数控步进系统升级改造中常见问题处理

肖 恂

（山西平阳重工机械有限责任公司机动工程部，山西侯马 043000）

1 问题

公司有多台数控车床，其驱动器和电机的控制方式均采用的是步进，精度相对较低，稳定性较差；加之已使用年份比较长，备件采购逐渐困难，公司决定将系统升级换代，改造成伺服系统，采用伺服驱动器和交流伺服电机。改造升级后具有5个优点。

（1）将开环系统升级成半闭环系统，解决步进电机丟步或过冲现象，以提高控制精度。

（2）步进电机低速时易出现低频振动现象，而交流伺服电机运转则非常平稳。

（3）步进电机一般不具有过载能力，而交流伺服电机具有较强的过载能力。

（4）交流伺服电机速度响应快。

（5）所采用的硬件都是目前市场上的主流产品，备件的购买和替换方便。

2 硬件配置

步进系统升级为伺服系统，其驱动器和电机都需要更换为伺服驱动器和交流伺服电机；数控系统对步进和伺服工作方式都支持，所以不用更换，这可节省部分成本；机械部分如精度能保证则不用调整。

3 安装调试步骤

（1）按照机床规格要求，安装相匹配的伺服驱动器和伺服电机，用厂家配套提供的电机动力线和编码器线将它们先连接起来。

（2）NC数控系统与伺服驱动器之间的控制电缆，需要重新制作，因为车床是两轴系统，所以必须制作2根。分别查阅数控系统的轴驱动接口与伺服驱动器接受指令接口的功能定义说明，制作电缆，接线方式如图1所示，其中，EN1为使能信号输出，ERR为报警信号输入，CP-，CW-为脉冲信号输出，REF为参考点信号输入，RDY为伺服准备好信号输入。

（3）主轴正反转、调速控制，冷却控制、液压控制和尾座控制按照原先的接线方式安装即可。

4 系统调试遇到的问题及解决思路

（1）电柜通上电后，数控系统显示——伺服驱动器报警。打开电柜，实际观察驱动器数码显示窗口，为“0”，无报警，故可以确认此报警为误报警，应该是电平极性设置问题。排除方法：查阅伺服驱动器说明书，找到PA57参数——“输出端子取反控制字”，将出厂默认值“0000”改为“0010”。意思是ALM伺服报警参数取反，保存设置后，按下“RESET”键，报警消失。

（2）手动操作X/Z轴进给键，机床X/Z轴无动作。操作中，观察数控系统屏幕，X/Z轴坐标显示移动，说明系统已向伺服驱动器发出移动指令脉冲，再观察驱动器数码显示窗口，则始终显示初始状态“0”（此时应显示实际速度）。

解决办法：先排除外围硬件及机械故障，然后检查控制信号及参数设置问题。

图1 接线方式

（1）先排除伺服驱动器、伺服电机和丝杠等机械部分故障。将伺服驱动器的控制方式设为“试运行控制方式”——PA4设为“2”。选择菜单“Sr”，进入试运行方式。这样操作目的是，伺服驱动器、伺服电机和丝杆独立成一系统，脱离了数控系统的控制，便于判定故障区域。此时，按下增减键，看电机是否能够旋转。实际操作后，如X/Z轴都能够移动，这就说明并非伺服驱动器、伺服电机、机械传动的故障。

（2）在数控系统的控制下，检查伺服驱动器是否有输出。将控制方式重新设为“位置控制方式”——PA4设为“0”。用数字万用表的交流电压挡测量驱动器的三相输出端，继续在数控系统面板上操作手动移动X/Z轴的按键，测量结果为“0”，可以确认伺服驱动器并没有向电机输出电压。

（3）重点检查数控系统发出的使能信号。既然数控系统已经向伺服驱动器输出控制脉冲信号，但驱动器并没有按预想方式工作，硬件也保证是正常的，判定可能是控制信号出了问题，即“使能信号”。可能驱动器并没有被使能。解决办法：打开数控系统的I/O端口，查阅“EN1”信号，发现是“0”电平，说明数控系统并没有向伺服驱动器输出使能信号，所以造成驱动器并不受控。再打开数控系统位参数设置，将B31——开机自检，系统则向伺服驱动器输出“ENABLE”信号，此时默认值“0”应改为“1”。重新启动系统，再查阅数控系统I/O端口“EN1”信号，发现为“1”电平了。这时，再操作X/Z轴的移动按键，轴便开始移动了，故障解除。

（4）对X/Z轴分别进行打表测量，修改2个伺服驱动器的电子齿轮比，使坐标和实际位置动作一致。到此调试完成，问题也得以解决，机床以全新的状态正常工作使用了。

5 收获

升级改造达到预期目的，增强了系统的稳定性，提高了控制精度。总结调试经验，充分运用“试运行控制方式”和“I/O端口使能信号检查”的功能，解决调试中遇到的问题一法，可供同行借鉴。