對(duì)于伺服系統(tǒng)的故障診斷, 應(yīng)以區(qū)分內(nèi)因和外因?yàn)榍疤?。所謂外因指的是伺服系統(tǒng)啟動(dòng)的條件是否滿足, 例如供給伺服系統(tǒng)的電源是否正常, 供給伺服系統(tǒng)的控制信號(hào)是否出現(xiàn), 伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置是否正確; 內(nèi)因指的是確認(rèn)伺服驅(qū)動(dòng)裝置故障, 在滿足正常供電及驅(qū)動(dòng)條件下, 伺服系統(tǒng)能不能正常驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。作者將通過(guò)典型實(shí)例, 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障形式和診斷方法進(jìn)行探討。
  超程:當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)超過(guò)由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開(kāi)關(guān)設(shè)定的硬限位時(shí), 就會(huì)發(fā)生超程報(bào)警。一般會(huì)在CRT上顯示報(bào)警內(nèi)容, 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)即可排除故障, 解除報(bào)警。
故障現(xiàn)象: 一臺(tái) 配套 FANUC OMC , 型號(hào)為XH 754的數(shù)控機(jī)床, X 軸回零時(shí)產(chǎn)生超程報(bào)警 OVER TRAVEL- X。分析與處理過(guò)程: 檢查發(fā)現(xiàn) X 軸報(bào)警時(shí)離行程極限相差甚遠(yuǎn), 而顯示器顯示的X 坐標(biāo)超過(guò)了 X 軸范圍, 故確認(rèn)是軟限位超程報(bào)警。查參數(shù) 0704正常,斷電, 按住 P鍵同時(shí)接通 NC電源, 在系統(tǒng)對(duì)軟限位不作檢查的情況下完成回零; 亦可將 0704改為 99 999 999后回零, 若沒(méi)問(wèn)題, 再將其改回原值即可; 還可按 P鍵和 CAN鍵開(kāi)機(jī)以消除報(bào)警。

  過(guò)載:當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過(guò)大、頻繁正反向運(yùn)動(dòng)時(shí)以及進(jìn)給傳動(dòng)鏈潤(rùn)滑狀況和過(guò)載檢測(cè)電路不良時(shí), 都會(huì)引起過(guò)載報(bào)警。一般會(huì)在 CRT上顯示伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)載、過(guò)熱或過(guò)電流的報(bào)警, 或在電氣柜的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元上, 用指示燈或數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)單元過(guò)載、過(guò)電流等信息。
故障現(xiàn)象: 某配套 FANUC  0M系統(tǒng)的數(shù)控立式加工中心, 在加工中經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)載報(bào)警, 報(bào)警號(hào)為434 , 表現(xiàn)形式為Z軸電動(dòng)機(jī)電流過(guò)大, 電動(dòng)機(jī)發(fā)熱,停上 40 m in左右報(bào)警消失, 接著再工作一陣, 又出現(xiàn)同類報(bào)警。分析與處理過(guò)程: 經(jīng)檢查電氣伺服系統(tǒng)無(wú)故障,估計(jì)是負(fù)載過(guò)重帶不動(dòng)造成。為了區(qū)分是電氣故障還是機(jī)械故障, 將 Z 軸電動(dòng)機(jī)拆下與機(jī)械脫開(kāi), 再運(yùn)行時(shí)該故障不再出現(xiàn)。由此確認(rèn)為機(jī)械絲杠或運(yùn)動(dòng)部位過(guò)緊造成。調(diào)整 Z 軸絲杠防松螺母后, 效果不明顯, 后來(lái)又調(diào)整 Z 軸導(dǎo)軌鑲條, 機(jī)床負(fù)載明顯減輕,該故障消除。
   回參考點(diǎn)故障:機(jī)床回參考點(diǎn)常見(jiàn)故障一般可分為找不到參考點(diǎn)和找不準(zhǔn)參考點(diǎn)兩類。前一類故障主要是回參考點(diǎn)減速開(kāi)關(guān)的信號(hào)或零標(biāo)志脈沖信號(hào)失效 (包括信號(hào)未產(chǎn)生或在傳輸中丟失 ) 所致。排除故障時(shí), 先要搞清機(jī)床回參考點(diǎn)的方式, 再對(duì)照故障現(xiàn)象來(lái)分析, 可先檢測(cè)機(jī)床外部的擋塊和參考點(diǎn)開(kāi)關(guān), 觀察 CNC系統(tǒng) PLC接口 I/O狀態(tài)指示信號(hào); 再檢測(cè)編碼器的零標(biāo)志脈沖信號(hào)。后一類故障往往是參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)擋塊位置設(shè)置不當(dāng)引起的, 只要重新調(diào)整擋塊位置即可。故障現(xiàn)象: 某一數(shù)控車床回零時(shí), X 軸回零動(dòng)作正常 (先正方向快速運(yùn)動(dòng), 碰到減速開(kāi)關(guān)后, 能以慢速運(yùn)動(dòng)) , 但機(jī)床出現(xiàn)系統(tǒng)因X 軸硬件超程而急停報(bào)警。此時(shí) Z軸回零控制正常。分析與處理過(guò)程: 根據(jù)故障現(xiàn)象和返回參考點(diǎn)控制原理, 可以判定減速信號(hào)正常, 位置檢測(cè)裝置的零標(biāo)志脈沖信號(hào)不正常。產(chǎn)生該故障的原因可能是來(lái)自X 軸進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的編碼器故障 (包括連接的電纜線)或系統(tǒng)軸板故障。因?yàn)榇藭r(shí) Z軸回零動(dòng)作正常, 所以可以采取交換方法來(lái)判斷故障部位。交換后, 發(fā)現(xiàn)X 軸回零操作正常而 Z軸回零報(bào)警, 則判定故障在系統(tǒng)軸板。最后更換軸板, 機(jī)床恢復(fù)正常工作。
  伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn):數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元除了速度信號(hào)外, 還有使能控制信號(hào)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí), 需要檢查以下幾個(gè)項(xiàng)目:

