数控机床的调试及故障排除_百度文库
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数控车床故障诊断与维修
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数控机床传动系统故故障浅析毕业论文
摘要传动系统要求快速精密，不容许出现任何的故障，因其长时间的运行或人为误操作而使其精度 下降导致其发生故障需进行排除，但我国数控业发展时间比制造业先进国家晚、维修水平也较低， 维修人员综合技术技能较低，针对现阶段我国数控机床维修现状有必要深入研究数控机床的构造原 理及其运行过程中可能发生的故障，以便更快、更好的提高数控机床的维修技能。 本文主要论述数控机床传动系统的故障及消除措施的相关内容。深入研究了数控机床主传动系 统故障并对数控机床主传动系统的组成和进给传动系统的组成、及其工作原理进行了深入探究。并 根据其组成结构和工作特点， 分析了对数控传动系统长期运行或人为误操作而引发的各种常见故障。 通过典型故障实例进一步论证其理论依据。 本文将对数控机床传动系统进行了较深入研究探讨，可能发生的故障进行理论论证。本文对数 控机床维修业有一定的参考价值，对数控机床维修人员技能提高有一定的理论指导作用。关键词：数控机床传动系统，故障，诊断，维修目录引言…………………………………………………………………………………………………..1 第一章数控机床主传动系统主要部件的介绍及维护………………………..…..21.1 主轴的介绍………………………………………………………………………….………2 1.2 主轴的结构…………………………………………………………………………….……3 1.3 主轴的工作原理....................................................................................................................4 1.4 FANUC 系统模拟量主轴驱动装置与维护……………………………………..….……6 1.5 FANUC 系列串行数字主轴驱动系统与维护……………………………….…….……11本章小结……………………………………………………………………………………..………...13第二章数控机床主传动系统常见故障诊断与维修……………………………….142.1 数控机床主传动系统常见故障诊断与维修的一般步骤………………………..…14 2.2 数控机床主传动系统常见故障诊断与维修…………………………………………14 2.3 常见故障实例分析..............................................................................................................15本章小结…………………………………………………………………………………………....…18第三章进给传动的故障诊断………………………………………………………………193.1 进给系统的结构…………………………………………………………………………..19 3.2 进给系统的工作原理……………………………………………………………..………20 3.3 进给驱动系统故障诊断………………………………………………………………..…20 3.4 进给系统常见故障及排除………………………………………………………………25 3.5 进给系统故障实例………………………………………………………………………..35本章小结………………………………………………………………………………………………38结论…………………………………………………………………………………………….……39 参考文献……………………………………………………………………………………..……40 谢词……………………………………………………………………………………….…………41数控机床传动系统的故障浅析-1-引言数控车床又称数字控制（Numerical control，简称 NC）机床。它是基于数字控制 的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置， 数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。 数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有 以下特点： 1)．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了 简化。 2)．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度， 阻尼精度及耐磨性，热变形较小。 3)．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC 装置是数控车床的核心，用于实 现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各 种控制功能。 数控技术是现代机械制造工业的重要技术装备，也是先进制造技术的基础技术装 备。随着电子技术的不断发展，数控机床在我国的应用越来越广泛，但由于数控机床系 统及其复杂，又因大部分具有技术专利，不提供关键的图样和资料，所以数控机床的维 修成为了一个难题。