過低; 位置控制部分或速度控制單元不良; 電動機輸出功率太小或負載太大。三、總結通過分析研究，利用上述方法可以有效地解決數(shù)控機床伺服系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，大大地提高了數(shù)控機床的使用效率。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)故障診斷與定位是數(shù)控機床維修的關鍵, 高性能的伺服系統(tǒng)使數(shù)控機床更有效、更靈活地用于加工作業(yè)。參考文獻1. 錢