数控机床伺服系统故障分析与维修

PAGEI高职部毕业论文作者：学号：专业：班级：题目：指导者：2012天津职业技术师范大学2009届专科生毕业设计（论文）目录摘要 1引言 21数控机床进给伺服系统 31.1数控机床伺服驱动系统的基本组成 31.2伺服系统的结构及分类 31.3进给驱动系统的基本形式 41.3.1开环数控系统 41.3.2半闭环数控系统 51.3.3全闭环数控系统 62伺服系统的故障类型与故障分析 82.1伺服系统的故障类型 82.3数控机床长期不用的维护 252.4结束语 26结论 28参考文献 29致谢 30天津职业技术师范大学2009届专科生毕业设计（论文）摘要此篇论文主要介绍了数控机床伺服系统的组成.分类以及常见故障的分析；数控机床进给伺服系统由进给驱动装置、位置检测装置及机床进给传动链组成,其任务是完成各坐标轴的位置控制,在整个系统中它又包含位置环、速度环；另外，结合具体实例,介绍数控机床进给伺服系统常见故障类型,如超程、过载、回参考点故障、伺服电机不转、振动、位置误差、爬行、漂移等,数控机床是典型机电一体化产品，故障出现的种类和原因很多，其中进给伺服系统故障所占比重较大，文中主要以典型的进给伺服系统故障为例，总结、分析引起伺服系统故障的原因，并提出解决的思路和办法。数控机床能适应不同零件的自动加工，当改变加工零件时，只需改变数控程序，而不用凸轮、靠模、样板、或钻镗模等专用工艺装备。具有生产效率和加工精度高，加工质量稳定的特点。数控机床随加工要求的不同，其形式多种多样，这种多样性一般都是通过机械结构和控制软件体现出来的。就控制部分而言基本上都是相似的；即都是由数控系统PLC控制系统和伺服系统三大部分组成；这三部分任何一个环节出了问题都会影响整台设备甚至整条生产线的正常工作。关键词：数控机床；进给伺服系统；故障分析引言数控机床是现代机械制造工业的重要技术装备，也是先进制造技术的基础技术装备。数空机床随着微电子技术、计算机技术.自动控制技术的发展而得到飞跃发展。目前，几乎所有传统机床都有了数控机床品种。数控技术极大地推动了计算机辅助设计、计算机辅助制造、柔性制造系统、计算机集成制造系统、虚拟制造系统和敏捷制造的发展，并为实现绿色加工打下了基础。数控技术是提高产品质量.提高劳动生产率必不可少的物质手段，它的广泛使用给机械制造生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计。数控技术是制造业实现自动化.柔性化.集成化生产的基础，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。数控技术是国际技术和商业贸易的重要构成，工业发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的重要出口商品，世界贸易额逐年增加。而采用数控技术的典型产品数控机床是机电工业的重要基础装备，是汽车、石化、电子等支柱产业及重矿产业生产现代化的最主要手段，也是世界第三次产业革命的一个重要内容。因此，数控技术及数控装备是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。数控机床也正逐渐成为机械工业技术改造的首选设备。尽管数控数控系统的性能和品质已有了极大的提高，从而保证了数控机床的稳定性和可靠性。但是，数控机床是机电一体化的高度复杂的设备，在使用过程中难免会出现故障，而一些用户对故障又不能及时作出正确的判断和排除，严重制约了数控机床的使用率，影响企业的生产。因此培养掌握数控机床故障诊断与维修技术人员成为当务之急。1数控机床进给伺服系统1.1数控机床伺服驱动系统的基本组成数控机床伺服驱动系统的基本组成如图1-1所示。数控机床的伺服驱动系统按有无反馈检测单元分为开环和闭环两种类型(见数控机床伺服驱动系统分类)，这两种类型的伺服驱动系统的基本组成不完全相同。但不管是哪种类型，执行元件及其驱动控制单元都必不可少。驱动控制单元的作用是将进给指令转化为驱动执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。图1-1数控机床伺服驱动系统的组成1.2伺服系统的结构及分类从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机（如图1-2）。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电动机则按供电大小拖动机械运转。图1-2数控机床伺服系统结构图中的主要成分变化多样，其中任何部分的变化都可构成不同种类的伺服系统。如根据驱动电动机的类型，可将其分为直流伺服和交流伺服；根据控制器实现方法的不同，可将其分为模拟伺服和数字伺服；根据控制器中闭环的多少，可将其分为开环控制系统、单环控制系统、双环控制系统和多环控制系统。考虑伺服系统在数控机床中的应用，本文首先按机床中传动机械的不同将其分为进给伺服与主轴伺服，然后再根据其他要素来探讨不同伺服系统的技术特性。1.3进给驱动系统的基本形式进给驱动系统分为开环和闭环控制两种控制方式，根据控制方式，我们把进给驱动系统分为步进驱动系统和进给伺服驱动系统。开环控制与闭环控制的主要区别为是否采用了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。1.3.1开环数控系统无位置反馈装置的控制方式就称为开环控制，采用开环控制作为进给驱动系统，则称开环数控系统。