论文将涉及数控机床简单介绍、故障现象描述或给出典型实例、故 障的成因的分析和论证、故障诊断过程及消除故障的措施等内容。数控机床传动系统的故障浅析-2-第一章数控机床主传动系统主要部件的介绍及维护1.1 主轴的介绍1.1.1 数控机床主传动系统大致可以分四类 (1)电主轴： 电主轴通常作为现代机电一体化的功能部件，装备在高速数控机床上。其主轴部件 结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，有利于控制振动和噪声； 缺点是制造和维护困难且成本较高。数控机床电动机运转产生的热量直接影响主轴，主 轴的热变形严重影响机床的加工精度，因此合理选用主轴轴承以及润滑、冷却装置十分 重要。 (2)带有变速齿轮的主传动： 这种配置方式大、中型数控机床采用较多。数控机床它通过少数几对齿轮降速，使 之成为分段无极变速，确保低速大转矩，以满足主轴输出转矩特性的要求。 (3)经过一级变速的主传动： 一级变速目前多用 V 带或同步带来完成，其优点是结构简单安装调试方便，且在 一定程度上能够满足转速与转矩输出要求，但主轴调速范围比仍与电动机一样，受电动 机调速范围比的约束。 (4)电动机与主轴直联的主传动： 其优点是结构紧凑，但主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性一致，因而使 用上受到一定限制 1.1.2 数控机床主传动系统的的要求 数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统， 它的性能直接决定了加工工件的表面 质量，它结构复杂，机、电、气联动，故障率较高，它的可靠性将直接影响数控机床的 安全和生产率。因此，在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得很重要数控机床 主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(CNC)的 S 码速度 指令及 M 码辅助功能指令， 驱动主轴进行切削加工。 它包括主轴驱动装置、 主轴电动机、 主轴位置检测装置、传动机构及主轴。通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所 对应的机床是车床类；主轴驱动切削刀具旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类 1.1.3 全功能数控机床的主传动系统大多采用无级变速 目前，无级变速系统根据控制方式的不同主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两 种，一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱数控机床传动系统的故障浅析-3-内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。 另外根据主轴速度控制信号的不同可 分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字控制的主轴驱动装置两类。 模拟量控制的的 主轴驱动装置采用变频器实现主轴电动机控制， 有通用变频器控制通用电机和专用变频 器控制专用电机两种形式。目前大部分的经济型机床均采用数控系统模拟量输出+变频 器+感应（异步）电机的形式，性价比很高，这时也可以将模拟主轴称为变频主轴。串 行主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的 611 系列，日本发 那克公司的 α 系列等。1.2 主轴的结构主轴部件是机床的关键部件，它包括主轴、主轴支承、传动件及刀具、工件夹紧机 构等。机床工作时，由主轴夹持工件或刀具，直接参加表面成形运动，所以主轴部件的 结构 和性能对加工精度和生产率有重要的影响。 1.2.1 主轴轴承的配置 每一个传动轴均要轴向径向定位，合理配置主轴的轴承，对提高主轴部件的精度和 刚度，降低支承温升，简化支承结构有很大的作用。主轴的前后支承均应有承受径向载 荷的轴承，承受轴向力的推力轴承的配置，则主要根据主轴部件的工作精度、二刚度、 温升和支承结构的复杂程度等因素考虑。 1.2.2 主轴部件常用滚动轴承的类型 机床主轴用的轴承， 有滚动和滑动两大类。 滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很 大的条件下稳定地工作；可在无间隙，甚至在预紧(有一定的过盈量)的条件下工作； 摩擦因数小，有利于减少发热；润滑容易，可以用脂润滑；滚动轴承是由轴承厂生产 的，可以外购。滚动轴承的缺点是：滚动体的数量有限，所以滚动轴承在旋转中的径 向刚度是变化的，这是引起振动的原因之一；滚动轴承的阻尼较低；滚动轴承的径向 尺寸比滑动轴承大。 数控机床的主轴多数采用滚动轴承。 特别是立式主轴， 用滚动轴承可以采用脂润 滑以避免漏油。 只有要求加工表面粗糙度数值很小， 主轴又是水平的机床如外圆和平 面磨床、高精度机床等才用滑动轴承。主轴组件的抗振性主要决定于前轴承。因此， 也有的主轴前支承用滑动轴承，后支承和推力轴承用滚动轴承。 主轴轴承，应根据精度、刚度和转速选择。为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应 该是可调的，这是主轴轴承主要的特点。