伺服系統(tǒng)(Servo system)是數(shù)控機(jī)床的主要組成部分，由于它和機(jī)械部分有聯(lián)接，所以出現(xiàn)故障的機(jī)會相對多一些。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、調(diào)整與放大后，由電動機(jī)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過多軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。因此伺服系統(tǒng)故障是整個數(shù)控機(jī)床故障的一個重要部分。下面將結(jié)合實際工作中數(shù)控機(jī)床的故障現(xiàn)象，對伺服系統(tǒng)常見故障形式及診斷方法進(jìn)行探討。

1 參數(shù)設(shè)定錯誤故障

　　1)故障現(xiàn)象：1臺配備有FANUC 16M數(shù)控系統(tǒng)的加工中心，在啟動完成進(jìn)入可操作狀態(tài)后，X軸只要一運動就出現(xiàn)高頻振蕩，產(chǎn)生尖叫，系統(tǒng)無任何報警。

　　2)分析與處理過程：在故障出現(xiàn)后，觀察X軸拖板，發(fā)現(xiàn)實際上拖板振動位移很小；但觸摸輸出軸可感覺到轉(zhuǎn)子在以很小的幅度、極高的頻率振動，且振動的噪聲就來自X軸伺服單元模塊。

　　考慮到振動無論是在運動中還是在靜止時均發(fā)生，與運動速度無關(guān)，因而基本上可以排除測速發(fā)電機(jī)、位置反饋編碼器等硬件損壞的可能性。

　　分析該振動可能是CNC系統(tǒng)中與伺服驅(qū)動有關(guān)的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)引起的，且由于機(jī)床振動頻率很高和電流環(huán)時間常數(shù)小導(dǎo)致。

　　由于FANUC 16M采用的是數(shù)字伺服，其參數(shù)的調(diào)整可以直接通過系統(tǒng)進(jìn)行。維修時調(diào)出伺服調(diào)整參數(shù)界面，并與機(jī)床隨機(jī)資料中提供的參數(shù)表對照，發(fā)現(xiàn)參數(shù)PARNl852、PARMl825與提供值不符，設(shè)定值見表1。將上述參數(shù)重新修改后，振動現(xiàn)象消失，機(jī)床恢復(fù)正常工作。

2 編碼器故障

　　1)故障現(xiàn)象：某采用FANUC 0T數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床，開機(jī)后只要Z軸一移動，就出現(xiàn)劇烈振蕩，CNC無報警，機(jī)床無法正常工作。

　　2)分析與處理過程：經(jīng)仔細(xì)觀察、檢查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床的Z軸在小范圍(2.5 mm以內(nèi))移動時，工作正常，運動平穩(wěn)無振動；但一旦超過以上范圍，機(jī)床即發(fā)生激烈振動。

　　根據(jù)這一現(xiàn)象分析，系統(tǒng)的位置控制部分以及伺服驅(qū)動器本身應(yīng)無故障，初步判定故障在位置檢測器件，即脈沖編碼器上。

　　考慮到機(jī)床為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，維修時通過更換電動機(jī)進(jìn)行了確認(rèn)，判定故障原因是由于脈沖編碼器的不良引起的。

　　為了深入了解引起故障的根本原因，維修時作了以下分析與試驗。

　　a．在伺服驅(qū)動器主回路斷電的情況下，手動轉(zhuǎn)動電動機(jī)軸，檢查系統(tǒng)顯示，發(fā)現(xiàn)無論電動機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，系統(tǒng)顯示器上都能夠正確顯示實際位置值，表明位置編碼器的A、B、*A、*B信號輸出正確。

　　b．由于本機(jī)床Z軸絲杠螺距為5 mm，只要Z軸移動2 mm左右即發(fā)生振動，因此，故障原因可能與電動機(jī)轉(zhuǎn)子的實際位置有關(guān)，即脈沖編碼器的轉(zhuǎn)子位置檢測信號C1、C2、C4、C8信號存在不良。根據(jù)以上分析，考慮到Z軸可以正常移動2．5mm左右，相當(dāng)于電動機(jī)實際轉(zhuǎn)動180。，因此，進(jìn)一步判定故障的部位是轉(zhuǎn)子位置檢測信號中的C8存在不良。