一般使用步进驱动系统（包括电液脉冲马达）作为伺服执行元件。所以也叫步进驱动系统。在开环控制系统中，数控装置输出的脉冲，经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理，在驱动电路中进行功率放大后控制步进电动机，最终控制步进电动机的角位移。步进电动机再经过减速装置（一般为同步带，或直接连接）带动丝杠旋转，通过丝杠将角位移转换为移动部件的直线位移。因此，控制步进电动机的转角与转速，就可以间接控制移动部件的移动，俗称位移量。图1-3开环控制伺服驱动系统的结构采用开环控制系统的数控机床结构简单（如图1-3），制造成本较低，但是由于系统对移动部件的实际位移量不进行检测，因此无法通过反馈自动进行误差检测和校正。另外，步进电动机的步距角误差、齿轮与丝杠等部件的传动误差，最终都将影响被加工零件的精度。特别是在负载转矩超过输出转矩时，将导致的“丢步”，使加工出错。因此，开环控制仅适用于加工精度要求不高，负载较轻且变化不大的简易、经济型数控机床上。1.3.2半闭环数控系统图4-2所示为半闭环数控系统的进给控制框图。半闭环位置检测方式一般将位置检测元件安装在电动机的轴上（通常已由电动机生产厂家安装好），用以精确控制电动机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动机构，将角度转换成工作台的直线位移，如果滚珠丝杠的精度足够高，间隙小，精度要求一般可以得到满足。而且传动链上有规律的误差（如间隙及螺距误差）可以由数控装置加以补偿，因而可进一步提高精度，因此在精度要求适中的中、小型数控机床上半闭环控制得到了广泛的应用。图1-4半闭环数控系统进给控制半闭环方式的优点是它的闭环环路短（不包括传动机械），因而系统容易达到较高的位置增益，不发生振荡现象。它的快速性也好，动态精度高，传动机构的非线性因素对系统的影响小。但如果传动机构的误差过大或误差不稳定，则数控系统难以补偿。例如由传动机构的扭曲变形所引起的弹性变形，因其与负载力矩有关，故无法补偿。由制造与安装所引起的重复定位误差，以及由于环境温度与丝杠温度的变化所引起的丝杠螺矩误差也不能补偿。因此要进一步提高精度，只有采用全闭环控制方式。1.3.3全闭环数控系统图4-3所示为全闭环数控系统进给控制框图。全闭环方式直接从机床的移动部件上获取位置的实际移动值，因此其检测精度不受机械传动精度的影响。但不能认为全闭环方式可以降低对传动机构的要求。因闭环环路包括了机械传动机构，它的闭环动态特性不仅与传动部件的刚性、惯性有关，而且还取决于阻尼、油的粘度、滑动面摩擦系数等因素。这些因素对动态特性的影响在不同条件下还会发生变化，这给位置闭环控制的调整和稳定带来了困难，导致调整闭环环路时必须要降低位置增益，从而对跟随误差与轮廓加工误差产生了不利影响。所以采用全闭环方式时必须增大机床的刚性，改善滑动面的摩擦特性，减小传动间隙，这样才有可能提高位置增益。全闭环方式广泛应用在精度要求较高的大型数控机床上。由于全闭环控制系统的工作特点，它对机械结构以及传动系统的要求比半闭环更高，传动系统的刚度、间隙、导轨的爬行等各种非线性因素将直接影响系统的稳定性，严重时甚至产生振荡。解决以上问题的最佳途经是采用直线电动机作为驱动系统的执行器件。采用直线电动机驱动，可以完全取消传动系统中将旋转运动变为直线运动的环节，大大简化机械传动系统的结构，实现了所谓的“零传动”。它从根本上消除了传动环节对精度、刚度、快速性、稳定性的影响，故可以获得比传统进给驱动系统更高的定位精度、快进速度和加速度。图1-5闭环数控系统进给控制2伺服系统的故障类型与故障分析2.1伺服系统的故障类型1．超程超程是机床厂家为机床设定的保护措施，一般有软件超程.硬件超程和急停保护三种,不同机床所采用的措施会有所区别。硬件超程为防止在回零之前手动误操作而设置，急停是最后一道防线，当硬件超程限位保护失败时它会起到保护作用，软件限位在建立机床坐标系后(机床回零后)生效，软件限位设置在硬件限位之内。超程的具体恢复方法，不同的系统有所区别，根据机床的说明书即可排除。2．过载当进给运动的负载过大、频繁正反向运动以及进给传动润滑状态和过载检测电路不良时，都会引起过载报警。一般会在CRT上显示伺服电机过载、过热或过流的报警，或电气柜的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过流等信息。3．窜动在进给时出现窜动现象，即在切削过程中，进给谜度应均匀时，突然出现加速现象。产生的原因可能有：测速信号不稳定，如测速装置、测速反馈信号千扰等；速度控制信号不稳定或受到干扰：接线端子接触不良，如螺丝松动等。当窜动发生在由正向运动向反向运动转换的瞬间时，一般是由进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。排除方法是逐一检查上述可能故障点，找到故障确定原因加以排除即可。4．爬行发生在起动加速段或低速进给时,虽然进给电机和丝杆是匀速旋转的,工作台却有可能是一快一慢或一跳一停地运动，这种现象叫做“爬行”现象。一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低以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连接用的联轴器，如连接松动或联轴器本身有缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动和伺服电机的转动不同步，从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象。