数控机床故障诊断与维护第实例3伺服单元异常课件

任务09进给伺服系统维护维修主讲教师：尹存涛一、引入：复习FANUC数控系统进给伺服基本组成进给伺服系统伺服放大器伺服电动机检测装置机械传动组件伺服单元（SVU）伺服模块（SVM）联轴器滚珠丝杠螺母副滚动导轨丝杠固定和支承光栅尺编码器复习：数控机床对进给伺服系统的要求由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面。（1）精度高（2）稳定性好（3）快速响应（4）调速范围宽（5）低速大转矩（6）可逆运行二、进给伺服系统各类故障的表现形式与分析思路当进给伺服系统出现故障时，通常有三种表现方式：（1）在CRT或操作面板上显示报警内容和报警信息，它是利用软件的诊断程序来实现的；

（2）利用进给伺服驱动单元上的硬件（如：报警灯或数码管指示，保险丝熔断等）显示报警驱动单元的故障信息；

（3）进给运动不正常，但无任何报警信息。

分析思路：电源主链反馈链三、相关伺服参数与调整No1826：快速指令的到位宽度。No1827：切削指令的到位宽度。

到位：定位结束。系统根据移动指令和反馈指令的差值的多少，来确定是否定位结束。位置偏差值存放在误差寄存器中，其值可以通过诊断DGN300读出。速度时间X轴指令Y轴指令到位宽度No1828：移动中的误差极限值，当误差寄存器数值超过其值，ALM411报警。No1829：静止时的误差极限值，当误差寄存器数值超过其值，ALM410报警。No1825：位置环增益，单位0.01/S误差量（P）=[进给速度/60×位置增益]×1/检测单位No2021：负载惯量，其值决定速度增益。速度增益=[(No2021+256)/256]×100

伺服的调整原则：①提高位置增益，可以改善系统的定位及加工精度，调整量以不使系统产生振动与过冲为前提，同时所有的插补轴的增益需保持一致。②提高速度增益，可以改善电机的速度响应，提高加速能力，但过高的速度增益会使机床产生振动。③振动出现时，可以在降低速度及位置增益之前使用转矩指令滤波器进行调整，如因机床的机械刚性等原因不能产生效果后，可降低速度及位置增益。

转矩指令滤波器：将输出的转矩指令中包含的高于设定频率的共振频率对应的转距指令滤掉，以降低振动。伺服调整监控画面的应用：No3111#0=1操作：位置增益速度增益转矩滤波器误差寄存器电机负载电流电机速度诊断200~204动态位置增益

转矩指令滤波器设定值在2000左右范围调整，进行振动抑制根据误差寄存器的数值和速度推算的位置增益，称之为动态位置增益电机负载电流%是以电机额定扭矩输出为基准，机床连续运转时的负载显示不要超过电机额定扭矩输出的70%为宜。伺服电机特性伺服电机为扭矩输出型电机，它可以提供以下三种扭矩的输出。①克服重力以及摩擦力所需要的连续扭矩，超过报过热、过载报警。②电机加速时所需要的加减速扭矩，超过报过流报警。③克服切削阻力时输出的切削扭矩，超过报过热、过载报警扭矩（nm)速度（mm/min)204060801001000200030004000连续工作区断续工作区过流报警四、伺服电源模块的维修1.电源单元输入电源的检查交流200V型交流400V型2.电源容量的选择交流200V型交流400V型容量选择的不足：可能造成运行时的电压波动，DCLINK报警、刹车时过回生报警。3.输入电源容量的检查电源单元外部电源测量电压波动如下E0-E1

