数控机床故障分析与维修

第7章进给伺服系统的故障分析7.1进给伺服系统的类型特点7.2伺服系统故障分析的一般思路7.3伺服系统软件报警故障成因与分析处理7.4伺服系统硬件报警的分析7.5伺服系统无报警故障的实例分析7.6刀架与刀库故障的实例分析7.7与CRT显示相关的故障现象与实例分析第1页，共292页。7.1进给伺服系统的类型特点

用对比的方法，来了解不同类型伺服系统的基本组成、结构特点与工作原理，是“据理析象”分析伺服系统故障的基础。进给伺服分类按照控制特点，伺服系统可以分成(见图7.1.1)闭环伺服系统与开环伺服系统。

第2页，共292页。图7.1.1进给伺服系统按控制的闭合性分类

第3页，共292页。普通型开环伺服系统开环伺服系统可以分成：普通型与反馈补偿型。普通型伺服系统又可以分成串行型与平行型。串行型与平行型的工作原理相同，其控制流程图如图7.1.2中上部所示。两个系统(见图7.1.2下部)的主要区别在于控制器不同。串行型采用环行分配器，而平行型采用的是编程器接口。这类伺服系统中，脉冲分配器的失效与驱动器中大功率器件的失效是常见故障成因。

第4页，共292页。图7.1.2普通型开环伺服系统组成框图与工作原理

第5页，共292页。反馈补偿型开环伺服系统反馈补偿型开环伺服系统，实际上是在普通型开环伺服系统上增加了位置误差反馈补偿功能。从它的系统框图(如图所示)上可见，该系统的组成特点是：主控链路上，以脉冲混合器代换了脉冲分配器；反馈链路由数字正弦/余弦信号发生器、感应同步器、整形电路与电压频率变换器组成。位置误差，是由反馈回路获得并且转换成变频脉冲后，反馈给脉冲混合器的。反馈的变频脉冲与指令脉冲叠加，对控制脉冲数进行了补偿。第6页，共292页。虽然系统组成中采用了具有感应同步器的位置反馈回路，但是与全闭环不同，这个位置环的功能是作位置误差的反馈补偿的，而不是作位置反馈控制的。这类伺服系统中，感应同步器的污染与位置的精确与安装的稳固、反馈电路与电缆连接等问题，又是普通型开环伺服系统所不具有的故障成因。(在以后的系统框图中，将省略电源供给，但是分析时仍然不可忘记电源供给问题！)第7页，共292页。通常，按位置环中位置检测传感器(简称“测位器”)放置位置的不同，闭环伺服系统可以分成半闭环型与全闭环型。按位置环控制信号不同，闭环系统还可以分成幅值型比较式、相位比较式与脉冲比较式三种类型。

第8页，共292页。图7.1.3位置误差反馈补偿型开环伺服系统

第9页，共292页。电流内环速度环位置环实际上，闭环涉及的不只是双环，而是“三环”伺服系统。除了数字式控制器外，一般“电流环”是隐含在伺服单元中的“内环”。“双环调速系统”是指电流内环与速度外环。电流内环是不可忽略的环节。电流内环的反馈补偿调节电流控制驱动单元的整流器的电压输出，从而控制伺服电机的电枢电流大小，使得轴运行速度具有良好的静态与动态特性：当速度指令为阶跃信号时，电流调节器输出其最大饱和值，使电机电枢电流最大而能在加速过程中保持最大转矩和最大速度，从而缩短了启动与制动时间；当运行中电网不稳或欠压时，反馈电流减小而使电流调节器输出立即增大。

第10页，共292页。半闭环型伺服系统，又分别有三种：反馈补偿型、数字式软件控制型与普通型。反馈补偿型半闭环伺服系统(如图所示)的特点：指令信号与反馈信号，都是脉冲信号(所以，是一种脉冲比较型伺服系统)。

第11页，共292页。图7.1.4反馈补偿型半闭环伺服系统

第12页，共292页。从系统组成上看，半闭环型伺服系统与普通型还有三个不同特点：

·

它的速度反馈与位置反馈信号都进入脉冲混合器中，与CNC指令信号进行叠加。叠加后的脉冲信号经误差寄存器内的分配而成为分配脉冲信号。再经数/模转换而成矩形波控制信号。·

速度环中由于采用了旋转变压器(图中R)作为测速传感器，因此，其组成上与普通型伺服系统的不同：需要正弦/余弦励磁信号输入、并将输出的误差电压信号变换与整形后转换为频率信号。

第13页，共292页。

·位置环中，采用了感应同步器或磁尺为位置检测传感器，安装在工作台位置。这种安装方式与全闭环相同。它的位置环反馈，仅作位置误差补偿而不作位置反馈叠加控制。位置误差补偿回路组成及补偿作用，与开环伺服系统中的反馈回路作用相同。

第14页，共292页。数字式软件控制型伺服系统数字式软件控制型伺服系统(如图7.1.5所示)，其特点是：·

数字控制器接受CNC(主机)的指令信号，同时完成三个环(电流环、速度环与位置环)的反馈控制，输出控制信号。·

数字控制器具有的I/O接口装置包括了不同类型输入信号的测量与输出控制信号：

第15页，共292页。①

来自脉冲编码器(即脉冲发生器)的同一脉冲信号，进入控制器后分别进入I接口的位置反馈电路与速度反馈电路，尔后成为位置反馈信号与速度反馈信号，馈入控制器内各自的控制单元。②电流检测元件(这里采用了霍尔元件)检测的电流信号，经滤波放大环节后，经控制器电流测量输入回路，再反馈到控制器的电流控制单元。如果电流控制单元不是数字式，放大后的数字电流信号则还需要进行D/A转换变成模拟电流信号。③数字控制器将CNC的指令脉冲与反馈脉冲叠加而成的控制脉冲信号作为控制信号输出。控制信号经调制器变为脉宽调制信号，并进行功率放大后来控制电机。

第16页，共292页。图7.1.5数字式半闭环软件控制型伺服系统

第17页，共292页。普通半闭环伺服系统在实际应用中，较多见的是普通半闭环伺服系统。普通半闭环伺服系统，又可以按反馈信号接受与处理环节的不同而分成四类：

第18页，共292页。图7.1.6伺服单元处理双环的半闭环伺服系统

第19页，共292页。(例如：三菱的MR-J2伺服放大器、FANUC0D与SINUMERIK810D等系统的伺服放大器)CNC直接处理的双环伺服系统(见图)。实际上是一种数字式控制型系统。

图7.1.7CNC直接处理双环的半闭环伺服系统(例如：FANUC伺服进给系统)第20页，共292页。伺服单元中转后由CNC处理位置环的伺服系统(见图)。

图7.1.8伺服单元中转位置反馈信号的半闭环伺服系统(例如：三菱MR-J2伺服单元的连接方式)第21页，共292页。（d）位置环与速度环由CNC与伺服单元分别处理的半闭环伺服系统(见图)。

图7.1.9CNC与伺服单元分别处理的半闭环伺服系统

第22页，共292页。系统中，具体速度环与位置环的控制信号与反馈信号类型，取决于测速传感器与位置传感器类型。作为辅助装置的制动装置，它们又与伺服系统紧密相关。具体制动装置与保护装置又由设备情况而定。