5．振动当发现某一进给轴振动时，首先要分析机床振动周期是否与进给速度有关。如与进给速度有关，振动一般与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关；若与进给速度无关，振动一般与位置环增益太高或位置反馈故障有关；如振动在加减速过程中产生，往往是系统加减时间设定过小所致。根据上述原因，定位和排除故障。6．伺服电机不转数控系统至进给单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，使能信号是进给动作的前提，可参考具体系统的信号连接说明书。检查使能信号是否接通，通过PLC梯形图，分析轴使能的条件：检查数控系统是否发出速度控制信号；对带有电磁制动的伺服电动机应检查电磁制动是否释放；检查进给单元故障；检查伺服电机故障。目前，闭环或半闭环数控机床常用的伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机两种。直流伺服电机伺服系统要定期对电刷、换向器、测速电机(速度检测装置)电刷进行检查。检查要在数控机床断电，电机完全冷却的状态下进行，步骤如下：（1）取下橡胶刷帽，用螺丝刀拧下刷盖并取出电刷。（2）刷的长度，如FANUC直流电机的电刷由10mm磨损到5mm时，必须更换同型号的电刷。（3）检查电刷的弧形接触面是否有深沟或裂痕，电刷弹簧上有无打火痕迹，如果有，进一步检查电机换向器表面，并分析造成这种情况的原因，比如是电机工作条件恶劣，还是电机本身封闭不良。（4）用洁净的压缩空气导入电刷的刷孔，吹净粘在孔壁上的电刷粉末，如果难以吹净，可以用螺丝刀刀尖轻轻清理，注意不要碰到换向器的表面。（5）重新装上电刷，拧紧刷盖。如果更换了新电刷，应使电机空运行一段时间，以使电刷表面和换向器表面相吻合。（6）检查测速电机时应卸下电机后盖，露出测速电机。（7）检查测速电机电刷长度、连接是否牢固，检查铜头的表面积碳是否严重，如果严重，可使电机在低速时，用金相砂纸清理铜头积碳，之后用螺丝刀刀尖或其他类似工具将铜头槽内的积碳清理掉。交流伺服电机不存在电刷的维护问题，所以称之为免维护电机。但这并不是说交流伺服电机绝对不出故障。交流伺服电机常见故障有接线故障，转子位置检测元件故障，电磁制动故障等。交流电机故障判断方法有：1）电阻测量：用万用表测量电枢的电阻。看三相之间电阻是否一致，用兆欧表检测绝缘状况。2）电机检查：先将机械装置(比如丝杆)与电机脱开，用手转动电机转子，正常时感觉有一定得均匀阻力，如果旋转过程中，出现不均匀的阻力，应更换电机进行确认。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,数控技工培训结合维修实例介绍了位置环和速度环诊断方法。7．位置环故障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，数控技工培训采用两种方法：（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。

8．位置误差当伺服轴运动超过位置允许误差时；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等。9．漂移当指令值为零时，坐标轴仍移动，从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。10．回参考点故障回参考点故障一般分为找不到参考点和找不准参考点两类。前一类故障一般是回参考点减速开关产生的信号或零位脉冲信号失效，可以通过检查脉冲编码器零标志位或光栅尺零标志位是否有故障；后一类故障时参考点开光档块位置设置不当引起的，需要重新调整挡块位置。2.2常见故障典型案例分析1．进给伺服驱动的故障故障现象：（1）一台配套某系统的加工中心，进给加工过程中，发现Y轴有振动现象。为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动方式，用手摇脉冲发生器控制Y轴进给，发现Y轴仍有振动现象。在此方式下，通过较长时间的移动后，Y轴速度单元上OVC报警灯亮；证明Y轴伺服驱动器发生了过电流报警。故障分析：1）电动机负载过重；2）机械传动系统不良；3）位置环增益过高；4）伺服电动机不良，等等。维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服电动机上。卸下Y轴电动机，经检查发现2个电刷中有1个的弹簧己经烧断，造成了电枢电流不平衡，使电动机输出转矩不平衡。另外，发现电动机的轴承亦有损坏，故而引起-轴的振动与过电流。更换电动机轴承与电刷后，机床恢复正常。（2）一台配套某系统的加工中心。轴在运动时速度不稳.由运动到停止的过程中，在停止位置出现较大幅度的振荡，有时不能完成定位，必须关机后，才能重新工作。故障分析：仔细观察机床的振动情况，发现，X轴振荡频率较低，且无异常声。从振荡现象上看，故障现象与闭环系统参数设定有关，如：系统增益设定过高、积分时间常数设定过大等。检查系统的参数设定、伺服驱动器的增益、积分时间电位器调节等均在合适的范围，且与故障前的调整完全一致，因此可以初步判断，轴的振荡与参数的设定与调节无关。