E0×100%＜7%E0：空载时电压E1：满载输出时电压

所谓满载输出，可使电机在额定转速下运行测量。4.通电后LED状态的显示确认及控制电源的检查LED状态PSMPSM-LED不亮1）确定CX1A输入电压（~220±10%）2）确认PSM内部保险3）拔下PSM上除CX1A输入电源外所有线观察,如灯亮，确认外部连线。4）PSM单元本体问题LED状态SVMSVM-LED不亮①确认PSM单元的输出24V电压②确认CXA2A~CXA2B之间的电缆连接③确认SVM内部保险④拔掉JFX电机编码器反馈电缆确认外部是否短路⑤SVM单元本体故障A20B-2100-074*A20B-2100-083*SVM-LED闪烁显示表示外部+5V短路①拔下JFX电机编码器反馈电缆确认②如果正常显示，则为编码器或反馈电缆故障，尝试交换判别。③如果显示仍然异常，更换SVM本体。因外部短路，也经常会造成系统与伺服间的通讯报警。SPM电机励磁1号报警1号故障（警告）LED没有显示1）确认PSM的电源输出+24V电压2）确认CXA2A~CXA2B间电缆的连接3）确认SPM内部保险丝4）拔下除CXA2A~CXA2B之间电缆之外的所有电缆5）SPM本体故障系统上电后，LED显示“----”闪烁，主轴单元通讯没有建立1）主轴通讯参数设定有误2）检查电缆的连接，系统JA7A（JA40）→主轴JA7B3）更换通讯电缆4）更换主轴单元控制板5）更换系统主板5.NC和伺服之间的通讯MCCOFF指令NC单元伺服模块电源模块指令反馈反馈FSSBCAX2A/2BMCON：NC上电后发出请求伺服准备信号MCOFF：伺服通讯正常后，发出请求电源单元准备信号MCCOFF：电源单元准备好后，发出吸合MCC触点的信号CRDY：MCC吸合后主回路上电，整流出直流300V，电源单元发出CRDY信号INTL：伺服接受CRDY信号后，发出动态制动器解锁信号RLY：动态制动器解锁后，返回给伺服的信号DRDY：伺服发送给NC的准备好信号SRDY：NC发给PMC的伺服准备好信号ALM401

伺服V-READYOFF（未准备好）NC伺服MCONDRDY诊断358：ALM401报警的各轴相关信息，显示为十进制数，转换成16位二进制后如下。正常情况下第5位~第14位全为1，如果出现ALM401，出现为0的最低位是报警的原因。正常显示为32737例：①ALM401X、Y、Z②ALM401X、Y、ZNo358X417No358X993Y417Y993Z417Z993No358#6=0,*ESP没有接通No358#10=0,电源单元没有整流出直流300其他报警和ALM401同时出现的话，请先处理其他报警，ALM401可能是伴随报警。

伺服电源伺服CXA2ACXA2BALM604NCFSSBALM604

伺服间通讯异常故障原因：①确认伺服间通讯电缆CXA2A~CXA2B。②确认报警发生的伺服与前级伺服或电源控制侧板。③如果电源单元检测出的通讯异常，则会在其LED显示“P。”。五、进给伺服反馈系统1.光栅与光栅尺位置检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。不同类型的数控机床，对位置检测元件，检测系统的精度要求和被测部件的最高移动速度各不相同。（1）光栅的种类与精度（2）直线光栅(即长光栅)透射光栅(3)圆光栅(4)光栅的维护1）防污:①光栅尺由于直接安装于工作台和机床床身上，因此，极易受到冷却液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度。②冷却液在使用过程中会产生轻微结晶，这种结晶在扫描头上形成一层薄膜且透光性差，不易清除，故在选用冷却液时要慎重。③加工过程中，冷却液的压力不要太大，流量不要过大，以免形成大量的水雾进入光栅。④光栅最好通入低压压缩空气（105Pa左右），以免扫描头运动时形成的负压把污物吸入光栅。压缩空气必须净化，滤芯应保持清洁并定期更换。光栅上的污染物可以用脱脂棉蘸无水酒精轻轻擦除2）防振：光栅拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏。+24VFSSB通讯X轴Y轴+24VFSSB通讯ALM38XX轴ALM38XY轴分离检出器故障光栅尺或电缆故障ALM380~ALM387

外置检出器的报警读数头：除ALM385/386串行通讯报警可能涉及到分离检出器、电缆、光栅尺故障外，其他报警主要涉及到反馈元件、反馈电缆。读数头：将测量信号转换成电信号输入到控制回路。X轴Y轴2.脉冲编码器机床的位置与速度的反馈，需经由电机侧或机床侧的检出器，经由FSSB总线传递给系统的轴卡进行控制，其反馈元件种类如下。内置型编码器轴卡位置/速度NC伺服驱动器FSSB电池6V外置型编码器轴卡位置/速度NC伺服驱动器FSSB位置/速度反馈，增量/绝对位置控制PCPC分离型检出器SDU放大器光栅尺位置反馈，增量/距离码/绝对位置控制电池6Vpc速度反馈ALM306/307/308电池电压低下CMR分离型位置检出器误差寄存器速度控制PC参考计数器N/MNo1815#1+-指令脉冲位置反馈结构与设定APCAPZOPT#0#1#4#50：绝对位置原点未建立1：绝对位置原点建立0：相对位置控制1：绝对位置控制0：不使用SDU（半闭环）1：使用SDU（全闭环）No1815反馈脉冲位置控制参数参数号含义计算公式备注1820CMRCMR为1~48时，设定值=2×CMRCMR为1/2~1/27时，设定值=1/CMR+1002084柔性齿轮比

