数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理

张丹锋

摘 要：数控机床在工作时常出现由于进给伺服系统原因造成的机床故障，此类故障出现的常见形式有爬行、抖动、伺服电动机不转、过载、工件尺寸无规律偏差等。针对这些典型故障，采用一定的机床维修技术，可以实现快速排除此类故障。

关键词：进给伺服系统爬行抖动 伺服电动机

数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象，以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节，它接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大后，由电动机经机械传动机构驱动机床的工作台或溜板沿某一坐标轴运动，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。

1.伺服进给系统常见故障形式

1.1 爬行

一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹、磨损、断裂等，造成滚珠丝杠转动或伺服电动机的转动不同步，从而使进给忽快忽慢，产生爬行现象。

1.2抖动

在进给时出现抖动现象，其可能原因有：1、接线端子接触不良，如紧固的螺钉松动；2、位置控制信号受到干扰，如屏蔽不好等；3、测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。如果窜动发生在正、反向运动的瞬间，则一般是由于进给传动链的反向间隙或者伺服系统增益过大引起。

1.3 过载

当进给运动的负载过大、参数设定错误、频繁正、反向运动以及进给传动链润滑状态不良时，均会引起过载的故障。此故障一般机床可以自行诊断出来，并在 CRT显示屏上显示过载、过热或过电流报警。同时，在进给伺服模块上用指示灯或者数码管显示驱动单元过载、过电流等报警信息。

1.4 伺服电动机不转

当速度、位置控制信号未输出、或者使能信号（即伺服允许信号，一般为DC+24V继电器线圈电压）未接通以及进给驱动单元故障都会造成此故障。此时应查阅电气图纸，测量数控装置的指令输出端子的信号是否正常，通过CRT观察I/O状态，分析机床 PLC梯形圖，以确定进给轴的启动条件，观察如润滑、冷却等是否满足。如是进给驱动单元故障则用交换法，可判断出相应单元是否有故障。2.进给伺服系统常见故障典型案例分析

案例1.故障现象：一台配套SIEMENS 840D系统的加工中心在自动加工过程中，Y轴有抖动现象，加工零件表面不光滑。

故障诊断与处理：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，在JOG方式下，来回移动Y轴，发现Y轴仍有振动现象。根据以上现象，分析可能的原因如下：

①电动机负载过大；②机械传动系统故障；③系统参数设置不合适；④伺服电动机故障；⑤反馈电缆故障等；

维修时首先检查系统参数（加速度、增益、积分时间等参数）的设定，发现与故障前的设定完全一致，因此可以初步判断，Y轴的抖动与参数的设定无关。为了进一步验证，维修时在记录了原设定参数前提下，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，将参数设定值重新回到原设定后，依据由易到难的原则，对进给伺服系统进行检查。首先对导轨润滑进行检查，导轨润滑正常，进一步检查丝杠、电机、联轴节部件，发现联轴节有松动现象，重新拧紧联轴节后，开机试验，故障现象消失，机床恢复正常工作。

案例2.故障现象：一台配套FIDIA C2系统数控立柱移动床身铣床，加工零件时零件表面产生波纹。

故障诊断与处理：依据故障现象，产生该故障可能有一下几方面的原因：

①机床系统参数设置不合理；②机床信号线、反馈线屏蔽不好；③驱动模块故障；④电动机故障；⑤传动皮带及轴承磨损故障；⑥导轨润滑故障；⑦装卸刀顶刀杆顶住主轴故障；

维修时首先检查系统参数，比较后发现系统参数未发生更改现象，修改参数反复试验故障依然存在，检查伺服模块、信号电缆，未发现故障；检查导轨、丝杠、轴承、均正常，当用手盘动主轴发现因反向空程引起主轴颤动，用百分表检测主轴有窜动现象，因此可以断定上述故障由主轴颤动引起，分解主轴发现主轴与铜套间隙较大，这直接影响了回转精度；更换主轴轴承并调整滚动轴承内外环间隙，使滚动体与轴承接触处产生初始弹性变形，防止间隙因使用过程载荷加大而加大，装配后试车该故障排除。

案例3. 故障现象：一台配套SIEMENS 840D 系统，采用全闭环控制数控龙门铣床，在自动加工过程中，发现所加工零件在Z方向上尺寸偏差0.3mm左右。

故障诊断与处理：根据故障现象，产生故障原因可能有以下几个方面：

①操作工对刀是否正确；②程序有无错误；③回零挡块有无松动；④伺服系统有无故障；⑤机械传动部分有无松动、间隙；

依据以上几方面的原因，逐项进行检查，因零件只是Z向偏差，首先检查对刀是否正确，经检查设置正确；检查程序未发现出错；利用PLC诊断功能，机床回零各I/O点状态正常；该设备配备SIEMENS 611D驱动，先检查位控板和位置检测元件，更换一新位控板，试验发现零件Z向尺寸偏差现象消失。至此该故障得以排除。

3.结语

数控机床进给伺服类故障在日常的维修工作中经常会遇到，其原因也是多方面的，在排除时要进行多方面的检测，耐心细致的分析和诊断，直至找出故障原因。

4.参考文献

[1] 王润孝.数控机床原理与系统.西安：西北工业大学出版社，1989.

[2] 任建平.现代数控机床故障诊断及维修.北京：国防工业出版社，2005.

[3] 徐衡.数控机床维修.沈阳：辽宁科学技术出版社，2005