为了进一步验证，维修时在记录了原调整值的前提下，将以上参数进行了重新调节与试验，发现故障依然存在，证明了判断的正确性。在以上基础上，将参数与调整值重新回到原设定后，对伺服电动机与测量系统进行了检查。首先清理了测速发电机和伺服电动机的换向器表面，并用数字表检查测速发电机绕组情况。检查发现，该伺服电动机的测速发电机转子与电动机轴之间的连接存在松动，粘接部分已经脱开；经重新连接后，开机试验，故障现象消失，机床恢复正常工作。（3）一台数控铣床，采用FUNAC6M系列三轴一体型伺服驱动器，开机后，X轴工作正常，但是手动移动Z轴，发现在较小范围内，Z轴可以运动，但继续移动Z轴，系统出现伺服报警。故障分析：根据故障现象，检查机床实际工作情况，发现开机后Z轴可以少量运动，不久温度迅速上升，表面发烫。分析引起以上故障的原因，可能是机床电气控制系统故障或机械传动系统不良。为确定故障部位，考虑到本机床采用半闭环结构，维修时首先松开伺服与丝杠的连接，并再次开机实验，发现故障现象不变，故确认报警是由于电气控制系统不良引起；由于机床Z轴伺服带有制动器，开机测量制动器的输入电压正常，在系统、驱动器关机的情况下，对制动器单独加入电源进行试验，手动转动Z轴，发现制动器松开，手动转动轴平稳、轻松，证明制动器工作良好。为了进一步缩小故障部位，确认Z轴伺服的工作情况，维修时利用不同规格的X轴在机床侧进行互换实验，发现换上的同样出现发热现象，且工作时故障现象不变，从而排除了伺服本身原因。为了确认驱动器的工作情况，维修时在驱动器侧，对Z轴的驱动器进行互换实验，即将X轴驱动器与Z轴伺服链接，Z轴驱动器与X轴连接。经实验发现故障转移到X轴，Z轴工作恢复正常；根据以上实验，乐意确认以下几点：1）机床机械传动系统正常，制动器工作良好。2）数控系统工作正常，因为当Z轴驱动器带动X轴时，机床无报警。3）Z轴伺服工作正常，因为将它在机床侧与X轴互换后，工作正常。4）Z轴驱动器工作正常，因为通过X轴驱动器在电柜侧互换，控制Z轴后，同样发生故障。综合以上判断，可以确认故障是由于Z轴伺服的电缆连接引起的；仔细检查伺服的电缆连接，发现该机床在出厂时电枢线连接错误，即驱动器的L/M/N端子未与插头的A/B/C连接端一一对应，相序存在错误，重新连接后，故障消失，Z轴可以正常工作。（4）一台配套某系统的加工中心，X轴在静止时机床工作正常，无报警；但在X轴运动过程中，出现振动，伴有噪声。故障分析：由于机床在X轴静止时机床工作正常，无报警，初步判定数控系统与驱动器无故障。考虑到X轴运动时定位正确，因此，进一步判定系统X位置环工作正常。检查X轴的振动情况，经观察发现，振动的频率与运动速度有关，运动速度快振动频率较高，运动速度慢则振动频率低，初步认为故障与速度反馈环节有关。分析引起以上故障可能的原因有：1）测速发电机不良；2）测速发电机连接不良；3）直流伺服电动机不良。维修时首先检查X轴伺服电动机的测速发电机连接，未发现不良。检查X轴伺服电动机与内装式测速发电机，发现换向器表面积有较多的碳粉，用压缩空气进行清理后，故障未消除。进一步利用数字万用表，测量测速发电机换向片之间的电阻值，经比较后发现，有一对极片间的电阻值比其他各对极片间的电阻值大了很多，说明测速发电机绕组内部存在断路现象。更换新的测速发电机后，机床恢复正常。2．速度环故障分析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。一台维修过的FB15B-2直流伺服电动机安装到机床后失控。故障分析：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报警性能；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2.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：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。3．伺服电动机的故障故障现象：一台配套某系统的数控车床，一次刀塔出现故障，转动不到位，刀塔转动时，出现6016号报警“SLIDEPOWERPACKNOOPERATION”。故障分析：根据工作原理和故障现象进行分析，刀塔转动是由伺服电动机驱动的，电动机一起动，伺服单元就产生过载报警，切断伺服电源，并反馈给NC系统，显示6016报警。检查机械部分，更换伺服单元都没有解决问题。更换伺服电动机后，故障被排除。4．位置反馈板的故障故障现象：一台采用直流伺服系统的美国数控磨床，E轴运动时产生“EAXISEXECESSFOLLOWINGERROR”报警。故障分析：观察故障发生过程，在起动E轴时，E轴开始运动，CRT上显示E轴数值变化，当数值变到14时，突然跳变到471，分析确认为反馈部分存在问题。更换位置反馈板后，故障消除。5．反馈电缆折断的故障故障现象：一台数控磨床，E轴修整器失控，E轴能回参考点，但设定在自动或半自动修整时，运动速度极快，直到撞到极限开关。故障分析：观察发生故障的过程，发现撞极限开关时，其显示的坐标值远小于实际值，故确认是位置反馈的问题。但更换反馈板和编码器都未能解决问题。后仔细研究发现，E轴修整器是由Z轴带动运动的，一般回参考点时，E轴都在Z轴的一侧，而修整时，E轴修整器被Z轴带到中间。为此我们做了这样的试验，将E轴修整器移到Z轴中间，然后回参考点，这时回参考点也出现失控现象，为此断定由于E轴修整器经常往复运动，导致E轴反馈电缆折断，而使接触不良。找出断点，焊接并采取防折措施后，故障消除。