n/m编码器一转反馈1000000脉冲20852023速度脉冲数81922024位置脉冲数125001821参考计数器电机一转机械移动所反馈的脉冲数半闭环No1815#1=0CMR=指令单位检测单位nm＝电机一转机械移动所反馈的脉冲数

编码器一转反馈的脉冲数参考计数器容量设定参数也可以取其整数分之一设定。

指令单位：NC所发出的一个脉冲所代表的指令移动距离检测单位：检测元件反馈一个脉冲所代表的机械移动距离全闭环No1815#1=1参数号含义计算公式备注1820CMRCMR为1~48时，设定值=2×CMRCMR为1/2~1/27时，设定值=1/CMR+1002084柔性齿轮比

n/m需了解位置检出器的相关规格20852023速度脉冲数81922024位置脉冲数编码器一转时由位置检出器所反馈的脉冲数需了解位置检出器的相关规格1821参考计数器位置检出器Z相信号的间隔CMR=指令单位检测单位nm＝移动一定距离所需要的脉冲数移动一定距离所反馈的脉冲数

如果是直线型光栅尺只带有一个Z相信号时，参考计数器参数可以设定任何值，如果是多Z相信号，而设定不按间隔设定时，可能会造成回零不准现象。No1821：参考计数器容量（栅格间隔）半闭环：电机一转位置反馈的脉冲数的整数比。全闭环：检出器Z相间隔，单个Z相时可以设定任意值。栅格：以电机Z相信号为基准，以参考计数器容量为间隔，由系统等间距产生的取代Z相信号的信号，用来建立参考点。例：系统指令单位1u，丝杠螺距10mm，减速比1/2，CMR=2检测单位1u电机一转机床移动10mm/2=5mm需反馈脉冲5mm/0.001=5000P编码器一转反馈脉冲1000000PN/M=5000/1000000=1/200速度反馈脉冲8192位置反馈脉冲125000参考计数器容量5000例：指令单位1u，丝杠螺距10mm，减速比1/2，光栅尺分辨率0.5u，光栅尺单Z相信号CMR=2，检测单位1u假设移动10mm，系统需发送10mm/0.001=10000P机床移动10mm，光栅尺反馈10mm/0.0005=20000PN/M=10000/20000=1/2速度反馈脉冲数8192电机一转机床移动5mm，由光栅尺反馈的脉冲5mm/0.0005=10000P位置反馈脉冲10000P参考计数器容量5000、6000、7000任意值光电脉冲编码器的维护要点1）防污和防振

由于编码器是精密测量元件，使用环境或拆装时要与光栅一样注意防污和防振问题。污染容易造成信号丢失，振动容易使编码器内的紧固件松动脱落，造成内部电源短路。2）防松脉冲编码器用于位置检测时有两种安装方式，一种是与伺服电动机同轴安装，称为内装式编码器，如西门子1FT5、1FT6伺服电动机上的ROD320编码器，另一种是编码器安装于传动链末端，称为外装式编码器，当传动链较长时，这种安装方式可以减小传动链累积误差对位置检测精度的影响。不管是那种安装方式，都要注意编码器联接松动的问题。由于联接松动，往往会影响位置控制精度。JF1JF1JF1JF1Y轴X轴如间歇出现屏蔽干扰处理X轴Y轴反馈相关的报警ALM36XX轴ALM36XX轴ALM36XY轴伺服侧板故障编码器或电缆故障：除ALM368/369串行通讯报警可能涉及到伺服侧板、电缆、编码器故障外，其他报警主要还涉及到反馈元件、反馈电缆。ALM360~ALM369