线接触的滚子轴承，比点接触的球轴承刚度 高，但一定温升下允许的转速较低数控机床传动系统的故障浅析-4-1.3 主轴的工作原理采用直流或交流调速电动机的主运动无级变速系统中，主轴的正、反启动与停止制 动是直接控制电动机来实现的， 主轴转速的变换则由电动机转速的变换与齿轮有级变速 机构的变换相配合来实现。为了获得主轴的某一转速，必须接通相应的分级变速级和电 动机的调压变速或调磁变速。理论上说电动机的转速可以无级变换，但是，主轴转速的 S 二位代码最多只有 99 种，即使是使用 S 四位代码直接指定主轴转速，也只能分级递 增，而且分级越多指令信号的个数越多，更难于实现。因此，实际上还是将主轴转速接 等比数列分 成若干级（一般最多不超过 99 级） ，根据主轴转速的 S 代码发出的调速信 号来实现主轴的自动换速。电动机的调压或调磁变速，由电动机的驱动电路根据转速指 令电压信号来变换。齿轮分级变速则采用液压或电磁离合器等自动变速机构实现 1.3.1 普通笼型异步电动机配齿轮变速箱 这是最经济的一种方法主轴配置方式，但只能实现有级调速，由于电动机始终工作 在额定转速下，经齿轮减速后，在主轴低速下输出力矩大，重切削能力强，非常适合粗 加工和半精加工的要求。如果加工产品比较单一，对主轴转速没有太高的要求，配置在 数控机床上也能起到很好的效果；它的缺点是噪音比较大，由于电机工作在工频下，主 轴转速范围不大，不适合有色金属和需要频繁变换主轴速度的加工场合。 1.3.2 普通笼型异步电动机配简易型变频器 可以实现主轴的无级调速，主轴电动机只有工作在约 500 转/分钟以上才能有比较 满意的力矩输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况，一般会采用两挡齿轮或皮 带变速， 但主轴仍然只能工作在中高速范围， 另外因为受到普通电动机最高转速的限制， 主轴的转速范围受到较大的限制。 这种方案适用于需要无级调速但对低速和高速都不要求的场合，例如数控钻铣床。国内 生产的简易型变频器较多。 1.3.3 通笼型异步电动机配通用变频器 目前进口的通用变频器， 除了具有 U/f 曲线调节， 一般还具有无反馈矢量控制功能， 会对电动机的低速特性有所改善，配合两级齿轮变速，基本上可以满足车床低速 （100―200 转/分钟）小加工余量的加工，但同样受最高电动机速度的限制。这是目前 经济型数控机床比较常用的主轴驱动系统。 1.3.4 专用变频电动机配通用变频器 一般采用有反馈矢量控制，低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出，有些还具有 定向甚至分度进给的功能，是非常有竞争力的产品。以先马 YPNC 系列变频电动机为例，数控机床传动系统的故障浅析-5-电压：三相 200V、220V、380V、400V 可选；输出功率：1.5-18.5KW；变频范围 2-200Hz； （最高转速 r/min） ；30min150%过载能力；支持 V/f 控制、V/f+PG（编码器）控制、无 PG 矢量控制、有 PG 矢量控制。提供通用变频器的厂家以国外公司为主，如：西门子、 安川、富士、三菱、日立等。 中档数控机床主要采用这种方案，主轴传动两挡变速甚至仅一挡即可实现转速在 100―200r/min 左右时车、铣的重力切削。一些有定向功能的还可以应用与要求精镗加 工的数控镗铣床，若应用在加工中心上，还不很理想，必须采用其他辅助机构完成定向 换刀的功能，而且也不能达到刚性攻丝的要求。 安装电主轴的机床主要用于精加工和高速加工，例如高速精密加工中心。另外，在雕刻 机和有色金属以及非金属材料加工机床上应用较多， 这些机床由于只对主轴高转速有要 求，因此，往往不用主轴驱动器。 就电气控制而言，机床主轴的控制是有别于机床伺服轴的。一般情况下，机床主轴的控 制系统为速度控制系统，而机床伺服轴的控制系统为位置控制系统。换句话说，主轴编 码器一般情况下不是用于位置反馈的（也不是用于速度反馈的） ，而仅作为速度测量元 件使用，从主轴编码器上所获取的数据，一般有两个用途，其一是用于主轴转速显示； 其二是用于主轴与伺服轴配合运行的场合（如螺纹切削加工，恒线速加工，G95 转进给 等） 1.3.5 数控机床对主轴控制的要求 随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能满足要求。现代数控机床对主传 动提出了更高的要求： (1)调速范围各种不同的机床对调速范围的要求不同。 (2)主轴的旋转精度和运动精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下测量主轴前端和距离前端 300mm 处的径向圆跳动和端面圆跳动值。 (3)数控机床主轴的变速是依指令自动进行的，要求能在较宽的转速范围内进行无级调 速，并减少中间传递环节，简化主轴箱。目前主轴驱动装置的调速范围已达 1:100，这 对中小型数控机床已经够用了。 对于中型以上的数控机床， 如要求调速范围超过 1:100， 则需通过齿轮换挡的方法解决。 (4)要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴 电动机的最大功率，即恒功率范围要宽。由于主轴电动机与驱动的限制，其在低速段均 为恒转矩输出。为满足数控机床低速强力切削的需要，常采用分段无级变速的方法，即 在低速段采用机械减速装置，以提高输出转矩。