6．进给轴漂移的故障维修故障现象：一台配套某型号的数控机床，工件铣削精度超差，镗孔失圆。故障分析：查已加工件，发现误差出现在横向，纵向正常；而横向加工对应X轴，故怀疑X轴有问题。手动移动X轴，发现X轴定位后位置坐标示值在0.05范围波动，而正常波动为0.001，同时X轴电动机有轻微嗡嗡声，估计X轴漂移。打开电柜，在X驱动单元上找到标志为drift的电位器，仔细调节，使X轴示值波动回复到0.001再进行加工，精度恢复正常。7．光栅尺故障的故障故障现象：某配套SIEMENS8M系统的进口加工中心，出现114#报警，手册提示为Y轴测量有故障，电缆损坏或信号不良。故障分析：该机测量采用海德汉直线光栅尺，根据故障内容查Y轴电缆正常。为判断光栅尺是否正常，将Y轴光栅尺插到与其能配用的光栅数显表上通电，用手转动Y轴丝杠，发现Y轴坐标不变，则说明光栅尺故障。拆下该光栅尺，发现一光电池线头脱落：重新焊接好后，通电检查，数显表显示跟随光栅变化；再将光栅尺装回机床，开机报警消除，机床恢复正常。8．检测信号断线引起坐标轴的故障故障现象：某配套SIEMENS8系统的卧式加工中心，在工作过程中机床突然停止运行，CRT出现NC报警104；重新起动机床，报警消除，可以恢复正常，但工作不久，故障重复出现。故障分析：查询NCl04报警，其含义为“X轴测量系统电缆断线”。根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅密封良好，里面洁净，读数头和光栅没有受到污染，并且读数头和光栅正常；随后检查测量电路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，把重点放在反馈电缆上。测量反馈端子，发现13号线电压不稳，停电后测量13号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在X轴运动过程中有一处断路，造成反馈值不稳，偏离其实际值。经重新接线后，机床故障消除。9．位置反馈板故障的维修故障现象：一台采用直流伺服系统的美国数控磨床，E轴运动时产生“EAXISEXECESSFOLLOWINGERROR”报警。故障分析：观察故障发生过程，在起动E轴时，E轴开始运动，CRT上显示E轴数值变化，当数值变到14时，突然跳变到471，分析确认为反馈部分存在问题。更换位置反馈板后，故障消除。10．反馈电缆折断的故障维修故障现象：一台数控磨床，E轴修整器失控，E轴能回参考点，但设定在自动或半自动修整时，运动速度极快，直到撞到极限开关。故障分析：观察发生故障的过程，发现撞极限开关时，其显示的坐标值远小于实际值，故确认是位置反馈的问题。但更换反馈板和、编码器都未能解决问题。后仔细研究发现，E轴修整器是由Z轴带动运动的，一般回参考点时，E轴都在Z轴的一侧，而修整时，E轴修整器被Z轴带到中间。为此我们做了这样的试验，将E轴修整器移到Z轴中间，然后回参考点，这时回参考点也出现失控现象，为此断定由于E轴修整器经常往复运动，导致E轴反馈电缆折断，而使接触不良。找出断点，焊接并采取防折措施后，故障消除。11．SIEMENS系统Profibus总线报警的故障故障现象：一台配套SIEMENSSINUMERIK802D系统的四轴四联动的数控铣床，开机后有时会出现380500Profibus-DP：驱动A1(有时是X、Y或Z)出错。但关机片刻后重新开机，机床又可以正常工作。故障分析：因为该报警时有时无，维修时经过数次开关机试验机床无异常，于是检查总线、总线插头，确认连接牢固正确，接地可靠。但数日后，故障重新出现；仔细检查611UE驱动报警显示为“E-B280”，故障原因为电流检测错误，测量驱动器的输入电压，发现实际输入电压为406V。重新调节变压器的输出电压，机床恢复正常，报警从此不再出现。12．换刀故障故障现象：一台数控铣床发生打刀事故，按急停按钮后，换上新刀，但工作台不旋转。故障分析：通过PLC梯形图分析，发现其换刀过程不正确，计算机认为换刀过程没有结束，不能进行其他操作。因此，按正确程序重新换刀后，机床恢复正常。13．机床过载报警的故障。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40min左右报警消失，接着再工作一阵，又出现同类报警。故障分析：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。14．电动机联轴器松动的故障故障现象：一台数控车床，加工零件时，常出现径向尺寸忽大忽小的故障。故障分析：检查控制系统及加工程序均正常，然后检查传动链中电动机与丝杠的联接处，发现电动机联轴器紧固螺钉松动，使得电动机轴与丝杠产生相对运动。由于半闭环系统的位置检测器件在电动机侧，丝杠的实际转动量无法检测，从而导致零件尺寸不稳定：紧固电动机联轴器后故障消除。15．压力开关损坏的故障故障现象：某配套SIEMENS840C系统的加工中心，一次开机后B轴不能运动。故障分析：经检查，B轴电磁阀已动作，但PLC显示B轴未放松，故判断压力开关有问题。拆下后经检查，发现该开关触点损坏；换一个压力开关后，故障消除。16．B轴伺服报警的故障故障现象：一台配套OKUMAOSP700，型号为XHAD765的数控机床，加工中B轴出现伺服报警ALARMA：“SVP速度指令越限，B轴11F9FD76”。故障分析：按复位后，报警消除。分析报警内容，估计转台阻力大或是速度反馈有问题。