　　按照上例同樣的方法，取下脈沖編碼器后，根據(jù)編碼器的連接要求(見表2)，在引腳N／T、J／K上加載DC5 V后，旋轉(zhuǎn)編碼器軸，利用萬用表測量C1、C2、C4、C8，發(fā)現(xiàn)C8的狀態(tài)無變化，確認(rèn)了編碼器的轉(zhuǎn)子位置檢測信號C8存在故障。

　　進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，編碼器內(nèi)部的C8輸出驅(qū)動集成電路已經(jīng)損壞；更換集成電路后，重新安裝編碼器，并按上例同樣的方法調(diào)整轉(zhuǎn)子角度后，機(jī)床恢復(fù)正常。

3 伺服電動機(jī)故障

　　1)故障現(xiàn)象：1臺配有FANUC FS-11M系統(tǒng)的加工中心，產(chǎn)生SV023和SV009報警。

　　2)分析與處理過程：SV023報警表示伺服電動機(jī)過載，產(chǎn)生的原因是電動機(jī)負(fù)載太大；速度控制單元的熱繼電器設(shè)定錯誤；伺服變壓器熱敏開關(guān)不良；再生反饋能量過大；速度控制單元印制線路板上設(shè)定錯誤。

　　SV009報警表示移動時誤差過大，產(chǎn)生的原因是：數(shù)控系統(tǒng)位置偏差量設(shè)定錯誤；伺服系統(tǒng)超調(diào)；電源電壓太低；位置控制部分或速度控制單元不良；電動機(jī)輸出功率太小或負(fù)載太大等。

　　綜合上述2種報警產(chǎn)生的原因，電動機(jī)負(fù)載過大的可能性最大。測定機(jī)床空運行時的電動機(jī)電流，結(jié)果顯示超過電動機(jī)的額定電流。將該伺服電動機(jī)拆下，在電動機(jī)不通電的情況下，用手轉(zhuǎn)動電動機(jī)輸出軸，結(jié)果轉(zhuǎn)動很費勁，這表明電動機(jī)的磁鋼有部分脫落，造成了電動機(jī)超載。

4 伺服驅(qū)動器故障

　　1)故障現(xiàn)象：采用FANUC 0M數(shù)控系統(tǒng)的立式／jn-r中心，在加工過程中，出現(xiàn)ALM414報警，a伺服驅(qū)動器顯示報警8。

　　2)分析與處理過程：該機(jī)床采用的是FANUCa系列數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)，系統(tǒng)ALM414報警的含義為X軸的數(shù)字伺服系統(tǒng)錯誤。a驅(qū)動器顯示8，表示L軸(在機(jī)床上為X軸)過電流。

　　根據(jù)報警顯示內(nèi)容，通過機(jī)床自診斷功能，檢查診斷參數(shù)DGN720，發(fā)現(xiàn)其第4位為“1”，即X軸出現(xiàn)過電流(HCAL)報警。FANUC數(shù)字伺服X軸產(chǎn)生HCAL報警的原因主要有：X軸伺服電動機(jī)的電樞線產(chǎn)生錯誤；伺服驅(qū)動器內(nèi)部的晶體管模塊損壞；X軸伺服電動機(jī)繞組內(nèi)部短路；伺服驅(qū)動器的主板PCB損壞。

　　根據(jù)故障情況，由于發(fā)生故障前機(jī)床可以正常工作，故基本可以排除X軸伺服電動機(jī)聯(lián)接錯誤的可能性。

　　測量X軸伺服電動機(jī)的電樞繞組，發(fā)現(xiàn)三相繞組電阻相同，阻值在正常的范圍，故可以排除電動機(jī)繞組內(nèi)部短路的原因。

　　檢查伺服驅(qū)動器內(nèi)部的晶體管模塊，用萬用表測得電源輸入端的相間電阻只有6 Q，低于正常值。因此，可以初步判定驅(qū)動器內(nèi)部晶體管模塊損壞。經(jīng)仔細(xì)檢查確認(rèn)晶體管模塊已經(jīng)損壞；更換一晶體管模塊后，故障排除。