数控机床传动系统的故障浅析-6-(5)要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力， 并且加减速时间短。 (6)为满足加工中心自动换刀以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控 制。 (7)在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴（C 轴）的控制功能。为满足上述要求， 数控机床常采用直流主轴驱动系统。但由于直流电动机受机械换向的影响，其使用和维 护都比较麻烦，并且其恒功率调速范围小。1.4 FANUC 系统模拟量主轴驱动装置与维护模拟量控制的主轴驱动装置常采用变频器实现控制。 数控车床主轴驱动以及普通机 床的改造中多采用变频器控制。作为主轴驱动装置用的变频器种类很多，下面以安川变 频器为例进行介绍。 1.4.1 安川变频器端子接线 主电路的功能是把固定频率（50/60Hz）的交流电转换成频率连续可调（0~400Hz） 的三相交流电。主电路主要包括交-直电路、制动单元电路、直-交电路。 安川变频器上的 R、S、T 三个端子为变频器的三相交流电输入端子。变频器输入接 线实际使用注意事项如下： 根据变频器输入规格选择正确的输入电源。 ① 变频器输入侧采用断路器(不宜采用熔断器)实现保护，其断路器的整定值应按变频 器的额定电流选择而不应按电动机的额定电流来选择。 ② 变频器三相电源实际接线无需考虑电源的相序。 ③ 1 和 2 用来接直流电抗器(为选件)，如果不接时，必须把 1 和 2 短接(出厂时,1 和 2 用短接片短接)。 安川变频器上的 U、V、W 三个端子为变频器的输出端子，这些端子直接与电动机相 连接。变频器输出接线实际使用注意事项如下： ① 输出侧接线须考虑输出电源的相序。 ② 实际接线时，决不允许把变频器的电源线接到变频器的输出端。 ③ 一般情况下，变频器输出端直接与电动机相连，无需加接触器和热继电器。 B1 和 B2 端子用于外接制动电阻，外接制动电阻的功率与阻值应根据电动机的额定电流 来选择。 1.4.2 CNC 系统与安川变频器的信号流程数控机床传动系统的故障浅析-7-图 3 为某数控车床主轴驱动装置的接线图，以该图为例具体说明 CNC 系统，数控机 床与变频器的信号流程与功能。图 3 某数控车床主轴驱动装置的接线图（1）CNC 到变频器的信号 ①主轴正转信号(1-11)、主轴反转信号(2-11) 用于手动操作(JOG 状态)和自动状态(自动加工 M03、M04、M05)中，实现主轴的正 转、反转及停止控制。系统在点动状态时，利用机床面板上的主轴正转和反转按钮发出 主轴正转或反转信号，通过系统 PMC 控制 KA8、KA9 的通断，向变频器发出信号，实现 主轴的正反转控制，此时主轴的速度是由系统存储的 S 值与机床主轴的倍率开关决定 的。系统在自动加工时，通过对程序辅助功能代码 M03、M04、M05 的译码，利用系统的 PMC 实现继电器 KA8 和 KA9 的通断控制，从而达到主轴的正反转及停止控制，此时的主 轴速度是由系统程序中的 S 指令值与机床的倍率开关决定的。 ②系统故障输入(3-11) 当数控机床系统出现故障时，通过系统 PMC 发出信号控制 KAl3 获电动作，使变频器停 止输出，实现主轴自动停止控制，并发出相应的报警信息。如机床自动加工时，进给驱 动系统突然出现故障，主轴也能自动停止旋转，从而防止打刀事故的发生。 ③系统复位信号(4-11) 当系统复位时，通过系统 PMC 控制 KA14 获电动作，进行变频器的复位控制。如变频器 受到干扰出现报警时，可以通过系统 MDI 键盘的复位键(RESET)进行复位，而不用切断 系统电源再重新上电进行复位。 ④主轴电动机速度模拟量信号(13-17) 用来接收系统发出的主轴速度信号(模拟量电压信号)，实现主轴电动机的速度控制。在数控机床传动系统的故障浅析-8-FANUC 0-TD 系统中，系统把程序中的 S 指令值与主轴倍率的乘积转换成相应的模拟量 压(0～10V)，通过系统存储板接口 M26 的 7-20，输送到变频器 13-17 的模拟量电压频 率给定端，从而实现主轴电动机的速度控制。 ⑤主轴点动信号(7-11) 系统在点动状态时，通过机床面板的主轴点动按钮实现主轴点动修调控制，此时主轴点 动的速度是由变频器功能参数 H1-05 设定。 （2）变频器到 CNC 的信号(通过系统的 PMC) ①变频器故障输入信号(19-20) 当变频器出现任何故障时，数控系统也停止工作并发出相应的报警(机床报警灯亮及发 出相应的报警信息)。主轴故障信号是通过变频器的输出端 19-20(正常时为“通” ，故 障时为“断”)发出，再通过 PMC 向系统发出急停信号，使系统停止工作。 ②主轴速度到达信号(26-27) 数控机床自动加工时，主轴速度到达信号实现切削进给开始条件的控制。当系统的功能 参数(主轴速度到达检测)设定为有效时，系统执行进给切削指令(如 G01、G02、G03 等) 要进行主轴速度到达信号的检测， 即系统通过 PMC 检测来自变频器输出端 26-27 发出的 频率到达信号，系统只有检测到该信号，切削进给才能开始，否则系统进给指令一直处 于待机状态。 ③主轴零速信号(25-27) 当数控车床的卡盘采用液压控制(通过机床的脚踏开关)时， 主轴零速信号用来实现主轴 旋转与液压卡盘的连锁控制。 