电机内置编码器的报警编码器1.数控机床返回参考点的必要性

（1)系统通过参考点来确定机床的原点位置，以正确建立机床坐标系。（2)可以消除丝杠间隙的累计误差及丝杠螺距误差补偿对加工的影响。

六、机床参考点相对位置控制：使用相对编码器来建立参考点，机床断电后，绝对坐标位置丢失。因此，每次上电后都需要进行参考点返回。绝对位置控制：使用绝对编码器来建立参考点，机床断电后，绝对坐标位置不丢失，因此，每次上电后不需要进行参考点返回。2.数控机床返回参考点的方式

设定参考点的种类减速挡块脉冲编码器增量式绝对式标记点式无不可可以无挡块式无可以可以有挡块式有可以可以

按机床检测元件检测参考点信号方式的不同，返回机床参考点的方式有两种：一种为磁开关方式，另一种为栅格方式。2.数控机床返回参考点的方式

2.数控机床返回参考点的方式

2.数控机床返回参考点的方式

2.数控机床返回参考点的方式

2.数控机床返回参考点的方式

3.数控机床返回参考点的原理4.与返回参考点有关的信号5.与返回参考点有关的参数无挡块功能设定手动回参方向用于回参减速信号工作台减速开关①②③④abaa：栅格偏移量（No1850)b：参考计数器容量（1821）①②③④快移速度减速速度时间速度JOG+ZRN减速开关PC-Z栅格（No1420）（No1425）No1002/No1005#1=0有挡块式6.挡块式参考点的调整错误例：太靠栅格////误差减速开关栅格正确例：栅格的中间“1”“0”“1”//“1”“0”“1”//减速开关栅格因机械上不能保证每次对减速挡块的碰压和弹起时间的一致，所以如何调整脱开挡块距离原点的位置（脱开挡块的第一个栅格）就变得非常关键。该调整不当时，会发生参考点偏差在一个螺距的现象。当所建立的原点不是要求的位置时，可以通过No1850进行栅格偏移处理。在向参考点方向前进时要具有一定的速度，方向要遵循No1006#5所设定的方向。注意：7.回参考点的故障诊断故障类型1：找不到参考点主要是回参考点减速开关产生的信号或零标志信号失效。诊断时，先搞清方式，再对照故障现象，先内后外和信号追踪法查找故障部位。外—机床外部的挡块和开关，查PLC或接口状态内—零标志，示波器查信号7.回参考点的故障诊断故障类型2：找不准参考点主要是参考点开关挡块位置设置不当引起，需重新调整即可。例：某数控铣床采用方式二回参考点，X轴能进行回参考点操作，并以回参考点速度向参考点接近，但找不到参考点，而是一直以这一速度向前移动，直到碰到限位开关而急停。分析：回参动作正常，CNC、伺服正常，一个速度不变，参考点开关有问题，I/O口状态观察，开关失效。ALM300

请求建立参考点。采用绝对位置控制时，参考点没有建立（No1815#4=0）。①电池电压低下或断开编码器与伺服的连接造成原点的丢失。②参数被修改，如No1850、No1821、No1815#4等。③使用了轴脱开功能（No1005#7/No12#7=1）采用相应的参考点设定方法建立。8.参考点设定时报警：ALM90

不能建立原点①编码器故障（一转信号不良,该不良不会影响位置控制）。②回零时初始移动速度太慢（尽量以〉500mm/min速度移动）。③无挡块式参考点设定时，接通参考点方式之前和之后的移动方向必须是参数设定的方向。④电机旋转的圈数不足一圈，光栅尺移动距离没超过Z相间隔。8.参考点设定时报警：七、伺服放大器的屏蔽轴卡COP10AFSSBNC第一轴XNC第二轴YNC第三轴ZNC第四轴AN01020

设定一XYZA

设定二YAXZ设定一No1023X1设定二No1023X3Y2Y1Z3Z4A4A2发那科串行伺服总线系统正常时设定拆下放大器时轴卡系统COP10AFSSB屏蔽该放大器XYZANo1023X1