将快速进给倍率开关拔到10％，MDI方式下转动B轴，B轴上升后，抖动一下立即报警，同时有机械冲击声，感觉是B轴转不动，怀疑转台上升未到位或是机械卡滞，或是B轴电气有问题。MDI方式下执行M20、M21指令升起、落下转台，查PLC数据IAXBUl在转台上升后能亮显，用尺检查转台上升的高度值正常，不应存在上下鼠齿盘未完全脱开的问题；再打开护板及转台侧盖查电动机插头和传动蜗轮蜗杆，在拉B轴电动机电缆时，发现B轴电动机三相电缆磨破，有一根电缆断裂。将电缆修复后开机，B轴运转恢复正常。17．转台报警的故障故障现象：一台配套OKUMAOSP700，型号为XHAD765的数控机床，早上开机后转台转位后下落时显示“2870旋转工作台夹紧检测器异常”，同时工作台上升到旋转准备位置。故障分析：复位后，报警清除。根据报警内容应查转台夹紧开关，由于转台转位前是正常的，根据经验，笔者怀疑其准确性。在MDI方式下执行M20工作台夹紧指令，工作台下落后又报警上升，经仔细观察，发现工作台下落缓慢，故怀疑下落时间超时而报警；让两个人站在工作台上，再执行M20指令，工作台落下明显加快、不再报警，证实了判断。该转台设计为上升时，液压缸压缩转台夹紧弹簧将转台顶起，夹紧时靠弹簧力将液压缸内油挤出，压紧工作台液压缸堵塞节流，弹簧力变小，油粘度增大等均会导致油流速变慢而引起转台下落超时。让机床热机10min，其间连续执行M20、M21指令，等液压油温上升后再转转台正常。由于天气转冷，液压油随温度下降变稠，液压缸中油不能及时排出，造成超时报警。18．转台回零不准的故障故障现象：一台配套FANUCOMC，型号为XH754的数控机床，转台回零不准，回零后工作台歪斜。故障分析：出现这种故障一般是由于转台回零开关不良、行程压块松动或开关松动。关机后将转台侧盖打开，用手压行程开关正常，查行程压块正常，查开关座正常，估计行程开关压合断开点变化。将开关座向正确方向调整小段距离后开机，故障消除。19.转台分度不良的故障维修故障现象：一台配套FANUCOMC，型号为XH754的数控机床，转台分度后落下时错动明显，声音大。故障分析：转台分度后落下时错动明显，说明转台分度位置与鼠齿盘定位位置相差较大；如果回零时位置同时也有错动，则可调节第4轴栅格偏移量(参数0511)来解决：如果转台传动有间隙，则可调节第4轴间隙补偿(参数0538)；如果机械螺距有误差，则相应调整第4轴螺补。本例中发现转台回零后也有错动，调整0511数值后解决。20．X轴振荡的故障故障现象：一台配套FANUCOMC，型号为XH754的数控机床，加工中X轴负载有时突然上升到80％，同时X轴电动机嗡嗡作响；有时又正常。故障分析：现场观察发现X轴电动机嗡嗡作响的频率较低，故判断X轴发生低频振荡。发生振荡的原因有：1)轴位置环增益不合适。3)负载惯量较大。经查X轴位置增益未变，负载也正常，经询问，操作工介绍此机床由于一直进行重切削加工，X轴间隙较大，刚进行过间隙补偿。经查X轴间隙补偿参数0535，发现设定值为250，用百分表测得X轴实际间隙为0.22，看来多补了；直至将设定值改为200后，X轴振荡才消除。注：X轴这么大间隙，要想提高加工精度，只有消除机械间隙。21．X轴间隙太大的故障故障现象：一台配套FANUCOMC，型号为XH754的数控机床，X轴间隙太大。故障分析：X轴间隙由联轴器间隙、轴承间隙、丝杠间隙、机械弹性间隙等组成。拆下X轴护板，停电关机，用手握住丝杠，来回转动，感觉自由转角较大，有较大间隙；调整X轴丝杠轴承间隙，拧紧螺母将其调紧也没有改善，故怀疑丝杠螺母有问题。将丝杠螺母与工作台松脱，检查，并未发现间隙；再打开轴承座法兰，检查丝杠轴承，发现两角接触轴承(背靠背)内圈已调紧到一起，正常情况下应有间隙，说明该对轴承间隙已无调整余地。按该轴承外径，车一厚lmm的小圆环垫在该对轴承外径中间，减去原间隙，这样该对轴承内圈就有0.8mm左右的间隙调整裕量。安装后将轴承背紧螺母适当调紧，将参数0535置0，用百分表测X轴间隙为0.02mm，再将参数0535设为15，测X轴间隙为0.01mm，X轴间隙得以消除。22．X轴编码器报警的故障故障现象：一台配套FANUCOMC，型号为XH754的数控机床，加工中出现319号报警。故障分析：查维修手册，提示故障原因为X轴脉冲编码器异常或通信错误，查诊断号760，发现其多位置位，维修手册提示为脉冲编码器不良或反馈电缆不良。先检测X轴编码器电缆插头M185正常，故判断是X轴串行编码器有问题。为确认，在电柜内将M184与M194、M185与M195及相应电动机三相驱动线进行交换，发现故障报警变为339，故障变为Z轴，证实X轴编码器不良。更换后，故障排除。23．超程报警的故障故障现象：一台配套FANUCOMC，型号为XH754的数控机床，X轴回零时产生超程报警“OVERTRAVEL-X”。故障分析：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，在系统在对软限位不作检查的情况下完成回零；亦可将0704改为-99999999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。24．进给轴报警的故障故障现象：一台配套FAGOR8025MG，型号为XK5038-1的数控机床，X轴报警，显示器显示“Xaxisnotready”。故障分析：送电起动机床，正向移动X轴，无报警；负向移动机床，报警出现。打开X轴右侧导轨护板，发现护板内部有许多切屑，估计由切屑卡死引起。将护板拆下清洗，并清除内部切屑，安装护板后开机，机床正常。25．