只有主轴速度为零时， 液压卡盘控制才有效； 主轴旋转时， 液压卡盘控制无效。 （3）变频器到机床侧的信号 ①主轴速度表的信号 变频器把实际输出频率转换成模拟量电压信号(0～10V)，通过变频器输出接口(22-21) 输出到机床操作面板上的主轴速度表(模拟量表或数显表)，实现主轴速度的监控。 ②主轴负载表的信号 变频器把实际输出电流转换成模拟量电压信号(0～10V)，通过变频器输出接口(22-23) 输出到机床操作面板上的主轴负载表(模拟量表或数显表)，实现主轴负载的监控。 1.4.3 变频器参数的设定 （1）安川变频器为多功能变频器，按其功能不同，参数分为 9 个功能组，A 组参 数为环境设定功能参数；B 组为应用功能参数；C 组为调整功能参数；D 组为频率指令数控机床传动系统的故障浅析-9-取样功能参数；E 组为电动机功能参数；F 组为变频器选择功能参数；H 组为外部端子 功能参数；L 组为保护功能参数；O 组为操作器功能参数。下面具体说明变频器参数的 含义及设定，没有提到的功能参数按出厂时的标准设定。 ①A 组参数 主要用来选择操作器的语种显示、 参数存取级别、 控制方式、 参数初始化的方式等。 A1-00 显示语种选择： “0”为英语， “1”为日语。实际设定为“0” 。 A1-01 参数存/取选择： “0”为监控专用参数， “1”为用户选择参数， “2”为试运行参 数， “3”为通常使用参数， “4”为所有参数。实际设定为“4” 。 Al-02 控制方式选择： “0”为 U/F 控制， “1”为带反馈的 U/F 控制， “2”为开环矢量控 制， “3”为(带反馈)闭环矢量控制。目前，数控机床可以设定为“0”不带速度反馈的 U/F 控制和设定为“2”的不带速度反馈的矢量控制两种控制方式。开环矢量控制时， 必须正确设定电动机的相关参数(电动机的空载电流、定子绕组的电阻、定子回路的阻 抗等)，才能准确实现电动机的矢量控制。 Al-03 参数初始化功能： “0” 为参数初始化结束； “1110” 为用户参数初始化； “2220” 为 2 线制的初始化（恢复变频器出厂值的设定）“3330”为 3 线制的初始化。此功能参 ； 数应用于实际变频器出现软件不良时进行参数初始化操作。 ②B 组参数 主要用于应用功能选择，如变频器的频率给定方式选择、启动和停止方式的选择、 PID 控制方式的设定、节能方式等。 B1-01 频率指令选择： “0”为面板给定(通过面板的增加和减少键给定频率)， “1”为外 部端子给定(由模拟量电压给定频率)。实际设定为“1” ，变频器的输出频率是由输入端 13-17 的模拟电压（0~10V）调整的。 B1-02 运行指令选择： “0”为面板控制(由面板的 RUN 和 STOP 键控制)， “1”为端子控 制(由输入端子 1-11 和 2-11 控制)。实际设定为“1” 。 B1-03 停止方式选择： “0”为减速停止， “1”为自由停止， “2”为直流制动停止。实际 设定为“0” 。 B1-04 反转禁止选择： “0”为可以反转， “1”禁止反转。实际设定为“0” 。 ③C 组参数 主要用来设定电动机的加/减速时间、加减速方式、转差补偿频率等。 C1-01 加速时间设定：设定范围为 0.1-600.0 s。根据电动机的负载惯性来调整设定， 如果加速时间设定过短，将会引起过电流报警。实际设定为 1 s。数控机床传动系统的故障浅析- 10 -C1-02 减速时间设定：设定范围为 0.1-600.0 s。根据电动机的负载惯性来调整设定， 如果减速时间设定过短，将会引起过电压报警。实际体设定为 1 s。④E 组参数 主要用来设定电动机 U/F 控制功能的有关参数、电动机技术参数等。 ④L 组参数 主要用来设定电动机的保护功能。 L1-01 电动机的电子热保护功能选择： “0”为电动机电子热保护无效， “1”为电动机电 子热保护有效。实际设定为“1” 。 L1-02 电动机电子热保护动作时间：设定范围为 0.1～5.0min。实际设定为 l min。 （2）变频器编程器的操作 变频器编程器不仅可以进行功能参数的设定及修改，而且可以显示报警信息、故障发生 时的状态（如故障时的输出电压、频率、电流等）及报警履历等，这些内容都是通过编 程进行显示的。图 4 为安川变频器的编程器面板。其操作键的功能简介如下：图 4 变频器操作面板 【LOCAL REMOTE】为运行方式选择键，用来切换面板操作（LOCAL）运行和回路端子控制（REMOTE）运行。 【MENU】为菜单键，显示各种工作方式。 【ESC】为返回键，回到当前画面的前一个画面。 【JOG】为点动键，当面板操作有效时，实现电动机的点动控制。 【DATA ENTER】为数据输入键，实现各种方式、功能、参数及设定值的读出与写入。 【FWD REV】为正转/反转切换键，当面板操作有效时，用来切换电动机的正反转控制。 【∧】为增加键，用来实现各种方式、功能、参数组的翻页，设定值的增加控制。 【∨】为减少键，用来实现各种方式、功能、参数组的翻页，设定值的减少控制。数控机床传动系统的故障浅析- 11 -【RESET】为数据移位、复位键，作为参数的数值设定时的移位或当出现故障时作为复 位键使用。 【RUN】为运行键，当面板操作有效时，启动变频器的运行。 【STOP】为停止键，当面板操作有效时，停止变频器的运行。 1.4.4 安川变频器报警代码及维修技术 ? 当变频器检测出故障时， 在数字操作器上显示该报警内容， 并停止变频器的输出。 