Y-128Z2A3如果取消的轴为绝对位置控制，则还需关断绝对位置检测参数，否则会有ALM301。屏蔽伺服时，会有ALM404出现，No1800.1=1忽略。当出现伺服反馈报警或维修电机时，可以采用以下方法屏蔽系统的报警。轴卡系统COP10AXYZA方法一：轴脱开功能No1005Y#7=1No12Y#7=1轴脱开后，相应的轴成互锁状态方法二：虚拟反馈No2009Y#0=1No2165Y0设定后，运行该轴有ALM411在绝对位置控制时，在不拔下反馈插头的情况下，

轴脱开功能会造成原点丢失，产生ALM300。注意对于重力轴脱开要注意抱闸状态放大器存在时轴卡系统COP10AFSSB屏蔽Y轴放大器XYZA1112终端插头不插的话，屏蔽时另一轴会产生ALM401。

终端插头需插在需要屏蔽轴的编码器反馈端JFx上。多轴放大器单轴屏蔽时

八、进给伺服系统维护维修1.伺服放大器及伺服电机的维护2.伺服驱动器常见故障诊断3.维修实例1.伺服放大器及伺服电机的维护伺服放大器是精密的电子部件，对工作环境要求较高，必须按照FANUC公司的维护要求进行日常和定期维护，不能等到数控系统有故障报警时再去检查使用环境。正规的企业维护中有正常的日检、周检和月检等。应确保电气柜干燥，湿度小于90%，环境温度不能高于45℃，电气柜温度不能超过55℃，电气柜设计要注意密封，不能有过多的粉尘、油污。检查位置检查项目日常定期判断标准环境环境温度○强电盘四周0-45°，强电盘内部0-55°环境湿度○不应结露环境尘埃、油污○放大器周围应保持干净环境冷却通风○机床冷却风机是否旋转，流通是否通畅放大器电源电压○AC200~240，三相平衡放大器总体○是否有异常声音和气味放大器风扇电机○运转正常、振动异响、尘埃油污放大器连接器○是否松动放大器电缆○电缆是否发热、外皮是否破损外围电磁接触器○不应出现振动、异响外围漏电断路器○是否正常运行外围交流电抗器○没有低微的声响伺服放大器及伺服电机的日常维护项目2.伺服驱动器常见故障诊断（1）伺服使能故障（2）伺服电动机低速时速度不稳定、负载惯量大及伺服电动机振动检查伺服驱动装置增益设定情况。（3）欠电压（4）过电压（5）过电流（6）伺服电动机过热（7）过载（8）编码器故障（9）主接触器不能接通（10）指示灯报警3.软件报警（CRT显示）故障及处理（1）进给伺服系统出错报警故障

（2）检测元件（测速发电动机、旋转变压器或脉冲编码器）或检测信号方面引起的故障。

（3）参数被破坏（4）主电路检测部分异常

（5）超速

（6）限位动作（7）过热报警故障（8）伺服单元过电流报警（9）伺服单元过电压报警引起过压的通常原因及常规处理（10）伺服单元欠电压报警引起欠电压的通常原因及常规处理（11）位置偏差过大

（12）再生故障引起此故障的通常原因及常规处理（13）编码器出错（14）漂移补偿量过大的报警

4.进给伺服系统典型维修实例分析实例1：“伺服单元未准备好”报警故障分析（参数丢失）实例2：“伺服单元未准备好”报警故障分析（测速发电机故障）实例3：伺服单元异常及伺服放大器故障分析实例4：W轴伺服报警故障分析实例5：驱动失败报警故障分析

实例6：伺服初始化实例实例1：“伺服单元未准备好”报警故障分析（参数丢失）（1）故障现象：FANUC-7M系统某数控机床，CRT显示“07-VelocityUnitNotReady”，伺服不能启动。（2）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。（3）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。实例2：“伺服单元未准备好”报警故障分析（测速发电机故障）（1）故障现象：FANUC-6系统老数控机床，CRT显示“07-VelocityUnitNotReady”，伺服不能启动。（2）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。（3）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。实例3：伺服单元异常及伺服放大器故障分析（1）故障现象：一台FANUC-OM系统立式加工中心。出现#414和#410报警。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。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。与快移动作有关，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。（2）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。（3）排除故障

清理搭丝并修整插头。故障排除。实例4：W轴伺服报警故障分析故障现象：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。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轴伺服系统最上面的链路（图4-15三条链路中）。故障类型：硬件故障（滑板制动未释放——不动作成因）。

罗列成因：上面链路内的器件与连接、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