5 速度控制單元故障

　　1)故障現(xiàn)象：1臺配有FANUC 7M系統(tǒng)的立式加工中心，開機(jī)時，系統(tǒng)出現(xiàn)ALM05、07和37號報警。

　　2)分析與處理過程：FANUC 7M系統(tǒng)ALM05報警的含義是系統(tǒng)處于急停狀態(tài)；ALM07報警的含義是伺服驅(qū)動系統(tǒng)未準(zhǔn)備好；ALM37是y軸位置誤差過大報警。分析以上報警，ALM05報警是由于系統(tǒng)急停信號引起的，通過檢查可以排除；ALM07報警是系統(tǒng)中的速度控制單元未準(zhǔn)備好，可能的原因有：電動機(jī)過載；伺服變壓器過熱；伺服變壓器保護(hù)熔斷器熔斷；輸入單元的EMG(INl)和EMG(IN2)之間的觸點開路；輸入單元的交流100 V熔斷器熔斷(F5)；伺服驅(qū)動器與CNC間的信號電纜連接不良；伺服驅(qū)動器的主接觸器(MCC)斷開。

　　ALM37報警的含義是位置跟隨誤差超差。綜合分析以上故障，當(dāng)速度控制單元出現(xiàn)報警時，一般均會出現(xiàn)ALM37報警，因此故障維修應(yīng)針對ALM07報警進(jìn)行。

　　在確認(rèn)速度控制單元與CNC、伺服電動機(jī)的連接無誤后，考慮到機(jī)床中使用的X、y、Z伺服驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全一致，為了迅速判斷故障部位，加快維修進(jìn)度，維修時首先將X、Z 2個軸的CNC位置控制器輸出連線XC(Z軸)和XF(y)軸以及測速反饋線XE(Z軸)與XH(y軸)進(jìn)行了對調(diào)。這樣，相當(dāng)于用CNC的y軸信號控制Z軸，用CNC的Z軸信號控制Y軸，以判斷故障部位是在CNC側(cè)還是在驅(qū)動側(cè)。經(jīng)過以上調(diào)換后開機(jī)，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象不變，說明本故障與CNC無關(guān)。

　　在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步判別故障部位，區(qū)分故障是由伺服電動機(jī)還是驅(qū)動器引起的，維修時再次將Y、Z軸速度控制單元進(jìn)行了整體對調(diào)。經(jīng)試驗，故障仍然不變，從而進(jìn)一步排除了速度控制單元的原因，將故障范圍縮小到y(tǒng)軸直流伺服電動機(jī)上。為此，拆開了直流伺服電動機(jī)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該電動機(jī)的內(nèi)裝測速發(fā)電機(jī)與伺服電動機(jī)間的聯(lián)接齒輪存在松動，其余部分均正常。將其聯(lián)接緊固后，故障排除。

　　通過以上5個實例可以發(fā)現(xiàn)，伺服系統(tǒng)的故障診斷，雖然由于伺服驅(qū)動系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的不同，在具體做法上可能有所區(qū)別，但其基本檢查方法與診斷原理卻是一致的。

6 結(jié)語

　　根據(jù)我們的維修經(jīng)驗，檢查伺服系統(tǒng)的故障首先應(yīng)該分析數(shù)控系統(tǒng)報警信息以及伺服系統(tǒng)的報警指示，仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象，根據(jù)伺服系統(tǒng)的工作原理和機(jī)床的電氣原理圖，對可疑的故障點逐一檢查排除，在有條件的情況下采取互換法，最終確認(rèn)故障原因，從而排除機(jī)床故障，提高數(shù)控機(jī)床的使用效率。