数控机床位置伺服系统故障怎么诊断排除？

数控机床的伺服与反馈系统故障一般表现为什么现象~

数控机床伺服系统故障占机床总故障的比率较高。由于伺服系统涉及 的环节较多，加之种类繁多、技术原理各具特色，给维修诊断带来困难，因此归纳一些故障 诊断方法很有必要。 数控机床坐标轴的移动定位是由位置伺服系统来完成的。位置伺服系 统一般采用闭环或半闭环控制。(半)闭环控制的特点就是任一环节发生故障都可能导致系统 定位不准确、不稳定或失效。诊断定位故障环节就成为维修的关键。根据伺服系统的控制原 理和系统接口的特性，对系统进行分解判断，已成为行之有效的方法。本文结合维修实例介 绍了位置环和速度环诊断方法。 1 位置环故障诊断 如果位置伺服系统的位置反馈和速度反馈各自采用一个反馈器件 ，可以断开位置环的控制作用，让速度环单独运行，以便判断故障出自位置环还是速度环。 断开位置环的控制作用，可以采用两种方法： 1）机械断开，即断开位置反馈编码器与伺 服电动机之间的传动连接。 2）电气断开，即断开位置反馈编码器与系统的连接。如果需要 屏蔽位置反馈断线报警，应按下图连接位置反馈输入信号线。 在位置开环状态下 进行维修测试时，不允许给被测试轴任何方式的移动指令，否则将引起伺服电动机失控。 例1CK6140A数控车床出现镗孔表面有振纹，在排 除机械和工装因素后，对X轴伺服系统进行检查。机床数控系统为FANUC3T，伺服放大器 为FANUC H系列直流伺服。 观察X轴在停止和慢速移动时有不规则振动，初步判断X轴位 置编码器与丝杠连结有间隙或速度环不稳定。检查编码器连轴节正常。由于X轴伺服系统有 两个编码器，分别用于位置反馈和速度反馈，可以将位置反馈编码器与伺服电机之间的机械 连接断开，以便作进一步的判断。 首先用支撑物支撑X轴滑台，将X轴电动机和丝杠的传动 皮带拿掉。启动机床，X轴在位置开环状态下运行，在伺服放大器零漂的作用下电动机慢速 转动(如果电动机几乎不转动，可适当调整控制板上偏置电位器RV2)，此时电动机转到某 一固定角度，总有打顿现象。由此可以认为速度环基本稳定，这可能是由于整流子在某一角 度存在短路引起转速瞬间跌落，从而造成电机打顿现象。仔细清扫电动机整流子和电刷后， 电动机运转平稳。恢复系统连接，X轴恢复正常。 例2[ST5BZ]CH-102数控车床Z轴移动出现一冲一冲的现象，速度越快，过冲越严重。停止时 观察伺服诊断画面，Z轴跟踪误差稳定，接近于零。机床数控系统为SIMENS 810GA2，伺服 系统为SIMENS 610。系统位置反馈和速度反馈各采用一只编码器。 初步判断为伺服放大器 超调或系统参数设定不良。首先调整系统参数MD2501(伺服增益)和MD2601(多种增益)无效。 为进一步判断，断电拿掉Z轴位置反馈插头。由于该机床CNC报警不影响伺服上电，故可以不屏蔽反馈断线报警。先用导线短接Z轴伺服驱动使能控制端，再用一只1.5V电池经 电位器分压给Z轴伺服放大器速度指令端，加上大约0.5V电压。机床上电，Z轴移动 平稳，因此可以认为故障发生在位置反馈环节。用手拨动位置反馈编码器，联结无松动、损 坏的感觉。交换X轴，Z轴位置反馈插头及速度指令控制线，试机故障仍在Z轴。此时可以认 为故障仍在Z轴位置反馈，拆下Z轴位置反馈编码器，发现联轴节簧片上的一个螺钉已脱落。 修复后，试机故障消除。 如果位置反馈和速度反馈由一只反馈元件完成，位置反馈信号经 转换电路变为速度控制信号，则要根据系统硬件具体特性和故障信息作出灵活判断。 例3CK6150A Z轴时有突然快速移动失控的现象， 此时H系列直流伺服板上有TGLS报警。故障现象不稳定，关机再上电可能又恢复正常。 T GLS报警的原因有：动力线未接或接反；无速度反馈或正反馈；机械锁死。 由于Z轴伺服电动机速度反馈信号是由电动机尾部位置反馈编码器信号送入CNC主板，经混合IC模块F/V 转换后获得，而且系统始终无位置反馈报警，所以初步判断是CNC至伺服放大器电缆和控制 板的接触有问题。 检查电缆和速度控制板正常。由于从故障发生到伺服保护关断只有一两 秒钟，使用示波器或万用表难以观察到速度反馈信号的有无。进一步分析，位置反馈编码器 的信号电平正常，而A、B两相信号不产生移动变化，则会产生上述故障。于是就更换Z轴 位置编码器，机床恢复正常。这可能是原来的编码器光栅盘松动，与轴之间有相对位移或编 码器内光源二极管接近失效，造成A、B信号不变化。 2 速度环故障诊断 在速度开环的方式下，对速度控制单元进 行测试。该方法需要对系统硬件较熟悉，以避免误操作损坏部件。 例1 一台维修过的FB15B-2直流伺服电动机安装到机床后失控。 现象表明速度反馈不正常，检查尾部测速电动机电刷及引线正常。为测试测速电动机的性能，应做 以下操作： 将电动机固定可靠，连接动力线，不连反馈线； 拿掉FANUC H系列伺服 板上的S20短路跳线，取消TGLS报警使能； 接通电源，伺服放大器在速度开环下运行，电动机处于2000r/min的高速运转中。此时测量测速电动机输出电压只有6V，正常的数据是1 4V，可以判定伺服电动机的测速电动机不正常。更换测速电动机，机床恢复正常。 例2DM3600数控车床出现主轴转速上不去，最高只有50r/ min，且负载转矩显示很大。机床数控系统为三菱M3/L3，主轴伺服放大器的型号为FR-SF- 2-11K-T。故障原因可能是：负载过大；主轴驱动功率模块或控制模块有故障；速度反馈 不正常。 检查机械传动良好，测量控制模块各测试点电压及功率模块正常，再检查主轴电动机至驱动单元之间反馈电缆和驱动运行参数也正常。设定驱动单元运行参数P00为1，给主 轴运转指令，电动机在速度开环下低速运行，观察负载转矩几乎为零，由此可以判断速度反 馈不正常。用示波器观察速度反馈波形，没有A相波形，打开电动机上方盖子，可以看到PLC 输出电路板，重新拔插电路板上的小插头，再检测A相波形正常。恢复系统闭环运行，主轴运行正常。(end) 按伺服系统分类 按照伺服系统的控制方式，可以把数控系统分为以下几类： 1.开环控制数控系统： 这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件，CNC装置输出的指令进给脉冲经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构(齿轮箱，丝杠等)带动工作台移动。这种方式控制简单，价格比较低廉，被广泛应用于经济型数控系统中。2.半闭环控制数控系统： 位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制，由于闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如闭环控制数控系统，但其调试方便，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。3.全闭环控制数控系统： 位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制.这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统稳定状态很难达到。三、按数控系统功能水平分类 1.经济型数控系统：又称简易数控系统，通常仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，如：经济型数控线切割机床，数控钻床，数控车床，数控铣床及数控磨床等。 2.普及型数控系统：通常称之为全功能数控系统，这类数控系统功能较多，但不追求过多，以实用为准。 3.高档型数控系统：指加工复杂形状工件的多轴控制数控系统，且其工序集中、自动化程度高、功能强、具有高度柔性。用于具有5轴以上的数控铣床，大、中型数控机床、五面加工中心，车削中心和柔性加工单元等。