半闭环系统的另外两种型式是：幅值比较式(见图)与相位比较式(见图)。

第23页，共292页。图7.1.10幅值比较式半闭环伺服系统

第24页，共292页。图7.1.11相位比较式半闭环伺服系统

第25页，共292页。全闭环也有三种类型：脉冲比较式、幅值型比较式与相位比较式。

脉冲比较式全闭环伺服系统，也可以分成全部由CNC直接处理的双环伺服系统与分别处理的双环伺服系统。它们的系统框图，只要将图～图中的脉冲编码器改为光栅或磁尺，并且安装位置定于工作台旁即可。

第26页，共292页。对于幅值比较式与相位比较式闭环伺服系统，需要了解：①半闭环位置传感器采用的是旋转变压器，而全闭环采用的是感应同步尺。②

它们的安装位置不同：旋转变压器可在电机内或在电机旁安装，而感应同步尺是安装在工作台旁的。

第27页，共292页。③

旋转变压器从转子正弦绕组获得感应电势，而感应同步尺从定尺上获取。于是，可以方便地从半闭环系统框图去获知全闭环系统框图。只要将图中的旋转变压器改为感应同步尺，安装位置定于工作台旁，并将转子绕组与定子绕组分别改成动尺与定尺，就可以获得幅值比较式全闭环伺服系统的系统框图。同样方法，可从图获得相位比较式全闭环伺服系统的系统框图。

第28页，共292页。通常人们认为：全闭环与半闭环的主要差别，在于它们的位置检测传感器放置位置的不同。半闭环的位置检测是在伺服电机位置，而全闭环的位置检测是在工作台，所以检查结果的误差中包含了机械传动误差。而且，由于全闭环位置检测的传感器安装在与工作台联动的辅助构架上，在日常生产中容易被污染或碰撞松动或移位，导致位置超差或位置检测的失效。需要指出：这种位检传感器位置差别的比较，仅对普通型半闭环而言是成立的，对于反馈补偿型半闭环中位置传感器安装及其可能存在的问题，却是与全闭环的类同的。所以，分类只是为了搞清控制的差异。

第29页，共292页。按照伺服电机不同，伺服驱动系统又可以分成两大类：直流电机伺服系统与交流电机伺服系统。其中，交流电机伺服系统较多采用交流同步电动机。这种分类方法，在于区分速度控制方式与驱动方式的不同。在图分类图中，加注了由直流电机结构特点而可能出现的故障；用变体字方式突出了不同伺服系统的主要组件——它们可能成为伺服系统故障的成因。所以，在诊断分析中采用“先一般后特殊”原则时，应该先予以考虑。

第30页，共292页。图7.1.12伺服系统按进给驱动伺服电机分类

第31页，共292页。图注：*

整流桥(SCR)：三相全控桥式反并联整流电路。其中，整流管易被击穿，造成短路。**可控硅(也称为晶闸管)是大功率管。其控制角，也称为触发角。大功率管易被击穿，造成短路。同样，在PWM的开关放大器中大功率晶体管的损坏也往往是故障成因。***由闭环控制原理，速度环也要求负反馈。接线错误(接成正反馈)，会导致飞车。测速器的(元件损坏或污染等)失效或安装不良、反馈回路装置故障或接触不良、电缆断线或屏蔽接地不良而受电磁干扰等，会导致失步、加工误差大、振动与噪声大、延时过长导致的停机、频繁停机等故障。****交流伺服系统中，最多采用的是变频调速。其中，变频器故障又是交流伺服系统的常见故障。永磁体的退磁与脱落又是常见故障。

第32页，共292页。图7.1.13晶体管PWM控制直流调速伺服系统

第33页，共292页。图7.1.14晶闸管控制直流调速伺服系统

第34页，共292页。

晶闸管(可控硅)控制永磁式直流调速伺服系统的常见故障成因：·

功率放大器中晶闸管击穿、脉冲编码器故障、测速发电机或直流电机电刷和换向器易磨损、电机内永磁体脱落或退磁。·

电流环中：开环增益过大(超调产生自激振动)或过小；电流环增益超调、相应电位器的漂移。——软件(参数)故障通常可以用调节硬件(电位器)来解决。

第35页，共292页。·

触发脉冲发生器中，移相触发器通过脉冲分配器去触发晶闸管。移相触发器故障，脉冲分配器的脉冲变压器副边串联的二极管和并联的滤波电容器失效，往往成为故障点。

·维修后：重接或替代了不同的生产厂家的电机时，易发生电极极性接反或反馈线接成正反馈的现象，从而出现飞车(runaway)现象。

第36页，共292页。常见的永磁式交流同步电机伺服系统，可以根据速度调节方式的不同而分成两类：无级调速与变频调速。前面闭环伺服系统框图中速度环的速度指令是模拟电压，就是属于电压无级调速控制型的伺服系统。变频调速，是由变频器为交流电机提供变频电源(电压的幅值与频率可调的电源)，以改变电源频率来控制电机速度的。图所示为SPWM变频调速的交流电机伺服系统组成框图。

第37页，共292页。图7.1.15SPWM变频调速伺服系统

第38页，共292页。变频器是变频调速的主要环节。常见的变频器有两种：交—交变频器(直接式变频器)与交—直—交变频器。其中，最多应用的是交-直-交变频器，其工作原理如图所示。50Hz的交流经全桥整流而变为“直流”。整流全桥中可控硅大功率管的击穿与失效是常见故障。整流后的“直流”中仍有脉动电流，会降低电源功率因素，并且会有大量高次谐波馈入电网。再生回路，是应用电容滤波——

即吸收网络来吸收这些无功功率，并与电机感应再生电能一起反馈给电网而具有再生机能的回路。再生回路中的电容的失效将导致滤波功能的丧失，可能造成伺服轴启停时的过电压。逆变器，多用PWM型逆变器，也常是导致脱扣的故障环节。若采用晶闸管逆变器，其中晶闸管(即可控硅)也可能出现击穿与失效。

第39页，共292页。图7.1.16交-直-交变频器原理图(幅值与频率可调的)第40页，共292页。常见的还有交流式无换向器的交流电机伺服系统(见图7.1.17)与直流式无换向器的交流电机伺服系统(见图7.1.18)。

图7.1.17无换向器交流同步电机伺服系统

第41页，共292页。图7.1.18无换向器直流式交流同步电机伺服系统

第42页，共292页。7.2伺服系统故障分析的一般思路

故障分析的正确思路，首先是来自于对系统组成及其工作原理的认识。前述各种类型伺服系统框图示意目的，是突出它们各自系统的组成特点——即它们的“个性”。在修前技术准备时，快速查阅技术资料，就应该找出设备的特殊性，以便具体分析时注意这些“个性”——即“注重个性”。面对众多的类型，又需要掌握它们的共同特性，即“归纳共性”。因为，在故障大定位阶段，关心的是共同的、大的独立环节——共性的东西。下面从典型的全闭环伺服系统框图(图7.2.1)出发，来确立一般伺服系统故障的分析思路。

第43页，共292页。图7.2.1中的符号“”——本质上是一个“加法器”。它完成正控制输入信号与负反馈信号的叠加。对应于每个闭环，都有一个加法器。

第44页，共292页。图7.2.1普通全闭环伺服系统的组成框图

第45页，共292页。可以用来简化表示闭环控制。它包含了三条链路。闭环分析时，应该记住这个环节的简化图(见图7.2.2)。每见到这个环节，就应该联想到：谁输出指令，哪里来的反馈信号，控制信号由谁输出以及输出给谁