数控机床主轴(模拟量控制)故障信号发出时， 可以根据变频器的报警信息判定故 障的产生原因。 (1)电压故障报警 ? ? ? ? ? ①主回路低电压故障 UVl(DC Bus Under Volt) ②控制回路低电压故障 UV2(CTL Ps Under Volt) ③浪涌电压保护回路动作故障 UV3(MC Answerback) ④过电压故障 OV(Over Voltage) ⑤瞬时停电检查中 UV(Under Voltage（2）电流故障报警 ? ? ? ? ①过电流故障 OC(Over Current) ②变频器输出对地短路故障 GF(Ground ③输出侧短路故障 SC(Short Circuit) Fault)④主回路熔断器故障 PUF(DC Bus Flues Open)（3）电动机过载故障 OLl(Motor Over Loaded) （4）功能参数设定错误报警 （5）外部端子 3～8 异常信号输入故障 EF3～EF8(External Fault 3～8) （6）变频器本身硬件或软件故障1.5 FANUC 系列串行数字主轴驱动系统与维护FANUC/i 系列主轴驱动系统采用的是模块化结构，伺服驱动与主轴驱动共用电源模 块，模块与模块、驱动器与 CNC 之间通过 I/O LINK 总线连接。 1.5.1 FANUC 系列电源模块结构及维修 (1) FANUC 系列电源模块结构 ? ① DCLink 盒：直流电源(DC300V)输出端。该接口与主轴模块、伺服模块的直流 输入端连接。数控机床传动系统的故障浅析- 12 -?② STATUS 状态指示灯(2 位数码管)： 用于表示电源模块的状态。 正常时为 “00” ， 故障时为“##”报警号。PIL(绿色)表示控制电源正常，ALM(红色)表示电源模块 故障。? ? ?③ CX1A：控制电路电源电压(输入)，交流 200V3.5A。④ CX1B：200V 交流输出接口。该端口与主轴模块的 CX1A 端口连接。 ⑤ CX2A、CX2B：DC24V 输出接口。⑥ 直流母排电压显示(充电指示灯)：该指示 灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行各种操作，否则有触电危险。? ?⑦ JX1B：模块之间的连接接口。⑧ CX3：主电源 MCC(常开点)控制信号接口。 ⑨ CX4：*ESP 急停信号接口。（2）FANUC 系列电源模块维修技术 电源模块的报警信息及产生的故障原因如表 1 所示。 表1 LED 显示 故障名称 01 IPM 报警 故障原因 IPM 错误、过电流、控制 电路电压低 02 风扇报警 电源模块冷却风扇发生 故障 03 04 05 过热报警 智能模块 IPM 过热报警DC300V 电压低报警 DC300V 电压为 0 DC300V 电压不足报 DC300V 电压低于标准规 警 定的值06 07输入电源缺相报警 三相交流动力电源缺相 DC300V 电压高报警 三相交流输入电压高或 内部电压检测电路不良1.5.2 FANUC 系列主轴驱动装置及连接 ①P、N：DC Link 端口。该端口与电源模块的直流电源输出端、伺服模块的直流输入端 连接。 ②STATUS：主轴模块状态显示窗口。 ③CX1A/CX1B：200V 交流控制电路的电源输入/输出接口。 ④CX2A/CX2B：24V 输入/输出及急停信号接口。CX2A 与电源模块的 CX2B 连接；CX2B 与数控机床传动系统的故障浅析- 13 -伺服模块 CX2A 连接。 ⑤DC LINK 充电灯。 ⑥JX4：主轴伺服信号检测板接口。 ⑦JXlA/JXlB：模块之间信息输入/输出接口。JXlA 与电源模块的 JXlB 连接；JXlB 与伺 服模块的 JX1A 连接。 ⑧JYl：外接主轴负载表和速度表的连接器。 1.5.3 主轴模块标准参数的初始化 ①系统急停状态，打开电源。 ②将主轴电动机型号的代码：设定在系统串行主轴电动机代码参数中。 ③将自动设定串行数字主轴标准值的参数(LDSP)置为“1” 。 ④将电源关断，再打开，主轴标准参数被写入。本章小结 本章主要介绍了主轴的分类与工作原理，FANUC 系统系统模拟量主轴驱动装置的连接、 工作原理以及其出现的故障、 故障检测以及解决方法和 FANUC 系列串行数字主轴驱动装 置的连接与工作原理及其出现的故障、故障检测以及解决方法。数控机床传动系统的故障浅析- 14 -第二章数控机床主传动系统常见故障诊断与维修2.1 数控机床主传动系统常见故障诊断与维修的一般步骤2.1.1 故障调查 主要对机床的系统、变频器、电机进行检查，看有没有异常的声音、味道等。看故 障发生时报警号和报警提示，是在手动还是自动的方式下运行主轴。 2.1.2 故障测试与排除 首先观测主轴电机旋转情况，电机不转。观察变频器上电正常，查看系统 PLC 输出 状态正常， 查看变频器正反转控制信号， 发现正转信号线断落。 接回后， 主轴正常旋转。2.2 数控机床主传动系统常见故障诊断与维修在数控机床在加工时，可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以切 削过程中的自振动等原因引起冲击力和交变力，使主轴产生振动，影响加工精度和表面 粗糙度，严重时甚至可能破坏刀具主轴系统中的零件，使其无法工作。主轴系统的发热 使其中所有零件产生热变形，降低传动效率，破坏零部件之间的相对位置精度和运动精 度，从而造成加工误差。因此，主轴部件组要具有较高的固有频率，较好的动平衡，且 要保持合适的配合精度，并要进行循环润滑。 