1.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。
2.过载
当进给运动的负载过大，频繁正、反向运动以及传动链润滑状态不良时，均会引起过载报警。一般会在CRT上显示伺服电机过载、过热或过流等报警信息。同时，在强电柜中的进给驱动单元、指示灯或数码管会提示驱动单元过载、过电流等信息。
3.窜动
进给时出现窜动现象：①测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等;②速度控制信号不稳定或受到干扰;③接线端子接触不良，如螺钉松动等。当窜动发生在由正向运动与反向运动的换向瞬间时，一般是因进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大引起。
4.爬行
发生在启动加速段或低速进给时，一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是：伺服电机和滚珠丝杠联接用的联轴器，由于联接松动或联轴器本身的缺陷(如裂纹等)，造成滚珠丝杠转动与伺服电机的转动不同步，使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象。
5.机床振动
机床以高速运行时，可能产生振动，这时就会出现过流报警数控机床进给伺服系统常见故障排除方法数控机床进给伺服系统常见故障排除方法。机床振动问题一般属于速度问题，应查找速度环;而机床速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的，即凡是与速度有关的问题，应该去查找速度调节器，因此振动问题应查找速度调节器。主要从给定信号、反馈信号及速度调节器自身等三方面去查找故障。
6.电机不转
数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC +24V继电器线圈电压。伺服电机不转，常用诊断方法如下。
(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(或流程图)，以确定进给轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足。
(3)对带电磁制动的伺服电机，应检查电磁制动是否释放。
(4)进给驱动单元故障。
(5)伺服电机故障。