。

第46页，共292页。图7.2.2闭环的叠加控制环节

第47页，共292页。由图7.2.1可见，闭环伺服系统是由三条链路构成的：

主链，是图中由粗箭头连接的系统。包括了：从面板控制键、主板、伺服控制与驱动单元、伺服电机、传动装置与制动装置，直到工作台或驱动轴等环节。它包括了机械装置与电气装置。如果是数字式伺服单元，电气结构就包括硬件与软件(主要是参数设置)。因此，伺服系统的可能故障，除了机械故障(包括液/气压系统故障)外，其电气结构还可能存在硬件故障与软件故障。

第48页，共292页。

反馈链，三个(闭环的)反馈回路分别具有各自的传感器、反馈信号处理装置以及传感器电源与信号复合电缆。其中，各处理装置，一般都在对应的控制器上。检测传感器的电源供给输入与检测信号的反馈输出，都是经过电缆与控制器上处理器的I/O接口连接的。所以，一般讲反馈回路的硬件包括了检测传感器、连接电缆(包括屏蔽与接地)与控制器反馈接口电路。它们都可能成为伺服系统控制类故障的成因。第49页，共292页。

//控制器容易受各种电磁干扰。由此可以引起控制类故障现象(详见6.4节)：机床不动作、误动作、失控(伺服电机暴走、超程与各种超差、伺服停止时的轴振动)、程序中断、突然停机(多种报警或者无报警停机、过流/过压/欠压/伺服没有准备好等报警)，以及加工误差大等故障现象。//第50页，共292页。

供电链，即供电系统。包括了：保险丝/熔断器、断路器、变压器、滤波器、接触器、继电器、开关电源等。关于供电系统的常见故障，可以详见4.1.3节。各伺服系统电源供给系统的配电方式与器件的组成会有所不同。在第3章中，已要求“读懂电气图”，在节电源故障与电网干扰节中也介绍了共用型与分立型配电方式。常见的是共用型配电(集中供电)方式，一旦供电回路出现故障，各伺服系统都将瘫痪。

第51页，共292页。例如，图3.2.1MNC863T数控车床电源连接框图中：伺服单元的供电系统是：从电网进线→总空气开关(含保险丝)→交流接触器→三相滤波器→空气开关(即断路器)→伺服变压器→伺服电源电源电缆。主控板、面板控制键的供电系统包括了：电网进线→总空气开关(含保险丝)→交流接触器→三相滤波器→空气开关(即断路器)→配电盘变压器→保险丝→直流电源(开关电源)→主板与I/O板电源电缆。其中配电盘变压器到24V电源小板的回路，给主控板及其它继电器接口供电。

第52页，共292页。

不同闭环(电流环、速度环与位置环)，都可采用类似方法分析。伺服系统的故障现象，根据独立单元分析法也可以归结为：不同条件下出现的无输出(不能启动、不能回零、中途停止)、输出不正常(即轴运行不稳定、超差、超程、越位、过冲、飞车等“失控”现象，以及振动与噪声)。

第53页，共292页。正如在2.4节中曾指出的“伺服系统的故障类型，有机械故障：制动与传动部件等的缺陷、磨损、误差过大或间隙过大造成的阻力过大、噪声与振动等，以及液/气压系统故障。也有电气故障：包括了伺服单元本身及其之外的器件及其接线故障。诸如：功率器件、动作开关、继电器、测速发电机、电动机等器件故障，及其器件的连接错误，或连接与接触不良等。如果是数字式伺服单元，除了本身可能存在的硬件故障外，还可能出现软件与参数设置以及操作失误方面的软性故障。”

第54页，共292页。7.3伺服系统软件报警故障成因与分析处理

7.3.1伺服控制系统软件报警的处理与实例分析可将伺服控制系统的软件报警分成两大类。第一类：关于操作出错(例如未初始化)、程序中移位过大、伺服板堆栈溢流/出、内存出错、等待超时等报警。

第55页，共292页。①这些报警，一般是可以用复位法来消除的报警(见4.2节)。但是，有的系统就不能用复位法消除此类报警。例如，FADAL加工中心出现#19轴伺服卡上堆栈溢出是指：存储CPU指令直到执行为止的期间内发生的溢流。所以成因就涉及伺服轴卡或CPU卡等故障。需要运行诊断程序来判断定位。②

如果此类报警反复出现，则需要根据报警内容查看与修改程序或修改参数设置。

③

出现等待超时，不仅与参数设置范围是否合适(在调试阶段)有关，还可能与造成反馈信号传递的阻塞、信道接触不良、污染、阻抗过大或者电机过载或过热保护电器动作将反馈输入信号短接等硬件故障有关。

第56页，共292页。例如，FADAL系统的#16循环测试等待超时，是在允许的时间内未检测到分解器的零脉冲故障。与分解器没有响应或伺服电机过热有关。(伺服电机过热或振动，造成由过零脉冲发生器不能产生1Hz的信号，或该信号不能有效传递到伺服控制器，导致控制器在规定的时间4～10 s内接收不到该信号。)需要查电机是否过热、查分解器板上电机接口的温度保护开关是否动作而使分解器反馈输入对地短接，以及检查分解器的跳码(Jumper)连接是否正确等。若是伺服电机过热，必须查明成因，并等待电机冷却后方可再启动。因此，必须了解系统报警的具体内容与相关成因。如果一概而论、一见软件报警就采用复位法，可能导致扩大故障的后果(见4.2节的注意事项)。

第57页，共292页。第二类：进给保持、伺服单元没有准备好、伺服放大器故障、转速指令未到达伺服板，或连接故障、过大幅值(表明幅值测量失效)、伺服电机过载(无论是待机时、点动时、手动时、空运行时)、电机故障、飞车组态等软件报警。这些PLC报警，实际涉及的可能是硬件故障。

第58页，共292页。

1.CRT显示“进给保持”

CRT显示“进给保持”时，控制面板上进给保持灯必定点亮，“进给保持”键必定压合，所有的进给轴都不可启动。对于CRT上显示“进给保持”的软件报警信息，涉及的故障成因可以是软性也可以是硬性故障。因此，首先应该进行故障类型判别。——先检查该键能否释放？如可，释放之，按JOG键，手动将轴移开现位将轴返回，以保证无危险后，才可重新启动轴。如果该键不可释放，可利用调用参数设置画面了解相关参数设置(主链中：急停、进给保持与制动释放等)是否有误。调用自诊断实时状态画面，应该先检查有关信号实时状态是否正常。采用接口信号分析法进行故障大定位。如果实时状态参数不正常，检查相关开关或器件是否良好。如果器件良好，则应该检查信号反馈回路以及接口电路(可以参见图的判别流程图)。

第59页，共292页。

2.有关“伺服单元未准备好”报警信息

例

FANUC-7M系统某数控机床，CRT显示“07-VelocityUnitNotReady”，伺服不能启动。修前技术准备查07号软件报警内容是“速度单元未准备好”。CNC直接处理双环的半闭环伺服系统(如图7.1.7)。

机床有三个伺服轴系。修前调查

无其它任何报警。电网、环境与外观都正常。

第60页，共292页。据理析象

故障特征：软件报警。故障大定位：CNC侧。系统能报警，表明CNC主控装置完好。报警内容未给出伺服轴系。三轴速度环同时都坏而不能报警的可能不大。主控板上三个反馈接口同时故障也不太可能，除非反馈输入板供电问题或线路板问题。最可能的故障类型：参数故障。罗列成因