进给轴频繁报警的故障故障现象：一台配套FAGOR8025MG，型号为XK5038-1的数控机床，机床频繁出现进给轴报警，多则一天一次，少则5至6天一次，停机断电半小时后开机又正常。故障分析：根据故障现象，判断电气接触有问题。先查供电，将机床停下用万用表测伺服电源BUG电压正常，+24V供电正常；再查控制线路，CNC到PLC、到X轴伺服单元电缆接触良好，X轴伺服到X轴电动机电缆正常；测电动机亦无断路、短路、发热现象，故确认电气无问题。再查机械传动，用手拧X轴丝杠，转动轻松、灵活，无阻滞、卡死现象，则判断机械应该没问题。鉴于伺服断电半小时后开机又正常，有时几天不报警，故判断伺服及电动机不应有大问题，检查陷入困境。因任务紧，机床暂时带病工作。后加工时无意中测量一控制变压器进线380V电压，发现只有290V，比正常值低90V左右，且不稳定；跟踪查到电柜总空气开关，测开关进线电压正常，开关出线有两线线电压偏低且波动较大；机床各轴停下时，电压又上升至380V左右。至此，故障根源终于找到。停电拆下总空气开关，发现有一触点烧蚀，造成接触不良。机床不加工时，总电流小，空气开关不良触点压降小，看上去供电正常，不易察觉；机床切削加工时，总电流大，不良触点压降相应增大，造成伺服单元电源不正常而报警停机。26．检测信号断线引起坐标轴故障故障现象：某配套SIEMENS8系统的卧式加工中心，在工作过程中机床突然停止运行，CRT出现NC报警104；重新起动机床，报警消除，可以恢复正常，但工作不久，故障重复出现。故障分析：查询NCl04报警，其含义为“X轴测量系统电缆断线”；根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅密封良好，里面洁净，读数头和光栅没有受到污染，并且读数头和光栅正常；随后检查测量电路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，把重点放在反馈电缆上。测量反馈端子，发现13号线电压不稳，停电后测量13号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在X轴运动过程中有一处断路，造成反馈值不稳，偏离其实际值。经重新接线后，机床故障消除。27．快速移动时出现414和410号报警的故障故障现象：某配套FANUC0M系统的立式加工中心，X轴快速移动时出现414和410号报警。故障分析：414和410号报警的含义是“速度控制OFF”和“X轴伺服驱动异常”。鉴于此机床在故障出现后能通过重新起动消除，但每次执行X轴快速移动时就报警，故初步判定故障与伺服电动机有关。检查伺服电动机电源线插头，发现存在相间短路；重新连接后，故障排除。28．414、401号报警的故障故障现象：一台配套FANUC0系统的数控车床，开机后就出现414、401号报警。故障分析：FANUC0数控系统的414、401号报警属于数字伺服报警，报警的具体含义分别是“X、Z位置测量系统出错”，“X、Z轴伺服放大器未准备好”。向操作人员询问得知，因工厂基建，该机床刚搬至新址不久，第一次开机就出现上述状况，此前该机床工作一直很稳定，因此怀疑在搬运过程中导致电动机、驱动器等元器件的连接损坏。用万用表测量电动机各电缆的连接，经检查未发现异常。将插头插拔确认连接牢固、无错误后再开机，报警仍未解除。于是，按“SYSTEM”键进入系统自诊断功能，检查0200号参数，发现该参数第6位显示为“1”及“#6(LV)=1，参阅维修手册，提示此时为低电压报警。检查驱动器输入电压，发现无输入电压：依据电器原理图继续检查，发现空气开关QF4始终处于断开状态。更换新的开关，重新开机，机床恢复正常工作。29.FANUC0系统351号报警的故障故障现象：一台配套FANUC

0系统的数控磨床，国庆长假后第一次开机出现351号报警。故障分析：FANUC0数控系统的351号报警属于数字伺服报警，该报警的含义为“串行脉冲编码器通信出现错误”。向工作人员了解情况后得知，放假前对该机床进行了维护、保养，并对电气柜进行了打扫，因此首先怀疑是工作人员在打扫过程中误碰驱动器的连接线导致该报警的产生。将驱动器的连接插头重新连接牢固后重新开机，报警解除。数日后报警又出现，再次连接驱动器插头仍无法解除报警。于是按“SYSTEM”键进入系统自诊断功能，检查0203参数，发现该参数第7位显示为“1”及“#7(DTE)=1，提示为串行脉冲编码器无响应。导致此类状况的原因有：（1）信号反馈电缆断线。（2）串行脉冲编码器的+5V电压过低。（3）串行脉冲编码器出错。检查信号反馈电缆，拆下Z轴信号反馈电缆插头即发现插头内有数根电线脱落。重新连接后再开机，报警解除，机床恢复正常工作。30．FANUC0系统401号报警的故障故障现象：一台配套FANUC0系统的数控磨床，开机后出现401号报警。故障分析：FANUC0数控系统的401号报警属于数字伺服报警，该报警的含义为“X、Z轴伺服放大器未准备好”。遇到此类报警通常作如下检查：首先查看伺服放大器的LED有无显示，若有显示，则故障原因有以下3种可能：（1)伺服放大器至PowerMate之间的电缆断线。（2）伺服放大器出故障。（3)基板出故障。若伺服放大器的LED无显示，则应检查伺服放大器的电源电压是否正常，电压正常则说明伺服放大器有故障：电压不正常就基本排除了伺服放大器有故障的可能，应继续检查强电电路。根据上述排查故障的思路进行诊断，经检查发现伺服放大器的LED无显示，检查伺服放大器的输入电源电压，发现+24V的输入连接线已脱落。