数控机床坐标轴的移动定位是由位置伺服系统来完成的。位置伺服系统一般采用闭环或半闭环控制。（半）闭环控制的特点就是任一环节发生故障都可能导致系统定位不准确、不稳定或失效。诊断定位故障环节就成为维修的关键。根据伺服系统的控制原理和系统接口的特性，对系统进行分解判断，已成为行之有效的方法。本文结合维修实例介绍了位置环和速度环诊断方法。
1、位置环故障诊断如果位置伺服系统的位置反馈和速度反馈各自采用一个反馈器件，可以断开位置环的控制作用，让速度环单独运行，以便判断故障出自位置环还是速度环。断开位置环的控制作用，可以采用两种方法：机械断开，即断开位置反馈编码器与伺服电动机之间的传动连接。
电气断开，即断开位置反馈编码器与系统的连接。如果需要屏蔽位置反馈断线报警，应按连接位置反馈输入信号线。在位置开环状态下进行维修测试时，不允许给被测试轴任何方式的移动指令，否则将引起伺服电动机失控免烧砖机。
例：CK6140A数控车床出现镗孔表面有振纹，在排除机械和工装因素后，对X轴伺服系统进行检查。机床数控系统为FANUC3T，伺服放大器为FANUCH系列直流伺服。观察X轴在停止和慢速移动时有不规则振动，初步判断X轴位置编码器与丝杠连结有间隙或速度环不稳定。检查编码器连轴节正常。由于X轴伺服系统有两个编码器，分别用于位置反馈和速度反馈，可以将位置反馈编码器与伺服电机之间的机械连接断开，以便作进一步的判断。
首先用支撑物支撑X轴滑台，将X轴电动机和丝杠的传动皮带拿掉。启动磨粉机机床，X轴在位置开环状态下运行，在伺服放大器零漂的作用下电动机慢速转动（如果电动机几乎不转动，可适当调整控制板上偏置电位器RV2），此时电动机转到某一固定角度，总有打顿现象。由此可以认为速度环基本稳定，这可能是由于整流子在某一角度存在短路引起转速瞬间跌落，从而造成电机打顿现象。仔细清扫电动机整流子和电刷后，电动机运转平稳。恢复系统连接，X轴恢复正常。
例：CH-102数控车床Z轴移动出现一冲一冲的现象，速度越快，过冲越严重。停止时观察伺服诊断画面，Z轴跟踪误差稳定，接近于零。机床数控系统为SIMENS810GA2，伺服系统为SIMENS610。系统位置反馈和速度反馈各采用一只编码器。初步判断为伺服放大器超调或系统参数设定不良。首先调整系统参数MD2501（伺服增益）和MD2601（多种增益）无效。为进一步判断，断电拿掉Z轴位置反馈插头。由于该机床CNC报警不影响伺服上电，故可以不屏蔽反馈断线报警。先用导线短接Z轴伺服驱动使能控制端，再用一只1.5V电池经电位器分压给Z轴伺服放大器速度指令端，加上大约0.5V电压。机床上电，Z轴移动平稳，因此可以认为故障发生在位置反馈环节。用手拨动位置反馈编码器，联结无松动、损坏的感觉。交换X轴，Z轴位置反馈插头及速度指令控制线，试机故障仍在Z轴。此时可以认为故障仍在Z轴位置反馈，拆下Z轴位置反馈编码器，发现联轴节簧片上的一个螺钉已脱落。修复后，试机故障消除。如果位置反馈和速度反馈由一只反馈元件完成，位置反馈信号经转换电路变为速度控制信号，则要根据系统硬件具体特性和故障信息作出灵活判断。
例：CK6150AZ轴时有突然快速移动失控的现象，此时H系列直流伺服板上有TGLS报警。故障现象不稳定，关机再上电可能又恢复正常。TGLS报警的原因有：动力线未接或接反；无速度反馈或正反馈；机械锁死。由于Z轴伺服电动机速度反馈信号是由电动机尾部位置反馈编码器信号送入CNC主板，经混合IC模块F/V转换后获得，而且系统始终无位置反馈报警，所以初步判断是CNC至伺服放大器电缆和控制板的接触有问题。检查电缆和速度控制板正常。由于从故障发生到伺服保护关断只有一两秒钟，使用示波器或万用表难以观察到速度反馈信号的有无。进一步分析，位置反馈编码器的信号电平正常，而A、B两相信号不产生移动变化，则会产生上述故障。于是就更换Z轴位置编码器，机床恢复正常。这可能是原来的编码器光栅盘松动，与轴之间有相对位移或编码器内光源二极管接近失效，造成A、B信号不变化双色球。
2、速度环故障诊断在速度开环的方式下，对速度控制单元进行测试。该方法需要对系统硬件较熟悉，以避免误操作损坏部件。
例：一台维修过的FB15B-2直流伺服电动机安装到机床后失控。现象表明速度反馈不正常，检查尾部测速电动机电刷及引线正常。为测试测速电动机的性能，应做以下操作：将电动机固定可靠，连接动力线，不连反馈线；拿掉FANUCH系列伺服板上的S20短路跳线，取消TGLS报警使能；接通电源，伺服放大器在速度开环下运行，电动机处于2000r/min的高速运转中。此时测量测速电动机输出电压只有6V，正常的数据是14V，可以判定伺服电动机的测速电动机不正常。更换测速电动机，机床恢复正常。
例：DM3600数控车床出现主轴转速上不去，最高只有50r/min，且负载转矩显示很大。机床数控系统为三菱M3/L3，主轴伺服放大器的型号为FR-SF-2-11K-T。故障原因可能是：负载过大；主轴驱动功率模块或控制模块有故障；速度反馈不正常。检查机械传动良好，测量控制模块各测试点电压及功率模块正常，再检查主轴电动机至驱动单元之间反馈电缆和驱动运行参数也正常。设定驱动单元运行参数P00为1，给主轴运转指令，电动机在速度开环下低速运行，观察负载转矩几乎为零，由此可以判断速度反馈不正常。用示波器观察速度反馈波形，没有A相波形，打开电动机上方盖子，可以看到PLC输出电路板，重新拔插电路板上的小插头，再检测A相波形正常。恢复系统闭环运行，主轴运行正常。