主轴发热主轴轴承预紧力过大， 造成主轴回转时摩擦过大， 引起主轴温度急剧升高。 可以通过重新调整主轴轴承预紧力加以排除；主轴轴承研伤或损坏，也会造成主轴回转 时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高。可以通过更换新轴承加以排除；主轴润滑油脏或 有杂质，也会造成主轴回转时阻力过大，引起主轴温度升高。通过清洗主轴箱，重新换 油加以排除；主轴轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂过多，也会造成主轴回转时阻力、摩擦 过大，引起主轴温度升高。通过重新涂抹润滑脂加以排除。 主轴强力切削时停转主轴电动机与主轴连接的传动带过松，造成主轴传动转矩过 小，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。通过重新调整主轴传动 带的张紧力，加以排除；主轴电动机与主轴连接的传动带表面有油，造成主轴传动时传 动带打滑，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。通过用汽油或酒 精清洗后擦干净加以排除；主轴电动机与主轴连接的传动带使用过久而失效，造成主轴 电动机转矩无法传动，强力切削时主轴转矩不足，产生报警，数控机床自动停机。通过 更换新的主轴传动带加以排除；主轴传动机构中的离合器、联轴器连接、调整过松或磨 损，造成主轴电动机转矩传动误差过大，强力切削时主轴振动强烈。产生报警，数控机 床自动停机。通过调整、更换离合器或联轴器加以排除。数控机床传动系统的故障浅析- 15 -主轴工作时噪声过大是主轴部件动平衡不良，使主轴回转时振动过大，引起工作噪 声。需要机床生产厂家的专业人员对所有主轴部件重新进行动平衡检查与调试；主轴传 动齿轮磨损，使齿轮啮合间隙过大，主轴回转时冲击振动过大，引起工作噪声。需要机 床生产厂家的专业人员对主轴传动齿轮进行检查、维修或更换；主轴支承轴承拉毛或损 坏，使主轴回转间隙过大，回转时冲击、振动过大，引起工作噪声。需要机床生产厂家 的专业人员对轴承进行检查、维修或更换；主轴传动带松弛或磨损，使主轴回转时摩擦 过大，引起工作噪声。通过调整或更换传动带加以排除。 刀具无法夹紧是碟形弹簧位移量太小，使主轴抓刀、夹紧装置无法到达正确位置， 刀具无法夹紧，通过调整碟形弹簧行程长度加以排除；弹簧夹头损坏，使主轴夹紧装置 无法夹紧刀具，通过更换新弹簧夹头加以排除；碟形弹簧失效，使主轴抓刀、夹紧装置 无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧，通过更换新碟形弹簧加以排除；刀柄上拉钉过 长，顶撞到主轴抓刀、夹紧装置，使其无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧，通过调 整或更换拉钉，并正确安装加以排除。 刀具夹紧后不能松开是松刀液压缸压力和行程不够， 通过调整液压力和行程开关位 置加以排除；碟形弹簧压合过紧，使主轴夹紧装置无法完全运动到达正确位置，刀具无 法松开，通过调整碟形弹簧上的螺母，减小弹簧压合量加以排除。 齿轮和轴承损坏是变挡压力过大，齿轮受冲击产生破损。按液压原理图，调整到适 当的压力和流量；变档机构损坏或固定销脱落，修复或更换零件；轴承预紧力过大或无 润滑。重新调整预紧力，并使之润滑充足。2.3 常见故障实例分析例1：故障现象：一台西门子802C 系统数控车床，台达 VFD-B 变频器，主轴运行 突然停止，变频器面板上出现 OC-C 报警。 分析与处理过程：台达变频器 OC-C 报警的含义是过电流，造成过电流的原因可能 是变频器内部、外部有短路或过载。经查交流主轴驱动器主回路，发现再生制动回路、 主回路的熔断器均熔断，经更换后机床恢复正常。但机床正常运行数天后，再次出现同 样故障。 由于故障重复出现，证明该机床主轴系统存在问题，根据报警现象，分析可能存在 的主要原因有： 1）电机与变频器间的连线是否有搭壳短路现象 2）主轴驱动器控制板不良。数控机床传动系统的故障浅析- 16 -3）电动机连续过载。 4）电动机绕组存在局部短路。 在以上几点中，根据现场实际加工情况，电动机过载的原因可以排除。考虑到换 上元器件后，驱动器可以正常工作数天，故主轴驱动器控制板不良的可能性已较小。因 此，故障原因可能性最大的是电动机绕组存在局部短路。 维修时仔细测量电动机绕组的各项电阻，发现其中一相相对地绝缘电阻较小，证 明该相存在局部对地短路。 拆开电动机检查发现，电动机内部绕组与引出线的连接处绝缘套已经老化；经重 新连接后，对地电阻恢复正常。 再次更换元器件后，机床恢复正常，故障不再出现。 例2：主轴高速出现异常振动的故障维修 故障现象：配套某系统的数控车床，当主轴在高速（3000r/min 以上）旋转时，机 床出现异常振动。 分析与处理过程：数控机床的振动与机械系统的设计、安装、调整以及机械系统 的固有频率、主轴驱动系统的固有频率等因素有关，其原因通常比较复杂。 但在本机床上，由于故障前交流主轴驱动系统工作正常，可以在高速下旋转；且 主轴在超过3000r/min 时，在任意转速下振动均存在，可以排除机械共振的原因。 经仔细检查机床的主轴驱动系统连接，最终发现该机床的主轴驱动器的接地线连 接不良，将接地线重新连接后，机床恢复正常。 例3：不执行螺纹加工的故障维修 故障现象：配套某系统的数控车床，在自动加工时，发现机床不执行螺纹加工程 序。 