( 1) 檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出;

( 2) 檢查使能信號(hào)是否接通, 通過(guò) CRT觀察I/O狀態(tài), 分析機(jī)床 PLC梯形圖, 以確定進(jìn)給軸的啟動(dòng)條件, 如潤(rùn)滑、冷卻等是否滿足;

( 3) 對(duì)帶電磁制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機(jī), 應(yīng)檢查電磁制動(dòng)器是否釋放;
( 4) 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障;

( 5) 伺服電動(dòng)機(jī)故障。

故障現(xiàn)象: 一臺(tái)配套 FANUC 0 M 系統(tǒng)的加工中心, 機(jī)床起動(dòng)后, 在自動(dòng)方式運(yùn)行下, CRT顯示 401號(hào)報(bào)警。分析與處理過(guò)程: FANUC 0 M 出現(xiàn) 401號(hào)報(bào)警的含義是  軸伺服驅(qū)動(dòng)器的 VRDY 信號(hào)斷開(kāi), 即驅(qū)動(dòng)器未準(zhǔn)備好。根據(jù)故障的含義以及機(jī)床上伺服進(jìn)給系統(tǒng)的實(shí)際配置情況, 維修時(shí)按下列順序進(jìn)行了檢查與確認(rèn):
( 1) 檢查 L /M /N軸的伺服驅(qū)動(dòng)器, 發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)指示燈 PRDY、VRDY均不亮。
( 2) 檢查伺服驅(qū)動(dòng)器電源 AC l 00V、AC l 8V均正常。