重新连接后开机，机床恢复正常。31．31号伺服报警的故障故障现象：某配套FANUC3MA系统的数控铣床，在运行过程中，Z轴产生3l号报警。故障分析：查维修手册，31号报警的含义为“误差寄存器的内容大于规定值”。根据31号报警提示，将误差定值放大，于是将31号报警对应的机床参数由2000改为5000，然后用手摇脉冲发生器驱动Z轴，发现31号报警消除，但又产生了32号报警。32号报警意为“Z轴误差寄存器的内容超过±32767，或数模转换的命令值超出了-8192+8191的范围”。为此将设定的机床参数由5000再改为3000，32号报警消除，但31号报警又出现，故暂无法排除故障。误差寄存器是用来存放指令值与位置反馈值之差的，当位置检测装置或位置控制单元故障时，就会引起误差寄存器的超差，故将故障定位在位置控制上。位置控制信号可以用诊断号800(X轴)、801(Y轴)和(Z轴)来诊断。将三个诊断号调出，发现800号X轴的位置偏差在－1与－2之间变化，801号Y轴的位置偏差在+1与－1之间变化，而802号的Z轴位置偏差为0，无任何变化，说明Z轴位置控制有故障。为进一步定位故障是在Z轴控制单元还是在编码器上，采用交换法，将Z轴和X轴驱动装置和反馈信号同时互换，Z轴和X轴伺服电动机都不动；此时，诊断号801数值变为0，802数值有了变化，这说明Z轴控制单元没有问题，故障出在与Z轴伺服电动机连接的编码器上。更换新的编码器后，机床即恢复正常。32．工作台爬行的故障故障现象：某配套GSK980M系统的数控磨床，在进行多次维修和长时间不用后，发现Y轴在运动过程中有明显的爬行。故障分析：经检查，发现当手轮移动Y轴0.1mm时，工作台连续移动0.7mm左右后再以另一种速度缓慢移动至0.1mm，因此可能是由于移动速度太快或工作台阻力太大引起故障。调整机床导轨镶条并减小工作台移动速度，故障未排除。在多次运行后发现每次工作台慢速移动的距离都差不多，因此打开参数页面，发现029号参数(Y轴直线加减速时间常数)为600，而对于步进电动机来说一般设定为450修改后再试，故障排除。33．失步现象的故障故障现象：某配套GSK980M系统的数控机床，在自动或手动运行时，X轴经常产生失步现象。故障分析：失步是步进电动机传动特点之一，当阻力或速度超过某一固定值时，步进电动机传动常会产生失步现象。因此，降低X轴移动速度重新运行，发现在某一位置仍会产生失步。排除该原因后进一步检查导轨与工作台的工作阻力，加大液压泵的供油压力，使工作台处于悬浮状态，试验后发现故障依然存在。断电后卸下同步带轮，手动旋转滚珠丝杠；发现在某一点处阻力稍大，拆下滚珠丝杠请生产厂维修，发现在丝杠螺母中有一粒滚珠受损。更换滚珠重新装配后，故障排除。34．410号报警的故障故障现象：某配套FANUCPM0系统的数控机床，开机后出现410号报警。故障分析：该报警的含义为“停止时的位置偏差量超过了1829号参数设定值”。检查机床参数，发现设定正确。进一步检查发现，用户在出现故障前曾经移动过第四轴转台，造成了电动机动力线连接不良，重新连接后，故障排除。35．FANUCPM0090号报警的故障故障现象：某配套FANUCPM0的系统数控机床，在回参考点时发生090号报警。故障分析：该机床为专用数控机床，调试时发现只要X轴执行回参考点动作，CNC就出现090报警。FANUCPM0出现090报警可能的原因有：起始位置离参考点太近；回参考点速度太低等。在排除以上原因后，机床故障仍然存在。利用诊断参数检查DGNXl．4信号，发现X轴在正常位置(参考点挡铁未压上时)信号为“0”，但电气原理图规定该信号应为“1”，由此可知故障原因。更改连接线后，重新执行返回参考点动作，机床恢复正常，故障排除。2.3数控机床长期不用的维护当数控机床长期闲置不用时，也要定期对CNC系统进行维护保养。在机床未通电时，用备份电池给芯片供电，保持数据不变。机床上电池在电压过低时，通常会在显示屏幕上给出报警提示。在长期不使用时，要经常通电检查是否有报警提示，并及时更换备份电池。经常通电可以防止电器元件受潮或印制板受潮短路或断路等长期不用的机床，每周至少通电两次以上。具体做法是：首先，应经常给CNC系统通电，在机床锁住不动的情况下，让机床空运行。其次，在空气湿度较大的梅雨季节，应天天给CNC系统通电，这样可利用电器元件本身的发热来驱走数控柜内的潮气，以保证电器元件的性能稳定可靠。生产实践证明，如果长期不用的数控机床，过了梅雨天后则往往一开机就容易发生故障。此外，对于采用直流伺服电动机的数控机床，如果闲置半年以上不用，则应将电动机的电刷取出来，以避免由于化学腐蚀作用而导致换向器表面的腐蚀，确保换向性能。2.4结束语以上这些实例就是数控机床进给伺服系统常见的故障；要多实践，进行“小改小革”往往在正常工作中发生某一元件损坏(如选择开关、按钮、继电器等)而暂无备件时，自己动手尽可能用粘合法等办法修复或采用暂时的特殊办法，使机床能正常工作下去，等到备件来后再恢复。<BR>比如德国VDF数控大车的第2刀背中有5只夹紧用的微型压力开关，其中2只微型开关不慎损坏，而无备件，采用了“短接法”，使压力开关的触点符合PLC的输入条件，使机床不报警又能正常工作下去了。有时机械使用时间长后，定位精度差了，产生了定位报警，在无法重新调整机床的情况下可暂时修正机床参数，加大“公差”带，使之能正常工作，总之，这样的办法还很多。要多实践，要自己动手修板子一般说来数控机床的电路板可靠性好，故障率极低，一般去检查数控机床时，不要先怀疑板子的问题。比如西门子