按照这里CNC软件报警输出与其输入有关：反馈输入板供电问题或线路板问题、参数输入问题。最可能故障成因：参数问题。

第61页，共292页。确定步骤与方法先软后硬查参数设置是否正常，以判断故障类型。如否→查RAM电池回路。如是→，查反馈输入板供电问题→查线路板问题。参数检查法：调出参数设置画面，PC参数已全部丢失。参数丢失成因：查知RAM电池接触不良而失电，而造成参数丢失。排除故障用砂纸与无水酒精重新清洁插座，装好电池。系统上电，重新输入参数。报警消除，故障排除。第62页，共292页。例

FANUC-6系统老数控机床，CRT显示“07-VelocityUnitNotReady”，伺服不能启动。修前技术准备查07号软件报警内容是“速度单元未准备好”。伺服电机为直流电机，测速器为测速发电机。

修前调查还有，Y轴速度板上TGLS红色报警灯点亮：速度反馈信号断线报警。故障特征：软件报警与Y轴伺服硬件报警。故障大定位：Y轴速度环。外观电缆完好。查制动可轻松释放。手动Y轴电机无明显声响与阻力，故排除机械与直流电机故障可能。

第63页，共292页。据理析象综合软件与硬件报警内容，并参照分析后面的图7.3.1。

故障定位：Y轴速度反馈链。故障类型：硬件故障。罗列成因测速发动机故障未发信号、反馈断线或接触不良或反馈接口不良。确定步骤

先外后内查连接电缆→先一般后特殊查测速发动机磨损故障或污染→查反馈接口。故障点测试检查连线均正常→清洁插头与接头，重新连接好电缆，将另一端接到示波器上→手转动电机时示波器上无电压输出。故障精定位：测速发电机故障。

第64页，共292页。排除故障打开电机，发现严重碳粉污染电机与测速发动机的电枢，是无速度反馈信号输出的成因。用压缩空气吹净碳粉后，以酒精清洗脏的电枢，再开机，故障消除。注意：测速器失修或接触不良会导致无速度反馈信号。应定时清洗电枢，视加工量大小及时更换电刷。上述可见，出现这类软件报警时，需要检查各伺服单元上有无报警显示，以判定是否共同问题。

第65页，共292页。另外的几种情况：·

若各伺服单元无报警，先查参数→用短路销隔离所有伺服轴，上电后若报警依旧，则为主板控制电路或伺服状态判别电路故障。·

·

若隔离伺服轴上电后报警消失，需要判定故障轴→分别隔离各轴，上电看报警是否消失。如果分别隔离各轴后上电都报警依旧→查共同的供电系统与控制电器。

·若某伺服单元有报警显示，例如红灯点亮，可用短路销隔离该轴，上电后若软件报警消失→交换法，判定指令信号电缆与连接是否良好→再用短路销隔离，以确定是否该轴伺服单元故障(一般为伺服保护电路或功率部分故障)。

第66页，共292页。

3.有关“伺服单元异常”或“伺服放大器故障”方面报警信息例

一台FANUC-OM系统立式加工中心。出现#414和#410报警。修前技术准备该系统如图7.1.7所示，速度环也由CNC处理。查知报警内容为：速度控制OFF和X轴伺服驱动异常。修前调查报警出现后能通过重新启动而消除。但在自动方式下每执行到X轴快速移动时就报警。

第67页，共292页。据理析象

故障特征：具有重演性并与X轴快移相关。故障类型：硬件故障。快移动作有关，从而故障大定位：X轴移动电缆及其接点。罗列成因

最可能的故障成因：X轴移动电缆的接点。重演故障与观察检查：快移时，X轴伺服电机电源线插头处相线间拉电弧。插头间的拉电弧引起相间短路，导致速度环自保护电器动作并报警。排除故障

清理搭丝并修整插头。故障排除。

第68页，共292页。例GPM90DB-2型数控曲轴铣床多次程序中断，CRT显示“W轴伺服报警”。

修前技术准备

根据技术资料画出与报警相关的系统框图，如图所示。

第69页，共292页。图7.3.1与W轴伺服报警相关的系统框图

第70页，共292页。修前调查成熟的加工程序。故障特征：软件报警，故障频次高。

报警时，W轴电机停转，滑板处于制动状态(未释放)。据理析象故障频次高，与电器的误动作/不动作、失修卡住或接触性故障有关。报警机理：滑板制动未释放或滞后释放动作，PLC在规定时间内检测到的是“制动未释放”信号状态(如“1”)而输出“W轴伺服报警”。故障大定位：W三条链路中)。故障类型：硬件故障(滑板制动未释放——不动作成因)。

第71页，共292页。罗列成因上面链路内的器件与接线、液压与供电系统故障，以及PLC输出接口电路或中间继电器故障。最可能的故障成因：电磁阀(详见5.7节)与滑板锈死等失效故障。确定步骤(程序中断，一般可以采用PLC程序法)这里，先一般后特殊、先简后繁：

用信号强制输入法查第一条链中电磁阀输出与滑板动作。→信号追踪法向前追查各个环节。信号强制输入法：断开电磁阀原接线，按其电源要求，正常的外接电源输入后，观察其输出动作——不动作。故障定位：电磁阀。

第72页，共292页。故障点测试

万用表测试电磁阀线圈电阻正常。判定电磁阀内机构失效卡住，导致制动不能释放。排除故障

更换电磁阀，故障排除。

第73页，共292页。注意1.程序中断，一般采用PLC程序法。应该查技术资料中PLC的I/O实时状态信号，是否包括了检测流程图中的器件状态。如果没有资料可查，则可以采用画出相关的动作流程图来分析的方法。2.图7.3.1流程图中有两个延时：在T时刻继电器动作指令发出后延时Δt1后，即(T+Δt1)时刻发出运动指令。又必须在延时Δt2内PLC获得W轴伺服状态反馈信号。由于信道传递的堵塞与丢失或反馈链路中的故障，PLC在延时Δt2内没有获得正常的反馈信号，也会发出类似的报警而中断程序。在Δt1内，未完成制动释放，但是伺服已获得运动指令来驱动W轴电机。于是电机过载报警装置必定报警——反馈通知PLC而中断程序。即如本例情况，延时间隔过长，下一个动作已跟上而出现动作阻塞或过载现象。系统报警只给出了笼统的概念——故障大定位于W轴伺服系统。3.思考一下：假如报警时检查滑板制动已释放，故障成因会有哪些？第74页，共292页。

例

A980MC系统T30加工中心，手动运行Y轴时CRT出现“驱动失败”报警。修前技术准备了解到系统采用测速发电机与光栅尺测位器、电磁阀与液压抱闸系统。机械传动是Y轴电机通过同步皮带与滚珠丝杠连接的。可以勾画与Y轴运行相关的系统框图(如图7.2.1所示)及报警相关的系统框图(类似图7.3.1，但增加一条位置反馈信号链，并延时T3＞T2)。据理析象