( 3) 測(cè)量驅(qū)動(dòng)器控制板上的輔助控制電壓, 發(fā)現(xiàn) ∀ 24 V, ∀ 15 V異常。根據(jù)以上檢查, 可以初步確定故障與驅(qū)動(dòng)器的控制電源有關(guān)。仔細(xì)檢查輸入電源, 發(fā)現(xiàn) X 軸伺服驅(qū)動(dòng)器上的輸入電源熔斷器電阻大于 2 M
, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出
規(guī)定值。更換熔斷器后, 再次測(cè)量直流輔助電壓, ∀ 24 V、∀ 15 V 恢復(fù)正常, 狀態(tài)指示燈 PRDY、VRDY 均恢復(fù)
正常, 重新運(yùn)行機(jī)床, 401號(hào)報(bào)警消失。
  振動(dòng):當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生振動(dòng)故障時(shí), 要分析機(jī)床振動(dòng)周期是否與進(jìn)給速度有關(guān):
( 1) 如果與進(jìn)給速度有關(guān), 振動(dòng)一般與該軸的速度環(huán)增益太高或速度反饋故障有關(guān);
( 2) 如果與進(jìn)給速度無(wú)關(guān), 振動(dòng)一般與位置環(huán)增益太高, 或位置反饋故障有關(guān);
( 3) 如振動(dòng)在加減速過(guò)程中產(chǎn)生, 往往是系統(tǒng)加減速時(shí)間設(shè)定過(guò)少造成的。
故障現(xiàn)象: 一臺(tái)配套 FANUC 6 M 的加工中心,在機(jī)床搬遷后, 首次開(kāi)機(jī)時(shí), 機(jī)床出現(xiàn)劇烈振動(dòng),CRT顯示 401、430報(bào)警。分析與處理過(guò)程: FANUC 6 M 系統(tǒng) CRT上顯示401報(bào)警的含義是  X、Y、Z等進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)器的速度控制準(zhǔn)備信號(hào) ( VRDY信號(hào) ) 為 OFF狀態(tài), 即: 速度控制單元沒(méi)有準(zhǔn)備好; ALM 430報(bào)警的含義是停止時(shí)Z軸的位置跟隨誤差超過(guò)。根據(jù)以上故障現(xiàn)象, 考慮到機(jī)床搬遷前工作正常, 可以認(rèn)為機(jī)床的劇烈振動(dòng), 是引起 X、Y、Z等進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)器的速度控制準(zhǔn)備信號(hào) (VRDY信號(hào)) 為 OFF 狀態(tài), 且 Z 軸的跟隨誤差超過(guò)的根本原因。分析機(jī)床搬遷前后的最大變化是輸入電源發(fā)生了改變, 因此, 電源相序接反的可能性較大。檢查電源進(jìn)線, 確認(rèn)相序連接錯(cuò)誤; 更改后, 機(jī)床恢復(fù)正常。
  位置誤差:當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過(guò)位置允差范圍時(shí), 數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生位置誤差過(guò)大的報(bào)警, 包括跟隨誤差、輪廓誤
差和定位誤差, 主要原因有:

( 1) 系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍過(guò)小;

( 2) 伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng);

( 3) 位置檢測(cè)裝置有污染或損壞;

 ( 4) 進(jìn)給傳動(dòng)鏈累計(jì)誤差過(guò)大;

 ( 5) 主軸箱垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡裝置不穩(wěn)。
故障現(xiàn)象: 某配套 FANUC 6 M系統(tǒng), DC20 /30型直流 P WM 驅(qū)動(dòng)的臥式加工中心, 在自動(dòng)加工過(guò)程中, 偶然出現(xiàn) ALM401、ALM421報(bào)警。分析與處理過(guò)程: ALM 401是X、Y、Z等進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的速度控制單元的準(zhǔn)備信號(hào) ( VRDY信號(hào) ) 為 OFF狀態(tài), 即伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有準(zhǔn)備好;ALM 421是 Y軸位置跟隨超差報(bào)警。由于故障偶爾出現(xiàn), 初步判定 CNC與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身無(wú)損壞; 據(jù)操作人員反映, 在機(jī)床手動(dòng)、回參考點(diǎn)工作時(shí), 均無(wú)報(bào)警, 分析電纜連接不良的可能性亦較小。為了確定故障原因, 維修時(shí)對(duì) Y軸編制了空運(yùn)行試驗(yàn)程序, 經(jīng)多次試驗(yàn)確認(rèn): 故障多在快進(jìn)起動(dòng)與停止時(shí)出現(xiàn), 發(fā)生故障時(shí), 速度控制單元上 HVAL報(bào)警指示燈亮, 表明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在過(guò)電壓。測(cè)量速度控制單元輸入電源, 發(fā)現(xiàn)輸入電壓正確; 檢查直流母線上的制動(dòng)電阻、斬波管均未損壞, 初步判定故障是由于機(jī)械負(fù)載過(guò)重引起的。由于該機(jī)床 Y軸采用了液壓平衡系統(tǒng), 分析機(jī)械負(fù)載過(guò)重可能與平衡液壓缸的壓力調(diào)節(jié)有關(guān), 進(jìn)一步檢查液壓系統(tǒng), 發(fā)現(xiàn)平衡壓力調(diào)整過(guò)低; 重新調(diào)正平衡系統(tǒng)壓力后, 故障現(xiàn)象消失, 機(jī)床恢復(fù)正常。