数控机床伺服系统故障维修措施探讨

姚泰锋 王国成 姚海锋

摘要：数控机床的工作核心是伺服系统，数控机床伺服系统是机床机械传动部件与数控系统的枢纽，伺服系统在机床动态运行中处于频繁的启动、制动等动作过程，故障率是最高的，因此伺服系统的稳定性、可靠性，直接影响零件加工的质量和效率。如何解决数控机床维修技术难题是数控机床维修领域面临的重大问题。基于此，本篇文章对数控机床伺服系统故障维修措施进行研究，以供参考。

关键词：数控机床;伺服系统;故障维修;措施探讨

引言

随着机加工行业的蓬勃发展，许多老旧数控机床长期工作导致性能变差，控制技术落后，有的甚至不能工作。通过对数控车床的改造，可以用较少的投入、较短的周期改善机床的使用性能和功能，同时节约设备的购置费。因此，本文着重介绍数控车床进给伺服驱动系统的选型与改造，对今后机床的伺服系统改造有着积极的意义。

1数控机床伺服系统

数控机床伺服系统由驱动单元、执行件、机械传动部件和检测反馈环节等组成。数控机床伺服系统的类型，按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置，可分为开环数控系统和闭环数控系统;按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类，可分为直流伺服系统和交流伺服系统;按进给驱动和主轴驱动分类，可分为进给伺服和主轴伺服系统;按反馈比较控制方式分类有脉冲数字比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统。伺服系统将接收到的位移等信号，经过转换、放大处理后，由机械传动系统驱动相应的机床主轴和刀架进行工作，从而完成相应精度动作。

2进给伺服驱动的性能要求

数控车床的进给伺服系统是数控装置与车床执行部件的枢纽，数控车床性能的好坏在很大程度上是由进给伺服装置性能决定的，所以，进给驱动系统性能的开发和研究是本次数控车床改造的关键技术之一。进给伺服系统是通过编程指令或机床操作而生成脉冲指令，经过一系列处理反馈，最后实现数控车床刀具位置和运动速度的控制系统。它一般由位置控制、速度控制、伺服电动机、检测装置和机械传动机构组成。进给驱动系统性能的高低决定着数控车床质量的好坏，所以，数控车床对进给伺服系统各部件都有很高的要求，具体有以下几点：①调速范围宽;②输出位置精度高;③稳定性好;④动态响应快;⑤负载特性要硬;⑥响应速度快且无超调;⑦高性能电动机;⑧伺服系统的可靠性高，使用方便，维修购买成本低。

3数控机床伺服系统的故障类型

伺服进给系统故障。伺服进给系统是数控机床加工功能实施的重要装置，对于数控机床工作的稳定性影响很大，伺服进给系统包括了伺服电机、传动结构、控制系统等装置，而这些部位也是机械故障频发的部位。当伺服进给系统出现故障，可利用数控机床配套的PLC检测程序进行故障检查，并根据可能的故障问题对电机、检测开关、编码器、接线及其他电器元件进行电压、电流等检测，以确定故障原因，并对损坏的元件进行更换。

除了这些外，连接元件中的弹性变形也是影响系统动态性能的关键因素，比如联轴节等，一般说来，系统的刚性越好，系统的动态特性就越好，所以在优化之前先尽量在机械方面提高系统的刚性，比如检查联轴节的连接，丝杠的间隙等。

4数控机床伺服系统的常见故障处理

伺服环节是由电流环、速度环、位置环组成的，电流环、速度环的控制器是由比例积分调节器组成，是驱动的核心部分，因而速度环又是驱动优化的调整重点。进给伺服系统故障处理。（1）TMP指示灯红：检查驱动器是否过热，电动机是否过载。（2）DIS指示灯黄：检查驱动器使能信号（+ENA/-ENA）是否连接正确。（3）LED指示灯绿，电机不动：检查+INHIBIT和-INHIBIT端口是否接错，命令信号地和驱动器信号地是否相连。（4）电机转动，LED灯闪烁：检查电机相位设定开关是否正确，传感器电压值是否在范围值内。（5）驱动器LED灯不亮：检查供电电压是否小于最小电压值。（6）LED灯保持红色：检查驱动器输入电压是否过压、欠压，电动机相间是否短路，电动机是否过载发热。（7）传动系统定位精度不稳：检查丝杠螺母是否安装正确。（8）传动系统定位误差较大：检查丝杠螺距是否误差过大，电机与丝杠之间的连接是否松动。（9）电机失速：检查速度反馈极性是否接反，编码器电源是否失电。（10）参考点定位误差过大：检查接近开关是否安装正确，接近开关与检测体之间的间隙是否足够，接近开关是否出现故障。（11）螺纹加工不能重复：检查主轴与主轴编码器间的机械连接是否正常。（12）电机高速旋转时出现偏差计数器溢出错误：检查电机、电缆是否有破损，动力电缆和编码器电缆的配線是否正确，电机偏差计数器溢出是否错误，增益设置是否正确，电机负载是否在允许范围内。（13）返回参考点动作不正确：检查逻辑接近开关是否要更换，触点开关是否复位。（14）电机在一个方向上比另一个方向跑得快：检查无刷电机相位是否搞错，测试/偏差开关是否打在测试位置，偏差电位器位置是否正确。（15）伺服电机在有脉冲输出时不运转：检查控制模式是否处于位置控制模式，编码器电缆线是否配置错误，带制动器的伺服电机其制动器是否已经打开，Run指令是否正常，监视控制器面板确认脉冲指令是否输入，监视控制器脉冲是否正常输出，输入脉冲与指令脉冲的设置是否一致，偏差计数器复位信号是否输入。

5数控机床故障修复的合理性分析

数控机床的故障维修过程有多种方式，例如经验分析、故障码分析、仪器检测、综合检测等。对于数控机床的故障问题，要采用合理的方式进行维修，才能既保证维修质量又节省维修成本。总体来讲为保证数控机床维修的合理性，要注意以下几方面问题，一是根据故障问题的表征合理选择维修方式，对于简单的表面故障则不必采用仪器设备进行检测确定，而对于复杂的机械结构或系统问题，不能单纯采用简单的判断就加以处理，对于故障问题的判断与检测要做到科学合理;二是对于机械零件的损坏故障，要先针对故障产生的原因进行分析，然后判断故障零件的合理处置方式，对于可以修复的零件，在修复成本相对合理的条件下，则应选择修复，而对于难以修复或修复成本过高的零件，则应选择优质零件进行更换;三是数控机床故障的维修过程要遵循规范操作程序，并由专业的维修人员完成，确保维修过程零件拆装的合理性，避免零件拆装过程中造成新的损伤或结构不合理问题;四是软件系统故障应由专业的软件维护人员执行，不专业的软件调整可能造成更严重的故障问题。

结束语

数控车床进给伺服驱动系统改造研究，就是利用进给驱动系统的性能要求来合理选择CK-6140数控车床的伺服控制系统、伺服电动机、驱动器以及工作电源。数控机床是国家制造业发展保障，解决好机床维修问题可极大助推国家经济发展，本文简单介绍了数控机床伺服系统故障类型、故障维修方法，着重讲述了数控机床伺服系统的常见故障维修措施，为数控机床故障维修提供一些借鉴。

参考文献

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