按报警机理，制动未释放或释放延时、无速度/位置检测反馈或反馈延时、反馈装置接口不良、传动阻力过大等都可以导致停机报警。

第75页，共292页。现场工作启动液压后，手动Y轴时液压自动中断而出现报警。常规外观检查与液压保护电器都正常。无硬件报警。可启动液压表明制动可释放。先机后电思路，手动去除液压抱闸并去除同步皮带后，手扳动丝杠感吃力。故障类型：机械故障。故障大定位：机床侧丝杠传动系统。可能成因：丝杠负载阻力过大：轴承故障或松动移位。

第76页，共292页。故障点测试检查丝杠前轴承座正常。检查丝杠下轴向推力轴承座时发现轴承座紧固螺母松动并且已压于闸瓦上。这是手摇丝杠费力的原因。该轴向轴承座松动导致滚珠丝杠上下窜动，造成电机转动时丝杠空转而轴未移动。光栅尺未能检测到移动信号，在T3内无位置反馈信号给位控板而发出的报警并停机。故障处理

紧固松动的螺母后丝杠不再窜动，故障排除。

第77页，共292页。例

T-30加工中心，CRT显示19085号报警，伺服不能启动。修前技术准备查报警内容为伺服驱动故障。未清楚是哪一伺服轴的故障。主控板上的伺服反馈接口有短路销，可用于短接伺服输入。B轴和Z轴为两个完全相同配置的伺服系统，集中供电系统。

第78页，共292页。修前调查各伺服驱动器上显示正常，无任何报警。——排除了总线控制与电源输入、伺服驱动与电机故障的可能。先公后专查伺服系统集中供电的三相交流电源与DC225V，正常。——排除了电源输入故障的可能。机床外观无异常。操作正常。画出与报警相关系统框图(见图7.3.2)与闭环控制系统框图(见图3.4.1)。

第79页，共292页。图

与报警相关的系统框图

第80页，共292页。据理析象

故障特征：软件报警。表明CNC/PLC主控装置完好。报警机理：启动自诊断检测伺服接口故障状态的PLC报警。(见例7.3.4)首要问题是：故障大定位于NC侧还是机床侧。其次：如是机床侧，定位于哪一伺服轴系故障。再次：伺服不能启动，先查其输入：供电链路故障可能已排除。第81页，共292页。主链：正输入：来自CNC主控板的指令信号与参数设置正常？负输入：来自电机与传动/制动的阻力即负载效应？反馈链：负输入正常？

故障类型：硬件故障。

第82页，共292页。罗列成因主控板侧：PLC输入板上相应伺服反馈口或相应PLC输出板口故障。总线装置、电缆或接插排故障。 机床侧：主链中，负输入为制动未释放。反馈链路中，测位器、反馈电缆与插口或伺服单元故障。(可参见例中有关信号的逻辑状态)

第83页，共292页。确定步骤与方法

短路销法(隔离所有的伺服轴)进行故障大定位，确定是否机床侧故障。 →如是，再用短路销法判定(故障定位)故障轴系。 →先一般后特殊“故障精定位”，查故障轴各移动电缆及其连接。 →如否，查制动装置与反馈链。

(因为如果某伺服驱动单元有硬件故障、电机故障会报警。没有其它报警，先不查。如果参数混乱应该有多个报警、不是调试阶段一般不会有参数设置问题，先不查。)

第84页，共292页。短路销法①将主控板上位置环反馈接口的B与Z轴短路，系统上电，报警消除。  表明：主控板反馈接口完好。故障大定位：机床侧。②停电，取消Z轴短路销，B轴仍短路，系统上电，仍无报警。  表明：Z轴伺服完好。③停电，再取消B轴短路销，系统上电后出现报警。故障定位：B轴伺服驱动系统。查B轴制动电缆与反馈电缆，发现：B轴制动电缆外皮已磨破。

第85页，共292页。故障点测试万用表测试该制动电缆。故障精定位：制动电磁阀控制线断线故障。为排除其它可能故障，先再将Z轴短路，将Z轴制动电缆与反馈电缆代替B轴的(替代法)。上电后也不报警。确定故障成因：B轴制动电磁阀控制电缆断线而不能释放，导致编码器无动态位置反馈信号输出而报警。排除故障

更换新电缆，故障排除。

第86页，共292页。//注：(1)本案例突出短路销法的使用。先故障大定位、先一般后特殊、先简后繁等原则，可以提高诊断效率。原实例的诊断步骤为：(备件替代法)替代驱动器控制板和通道测量板后故障依旧→短路销法判出B轴系故障→(交换法)B轴和Z轴的功率输出板互换后Z轴运行正常，排除功率输出板故障→检查B轴电机和编码器时发现B轴制动电磁阀控制线磨断……

第87页，共292页。(2)本例，可以像例3.4.1那样采用接口信号分析法直接定位。//全数字伺服系统关于“伺服放大器故障”的报警是较详细的。例如FADAL加工中心有X/Y/Z三个坐标轴，还有三个转动轴。由短路销/跳码(JUMPER)设置来选择轴系的连接。CRT显示“AMPLIFIERFAULTONAXIS”(伺服放大器故障)，是检测应该启动的轴伺服放大器处于未启动状态时发出的PLC报警。如果A轴参数已设置而跳码未设置，会出现同样报警。根据TROUBLESHOOTING的指南，再结合诊断的基本原则，诊断思路可归结为如图所示的判别流程图。

第88页，共292页。图7.3.3伺服放大器故障的判别流程图

第89页，共292页。从该判别流程图上可以得到一些启示：Y

报警点≠故障点。

报警点给出了检测点呈故障状态。故障成因：既有“未复位”这样的操作错误与参数设置错误构成的软性故障、跳码设置错误的硬性故障，也包括电缆与器件的硬件故障。伺服放大器故障只是其中的一个可能环节(过载继电器在伺服放大器上、报警号与实时状态对比中可能包括伺服放大器故障——即这里的伺服板)。显然，报警点不是定位的故障点。

第90页，共292页。Y

“归纳共性”主思路——根据工作原理：可以伺服放大器为研究对象(独立单元)，它的反馈输出不正常，先查其输入。(参见图7.2.1)由PLC报警机理可知：(参考图)可以涉及从面板、NC/PLC、伺服放大器到PLC输出板报警链路上的每个环节。

第91页，共292页。因此，应该分析闭环控制三条链路的输入是否正常：

主链：正输入：来自CNC的指令，涉及NC、PLC与总线等。负输入：面板急停，来自电机与传动/制动的阻力即负载效应。反馈链：位置检测传感器→接线与屏蔽信号电缆→反馈接口电路的反馈位置误差信号得负输入。供电链：供电系统的正输入与保护装置动作的切断输入。

第92页，共292页。Y

“注重个性”——例如，急停后伺服放大器与某些继电器是否需要的复位操作、特殊的短路销设置、稳定的供电系统、参数设置与反馈输入信号类型等。——充分的修前技术准备是必要的！Y

操作错误或设置错误，会导致这类报警。数字式伺服放大器处理双环(位置环与速度环)，无反馈误差信号或反馈信号小于可接收极限值时也会出现这类报警。

第93页，共292页。Y

个性与共性结合，罗列可能的故障成因：软件设置与操作失误(软性故障)、主链与反馈链路中组件与电缆连接故障、供电系统内器件与连线故障。输入正常而输出不正常时，才是伺服放大器本身故障。Y充分利用系统的自诊断功能(报警信息、报警号、警灯或指示灯，以及实时信号状态表)，判别故障类型，根据基本原则确定诊断方法。