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书邵参术： 数控车床刀架伺服系统故障.根据工作原理和故障现象进行分析,刀架转动是由伺服电机驱动的,电机一启动,伺服电机就产生报警,切断伺服电源,并反馈给NC系统,显示刀架电机过载报警信息.检查机械部分及伺服单元均未发现问题,经测试,刀架电机烧毁,更换伺服电机后,故障排除.

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书邵参术： ⑴、检查X、Y、Z三轴伺服单元电源是否正常. ⑵、检查X、Y、Z三轴电机的电源线和编码器线以及三轴的行程开关线是否连接可靠,有没有脱落、折断或接触不良现象. ⑶、检查X、Y、Z三轴行程开关是否正常,有没有进水或接触不良现象. ⑷、检查X、Y、Z三轴电机绝缘是否可靠,电机是否进水. ⑸、检查X、Y、Z三轴伺服单元是否出现故障,保险是否完好,三轴伺服单元互换后判断伺服单元是否出现故障,如判断伺服单元出现故障,请与生产厂家联系维修. ⑹、检查X、Y、Z三轴丝杠、导轨、镶条以判断是否因为X、Y、Z三轴移动不灵活造成伺服移动误差过大或伺服系统过载从而产生伺服系统报警.

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书邵参术： 数控机床伺服系统故障占机床总故障的比率较高.由于伺服系统涉及 的环节较多,加之种类繁多、技术原理各具特色,给维修诊断带来困难,因此归纳一些故障 诊断方法很有必要. 数控机床坐标轴的移动定位是由位置伺服系统来完成的.位置...

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书邵参术： 概括的讲,可分为电气故障和机械故障两大类.电气故障又分为软件故障和硬件故障.软件故障是由软件变化或丢失而形成的,机床软件一般存储于RAM中.形成故障的原因可能1误操作引起;2供电电池电压不足.硬件故障有1PLC;2主轴伺服系统;3进给伺服系统;4位置检测装置.机械故障有1机床主运动系统 2进给系统 ;3刀具自动交换装置;4工作台自动交换装置;5工作台与导轨副;6液压与气压;7润滑系统;8机床运动部件.

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书邵参术： 数控机床是由NC系统、伺服系统、位置检测、强电部分及机床本体组成,比一般机床要复杂得多,故障的表现形式也就比较复杂.这就相应地要求维修人员多掌握几种维修方法,遇到不同的故障才能灵活地使用不同的方法,力求在最短的时间...

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书邵参术： 数控机床故障诊断有故障检测、故障判断及隔离和故障定位三个阶段.第一阶段的故障检测就是对数控机床进行测试,判断是否存在故障;第二阶段是判定故障性质,并分离出故障的部件或模块;第三阶段是将故障定位到可以更换的模块或印制...

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书邵参术： 一般 都应该有数控报警或是在伺服上有报警代码 先查一下这些代码的含义 初步确定以下故障,检查以下 数控参数是不是丢失了, 如果 XZ 轴模块对调没意义 因为 现在同事报警 另报警时怎么出现的 也要说清楚