第94页，共292页。//FADAL加工中心，具有类似数字式半闭环软件控制型伺服系统(见图7.1.5)。伺服控制器包括了三个闭环控制。(但与图不同，测速器与测位器分开。速度控制是模拟控制：速度指令与速度反馈信号都是幅值不超过10V的模拟信号。位置反馈信号是脉冲信号。)主板——CPU板(1400)通过1030板与伺服控制板连接。伺服控制板上有三个槽口，分别安装了三轴的伺服控制器(轴卡)。

CPU卡

轴卡(伺服控制器)

伺服放大器(是功率放大驱动器)

第95页，共292页。#14报警给轴卡的速度指令不正常。包括了移动指令传递的设置未完成而导致的信号传递故障。手册提示了硬件故障的分析思路：查直流电源电压供给：＋5V、＋12V和－12V。若正常→运行CPU与轴系诊断程序，判别是否某轴故障。若是→更换故障轴轴卡，重新再运行诊断程序。若多轴卡故障，更换CPU板或1030板(后面称这一段为功能测试法)。#20报警

速度指令传递故障或缓冲器未设置。手册也只提示了关于通讯故障→功能测试法确定是否将故障定位于轴卡。

第96页，共292页。#3报警跳码逻辑错误、反馈信号丢失(上电时反馈检测时伺服轴控制器没有响应NC)或伺服电机接线错误→(注：短路销法)短接轴卡上相应跳码，使上电时不进行反馈测试与断开负载(伺服电机)。上电，如无飞车→轴卡故障或卡上跳码线路上元件损坏。若飞车→查电机电缆或接线错误。#18报警

伺服放大器掉线(linedown)——轴卡来自放大器的反馈信号或信号电压低于10V。伺服放大器上LSECB若点亮→查机械约束(注：与制动未释放有关)。若不亮→查电缆连接不良？若否→伺服放大器故障。

第97页，共292页。#21报警信道中断不能工作。查信号电缆的连接与屏蔽接地(有噪声)，若完好→更换轴卡。//☆判别流程图中虚框部分的核心是“状态对比”(这部分内容手册上未提及)。需要注意以下两点。一是故障大定位：机床侧/CNC侧→哪个轴系→哪个链路。二是判别故障类型：机/电？而具体涉及的方法包括了：NC与PLC间信号交换法、接口分析法、先一般后特殊地使用测量对比法、隔离体法与信号强制输入法(对编码器)，以及信号追踪法等。(一般说明书上只介绍了短路销法、功能测试法与测量对比法等一些简单方法)。

第98页，共292页。

4.有关“转速指令未到达伺服驱动板”的报警信息例

SIEMENS840C系统PTA160O数控磨床，出现#300300故障报警，伺服不能启动。修前技术准备

查技术手册，报警内容为“A2DRIVELINKOFF”，并提示应检查NC端口到各伺服驱动器驱动总线的连结。

//实际案例现场工作：逐段测量NC到驱动器及驱动器之间的连接电缆未见异常。为故障大定位，拔下设备总线插头并加电重新初始化(等于断开与伺服的连接——隔离体法)，报警依然存在。——走了一段弯路！//

第99页，共292页。罗列成因报警内容给出了故障大定位：主控板与伺服单元间的信号交换、接口电路与总线。伺服不能启动，先查其输入：有无来自主控板的指令信号与参数设置。(由报警指出为主链路问题。又伺服驱动板与主控板共享电源，所以，就忽略了反馈链与供电链。)故障类型：既可以是参数设置的软件故障，也可以是端口电路与总线的硬件故障。

第100页，共292页。确定步骤应该先软后硬查NC参数，再查总线及其接口。调出参数设置画面发现参数丢失。排除故障重新输入参数后，机床报警消失。

//注：1.报警内容是驱动总线连接的硬件故障，实际为参数丢失。又说明：报警点故障点。2.系统自诊断不能替代维修人员的现场调查与分析。如果，先分析罗列成因后，先软后硬查参数，是上策。然后再按自诊断提示进行，有利于提高诊断效率。3.如果具有短路销设置，可采用隔离体法，可用来故障大定位。4.参数丢失，还应该追查成因，否则故障还会重演。//第101页，共292页。

5.有关“伺服超差”、“超程”报警这类软件报警，是位置环故障。故障成因，包括软性故障(操作失误与参数设置失匹)与硬性故障(硬件故障与机械故障)。关于超程报警，前面已有案例，它们是：例

程序中断，瞬间超程报警显示。PLC程序法与信号强制输入法分析判出是+X行程开关连接电缆或接头故障导致的假超程。

第102页，共292页。例6.4.5

运行中＋X超程报警。接口信号分析法，判出是＋X继电器励磁线圈短路，导致的假超程。例

多个超程报警，有编程与操作失误故障史，导致报警软键始终“ON”的假超程报警。参数的临时修改法解除了报警。例

调试阶段回零操作时出现正向移动就出现超程报警。为报警软键始终ON导致的假超程报警。

第103页，共292页。在上述超程报警案例分析中，首先需要判别真/假超程。

真超程与假超程超程报警后，挡块撞及行程开关的是真(硬)超程，未撞及，为假(软)超程。一般做法：手动将机床沿超程的反方向退回，检查确定无危险时，按“复位”键重新启动。若报警依旧，则为假(软)超程。第104页，共292页。超程报警机理，同时包括两类：轴实际坐标超越软限位或超越硬限位行程。

第105页，共292页。关于各类超差报警，前面已有案例，它们是：例

Z轴动差过大报警。接口信号法与信号追踪法判出：编码器与电机间的十字链接块脱落，造成无反馈信号所致。例

X轴超差报警。用逐渐增大Kv，减小跟随误差来排除故障。例

动态跟随误差过大报警。老机床机械磨损使反向间隙增大而使自动漂移补偿超过最大允差。采用参数修改法与调正伺服系统来排除故障。

第106页，共292页。第107页，共292页。分析可见：动差过大的成因包括了电气故障(加工程序或参数设置的软件故障与硬件故障)、机械故障及其环境与电网干扰。

第108页，共292页。例

DYNAPATH10M系统XB408加工中心，在加工过程中出现工作台(B轴)回转落位超差报警。修前技术准备查知B轴为工作台旋转轴，脉冲编码器作为测位器。位控板上反馈接口：是以短路销方式来馈入信号(个性)的。据理析象

故障大定位：位置环。(系统框图略)由超差机理(见例及其“附注”)，先排除加工程序与参数设置问题。但是，不可排除硬件故障、机械定位误差、环境与电网干扰。

第109页，共292页。修前调查环境无干扰源；机床电网与接地正常。外观检查：无明显机械阻力故障。撞块、编码器联轴节及其电缆外观完好无异常。先软后硬查机床参数：CRT上调出参数设置画面，参数均正常。故障类型：硬故障。

第110页，共292页。罗列成因以位控器为研究对象。输出报警，查其输入。·

机柜内电脉冲干扰输入：系统接地不良或电缆屏蔽层接地不良，干扰数字信号。

·

机械定位误差过大输入：回零参照点位置不准、磨损或润滑不良。·

工作指令链路输入不正常：线路或接点故障(因为CNC装置是模块结构)。·

反馈链输入不正常：编码器、电缆及其接点连接故障，短路销设置错误。·位控器本身故障：误差寄存器故障、增益电位器漂移、接口电路故障。

第111页，共292页。确定步骤B轴参照点位置检查。 →重演故障查坐标轴参数与诊断画面状态参数。 →故障追踪与测试。

第112页，共292页。现场工作(1)参照点位置检查与调整：用千分表与其它测试仪器，测得实际工作台回转角度与要求值偏差2～3。重新调整参照点基准位置。第113页，共292页。(2)重演故障：按加工程序进行并观察CRT上坐标轴实时显示。B轴单独运行时正常。移动Z后再回转B轴时报警重演。发现移动Z时：B轴尽管处锁定状态，但B轴还在累加坐标值。(X/Y/Z坐标显示正常。)不该有的“累加”导致超差报警。——故障现象特征：B轴反馈信号有规律的干扰。由坐标值显示说明有B轴编码器反馈信号，不必查诊断画面。故障定位：B轴反馈链路。

第114页，共292页。(3)故障点测试：按照先一般后特殊原则，先查B轴编码器反馈电缆——移动电缆及其接点。

编码器端口，发现电缆屏蔽层接地焊点断开。位控板端口，未接入编码器A、B与Z信号。(注：编码器使用要求同时接入它的六路信号：A、B与Z，A、B与Z。原设计：位控板上短路销断开了B轴编码器的这三个信号。)故障成因：反馈线接线(短路销设置)错误与屏蔽接地不良。

第115页，共292页。排除故障焊好屏蔽接地点；正常短接位控板上短路销，将来自B轴编码器反馈信号正常接入。故障排除，设备恢复正常。有关“过大幅值”的软件报警故障，一般可大定位于反馈链路内的硬件故障。//如例，程序中断，“X模拟输出超限”的软件报警，采用了接口信号分析法故障定位于伺服单元输入接口，最后确定为接触性故障。//第116页，共292页。又如，FADAL加工中心#22报警，内容为：“BADSCALEREADING”提示反馈输入的速度信号幅值超越允许极限。建议：检查反馈信号电缆接线或屏蔽接地，干扰信号的窜入→校正信号幅度(调节伺服控制器上反馈放大处理中的幅值输出电位器)，若无效→查幅值调节器盒内线路板。

第117页，共292页。7.3.2检测系统报警的处理与实例分析

检测元件：在反馈链路中(参见7.1节中的那些系统框图)，测速传感器有：测速发电机、旋转变压器，光电脉冲编码器或脉冲发生器。测位传感器有：光电(脉冲)编码器、光栅磁尺与感应同步器等。它们都是有源电器，需要稳定的电源供给。光电与光栅类传感器的污染、位置传感器的安装松动与移位以及本身性能故障；测速器的碳粉污染(例与例)、失效与松动，可导致失步、噪声与振动。传感器的接线错误或接触不良、信号或电源电缆断线与屏蔽接地不良受干扰等会使检测信号失真或延时，从而导致超程、超差、程序中断等故障。接线错误还可能导致飞车现象等。

第118页，共292页。

反馈处理装置：各反馈链路还包括了反馈信号处理接口环节。在系统框图中分别示以“速度反馈”与“位置反馈”，或“速度反馈处理装置”与“位置反馈处理装置”(例如FADAL系统的脉冲编码器的脉冲处理装置，称作“分解器”)。一般来讲，它们的功能是由各环控制器内进行反馈处理的接口板来完成的。

第119页，共292页。

反馈处理中的参数设置：反馈接口装置中的延时时间、信号增益/倍率、极限值等参数设置，又可能是反馈链中故障的软性成因。例如，FADAL系统上有关检测反馈链路有较全面的报警信息，并在维修手册中提示了主要诊断步骤。从中可以得到相关的故障成因：#1报警无电机反馈。是指在上电时没有检测到来自分解器或编码器的信号(位置监控报警)→查控制器反馈接口跳码连接设置。若正常→测分解器输入端口(即编码器输出是否正常)：用测试相应跳码处电压是否为1.7AC左右。如是→分解器故障。如否→查电源故障。(即位置反馈监控电路故障)(注：即独立单元分析法)第120页，共292页。查电源是否正常：如否→断电，查编码器反馈电缆及其连接完好？如是→断电，查编码器松动或本身故障。#2报警

编码器无应答→断电，查编码器反馈电缆及其连接完好？如是→上电，测分解器输入端口跳码处电压是否为1.7AC左右(手动相应轴，以示波器查测点电压波形)。(注：即强制输入法)第121页，共292页。如是→断电，清扫相应模块线路板(线路板污染问题)。再上电，若报警依旧→分解器故障。如否→断电，查编码器松动或本身故障。#16报警分解器零脉冲检测等待超时。与分解器没响应或伺服电机振动与过热有关。#22报警速度反馈信号幅值超限。与反馈电缆接线或屏蔽接地不良、信号幅度校正不当或幅值调节线路板故障有关。(见7.2节末)(显然，主控板本身故障或其供电不正常、总线与中断控制器等故障也会导致位置监控报警。)第122页，共292页。FADAL的报警信息远不止这些。从报警信息涉及的故障成因可见，包括了反馈链路中的硬件成因：电源电压供给、检测元件(本身、污染及其安装移位与松动)、反馈处理装置及其接口电路、接点设置与接点、接线电缆及其屏蔽接地等。可能的软件成因：反馈链路中的参数设置，伺服环增益参数设置不当(引起的电机自激振动，也将影响反馈脉冲信号的大小与检测)。还有，更换的不同型号编码器的每转线数与原来的不同，需要注意修改相应的参数。故障排除，可采用相应的软件与硬件故障的排除方法。

第123页，共292页。前面谈到有关“等待超时”的报警信息及其可能成因涉及参数设置、干扰与信道阻塞硬件故障。但是，由于反馈信号丢失而造成等待超时，却可能出现的是其它的一些报警信息。例如：例

Z轴动差过大报警是编码器与电机间的十字连接块脱落而无反馈信号所致。例

“轴的实际位置与指令不符”报警是编码器被撞受损造成接触不良而无反馈信号所致。

第124页，共292页。例

开机时位置环报警是主板上ZF反馈接口电路故障而无反馈信号所致。例

机械手不能自动换刀故障的“读禁止”报警是接近开关松动移位而无反馈信号所致。例“速度单元未准备好”故障信息是碳粉污染测速发电机而无速度反馈信号所致。例

“伺服驱动故障”报警是电缆断线制动不能释放而导致编码器无动态馈信号所致。

第125页，共292页。7.3.3过热类报警的处理与实例分析这类报警是PLC报警，可故障大定位于：速度环。报警机理与伺服供电系统保护装置开关的通断动作输出有关(详见第5章)——与这些电器的输入及其本身性能故障有关。并且，数字式伺服系统相关I/O接口或连线故障导致CNC没有接受到保护装置的信号，也会出现此类报警。因此，虽说是软件报警，但涉及内容是硬件故障，不能简单地复位以消除报警，必须查明原因。

第126页，共292页。保险丝熔断一般可由伺服放大器或伺服板上电源指示灯熄灭或不亮来显示失电。全数字式伺服系统由PLC循环检测与状态对比可在CRT上显示此报警信息(如BRK)。伺服系统因无电源输入而无输出(不动作)。检查保险丝管的颜色(见4.1.3节)可判断短路性质(见例4.1.2)。保险丝熔断，表明其负载有过大电流发生。不能简单地换保险丝，必须检查成因。

第127页，共292页。保险丝熔断机理及其成因受载电流检测值>过载电流设定值

保险丝熔断1.保险丝本身质量、型号或容量的选择不合理，安装与接触不良(内因)。2.过大电流输入：失匹控制：速度指令值过大或加/减速频率太高；速度环增益设定过高(参数设置与可调电位器的漂移)，造成过大电流输出或导致高频自激振动；检测元件故障或控制板电源电压过高、过低或不稳定导致的电磁振荡。电网干扰：外电网不稳、操作方法不当(频繁启停动作时瞬间产生大幅感应电流)、低通滤波器或浪涌吸收器失效。负载电器短路：接线错误、变压器相间短路、电机相间短路(加/减速频率太高或扼流圈电流延时过长产生瞬间大电流所致)、驱动单元中大功率管击穿性短路。过载。(负载效应)加工方式不妥：连续的重切削。机械负荷太大：制动不能释放、传动故障或卡死等。电阻抗太大：接线不良、速度环内电器阻抗值的漂移等所致。第128页，共292页。

例

一台引进的旧步进驱动数控车床，一按进给轴启动键，步进驱动器外接保险丝立即熔断，不能运行。修前调查无技术资料，只知为步进开环伺服系统——个性。根据普通型开环伺服系统组成框图(图7.1.2)，查数控装置后接的器件：无编程器装置，故确定此系统为串行型(环行分配器)开环伺服系统。无制动装置，无报警显示，外观与环境正常、电网正常。检查保险丝管：无亮点与严重黑色。故障特征：启动时击穿性短路。

第129页，共292页。据理析象

故障大定位：步进驱动系统。故障类型：硬件故障。罗列成因最易出故障的是功放管的击穿。击穿可能成因：功放管本身质量与连接问题、电源输入或脉冲环行分配器输出不正常。确定方法与步骤

隔离体法与信号追踪法：先公后专查电源回路输出→先一般后特殊查驱动放大器功放管是否短路→信号强制输入法查脉冲分配器。

第130页，共292页。现场工作寻找“短路”成因。①

隔离体法——分别断开脉冲分配器与驱动器的电源输入线。用万用表测试它们的电源输入端对地电阻，都正常。但驱动器输出端电阻过小。②

故障点测试：万用表测得驱动放大器上有一个功放管坏。③信号追踪法来究其成因。追查放大器的信号输入——上一级脉冲分配器的信号输出是否正常。

第131页，共292页。④

信号强制输入法：断开驱动放大器情况下，上电，用手动脉冲发生器(手轮)输入步进脉冲。用多线示波器查脉冲分配器的三个输出点是否按相序先后依次输出。测试结果：三个输出点同时输出信号——正常输入而输出不正常，因此，故障定位：脉冲分配器损坏。排除故障

更换保险丝、脉冲分配器与功放管，故障排除。

第132页，共292页。过流报警

过电流报警几率高于短路报警。过流报警，一般在伺服单元面板或伺服板上点亮过流报警灯。全数字式伺服系统则可在CRT上显示。报警时，伺服轴不动作(突然中止、停止或不能启动状态)。

第133页，共292页。过流报警机理及其成因励磁电流＞极限(整定)电流设定值

开关通断动作1.设置的整定电流过小、过流脱扣器或过流继电器误动作(一启动就报警)。2.过大电流输入：①失匹控制：速度环或电流环参数设置失匹与可调电位器的设置不当。②电网干扰：外电网不稳、操作方法不当(频繁启停动作时瞬间产生大幅感应电流)、低通滤波器或浪涌吸收器失效。③过载(负载效应)：连续重切削、机械负荷太大、电流环中限流电位器漂移，或交流电动机定子绕组限流电阻损坏等。④若同时保险丝熔断——过电流太大，主要查短路成因。因为 过流报警时的过电流极限＜短路电流⑤

印刷线路板不良：驱动模块或速控模块污染、搭丝或损坏。3.软件报警，还与报警链路：PLC、I/O板相应接口电路及其接插件连接与连线有关。第134页，共292页。常见的过流保护装置是过流脱扣器或过电流继电器。列出的报警机理与成因供参考。过流报警的故障诊断步骤，可参考图的判别流程图。由图可见，了解机床所处的不同使用阶段是必要的。

第135页，共292页。图7.3.4过流报警故障判别流程图

第136页，共292页。过热报警伺服电机不同，采用的过热保护电器往往不同，它们的报警机理与成因也有所不同。(需要指出，参数设置失匹产生自激振动，也可能出现电机过热而不报警(见例3.7.2)。)过热报警诊断分析的判别流程，可参考图。

第137页，共292页。过热报警机理及其成因1.直流伺服常用热动开关(热脱扣)(见图5.4.1)：热元件受热形变弯曲

开关脱扣动作特殊性：报警后热元件需充分冷却，立即启动会再报警。2.交流伺服常用热继电器(见5.6节中4)：受载励磁电流＞整定电流值

开关通断动作特殊性：整定电流过小，连接导线过细可导致热继电器误动作。

第138页，共292页。3．过热保护装置报警的共性成因：①

环境温度过高，电箱散热不良，电箱轴流风扇、电机风扇损坏或风道阻塞。②

开关触点阻抗太大、短路或接触不良、机构卡住等导致的误动作。③

速度环增益过高可导致高频自激振动而电机发热。④

操作频率过高、启动时间过长或受强烈的冲击振动可导致电机发热。⑤

线圈绝缘不良/短路、永磁铁失磁或脱落、电刷磨损等可导致电机发热。

⑥失控或过载成因会导致电机过热。

第139页，共292页。图7.3.5过热报警故障判别流程图(1)第140页，共292页。图7.3.5过热报警故障判别流程图(2)第141页，共292页。例FANUC-OTE-A2数控机床，加工中突然停机故障。CRT上#702报警(伺服电机过热报警)。修前调查得知故障特征：加工中，交流永磁体伺服电机过热。按照图7.3.5(a)中电机过热部分：检查保险丝未熔断、无过载报警。电机内热动开关已动作。又按图7.3.5(b)思路，检查并排除了风扇与通风不良成因的可能性。再按图7.3.5(c)思路，手动电机轴：可以转动(制动已释放)，无声响与振动。停止时也无自激振动(系统上电而未启动进给轴时)。(注：这里为了将实际电机过热放在一起分析，可以认为是前续加工停止后再启动时的情况。)第142页，共292页。确定步骤

检查电机绕组绝缘性能→检查是否永磁体去磁。

检查电机绕组绝缘性能：用万用表或兆欧表测量电机绕组与电机外壳之间的绝缘电阻。

 结果：绝缘电阻＜1M。——绝缘不良。清洁电机换向器：用不含水的压缩空气吹电机换向器，吹净碳刷粉末等杂物。再测绝缘电阻正常。但是启动进给后报警依旧。

检查永磁体去磁：按图所示测量回路。并在快速进给条件下测电机转速N。如果满足去磁条件，则表明电机永磁体已去磁。测量结果表明已去磁。

第143页，共292页。排除故障更换电机，故障排除。(将故障电机送修，永磁体重新充磁。)(若再无效，则需要检查绕组内部短路：是否满足正常空载时，电机电流∝转速。)

第144页，共292页。图7.3.6电机去磁检测法

第145页，共292页。例

TC1000型加工中心运行中断停机，CRT上显示的PLCSIMATICS5150S功能异常报警。诊断思路这是PL