分析与处理过程：数控车床加工螺纹，其实质是主轴的转角与 Z 轴进给之间进行 的插补。主轴的角度位移是通过主轴编码器进行测量。 在本机床上，由于主轴能正常旋转与变速，分析故障原因主要有以下几种： 1） 主轴编码器与主轴驱动器之间的连接不良。 2） 主轴编码器故障。 3） 主轴驱动器与数控装置之间的位置反馈信号电缆连接不良。数控机床传动系统的故障浅析- 17 -4） 主轴编码器方向设置错误。 经查主轴编码器与主轴驱动器的连接正常， 故可以排除第1项； 且通过 CRT 的显示， 可以正常显示主轴转速，因此说明主轴编码器的 A、-A、B、-B 信号正常；在利用示波 器检查 Z、-Z 信号，可以确认编码器零脉冲输出信号正确。 根据检查，可以确定主轴位置监测系统工作正常。根据数控系统的说明书，进一 步分析螺纹加工功能与信号的要求，可以知道螺纹加工时，系统进行的是主轴每转进给 动作，因此它与主轴的速度到达信号有关。 在 FANUC 0-TD 系统上，主轴的每转进给动作与参数 PRM24．2的设定有关，当该位 设定为“0”时，Z 轴进给时不监测“主轴速度到达”信号；设定为“1”时，Z 轴进给 时需要检测“主轴速度到达”信号。 在本机床上， 检查发现该位设定为“1”， 因此只有“主轴速度到达”信号为“1” 时，才能实现进给。 通过系统的诊断功能，检查发现当实际主轴转速显示置与系统的指令指一致时， 才能实现进给。 通过系统的诊断功能，检查发现当实际主轴转速显示值与系统的指令值一致时， “主轴速度到达”信号仍然为“0”。 进一步检查发现，该信号连接线断开；重新连接后，螺纹加工动作恢复正常。 例4：变频器出现过压报警的维修 故障现象：配套某系统的数控车床，主轴电动机驱动采用三菱公司的 E540变频器， 在加工过程中，变频器出现过压报警。 分析与处理过程：仔细观察机床故障产生的过程，发现故障总是在主轴启动、制 动时发生，因此，可以初步确定故障的产生与变频器的加/减速时间设定有关。当加/ 减速时间设定不当时，如主电动机起/制动频繁或时间设定太短，变频器的加/减速无法 在规定的时间内完成，则通常容易产生过电压报警。 修改变频器参数，适当增加加/减速时间后，故障消除。 例5：安川变频主轴在换刀时出现旋转的故障维修 故障现象：配套某系统的数控车床，开机时发现，当机床进行换刀动作时，主轴 也随之转动。 分析与处理过程：由于该机床采用的是安川变频器控制主轴，主轴转速是通过系数控机床传动系统的故障浅析- 18 -统输出的模拟电压控制的。根据以往的经验，安川变频器对输入信号的干扰比较敏感， 因此初步确认故障原因与线路有关。 为了确认，再次检查了机床的主轴驱动器与刀架控制的原理图于实际接线，可以 判定在线路连接、控制上两者相互独立，不存在相互影响。 进一步检查变频器的输入模拟量屏蔽电缆布线与屏蔽线连接，发现该电缆的布线 位置与屏蔽线均不合理，将电缆重新布线并对屏蔽线进行重新连接后，故障消失。 例6：主轴定位出现超调的故障维修 故障现象：某加工中心，配套611A 主轴驱动器，在执行主轴定位指令时，发现主 轴存在明显的位置超调，定位位置正确，系统无故障。 分析与故障处理：由于系统无报警，主轴定位动作正确，可以确认故障是由于主 轴驱动器或系统调整不良引起的。 解决超调的方法有很多种，如：减小加减速时间、提高速度环比例增益、降低速 度环积分时间等等。检查本机床主轴驱动器参数，发现驱动器的加减速时间设定为2s， 此值明显过大；更改参数，设定加减速时间为0．5s 后，位置超调消除。本章小结 本章主要论述数控机床主传动系统常见故障诊断与维修的一般步骤，主传动系统 在运行中出现的故障、故障检测以及排除你，故障的解决方法，常见故障的举例及解决 方法数控机床传动系统的故障浅析- 19 -第三章进给传动系统故障诊断3.1 进给系统的结构通常一个典型的数控机床闭环控制进给系统，有位置比较、放大元件、驱动单元、 机械传动装置和检测元件等几部分组成，其中，机械传动装置是位置控制中的一个重要 环节。这里所说的机械传动装置，是指将驱动源的旋转运动变为工作台的直线运动的整 个机械传动链，包括齿轮装置、丝杠螺母副等中间传动装置。3.1.1 联轴器联轴器是用来连接寄给机构的两根轴使之一起回转移传递扭矩和运动的一种装置。 目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器的应用最为广泛。 套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难（轴需作轴向移动） 。且要求两轴严格 对中，不允许有径向或角度偏差，因此使用时受到一定限制。 绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使动力传递没有方向间隙。 凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、轴的刚性 大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。若两轴间存在位移与 倾斜，救在机件内引起附加载荷，使工作状况恶化。3.1.2 减速机构1.齿轮传动装置：齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几 乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一是将 高转速的转矩的伺服电机（如步进电机、直流和交流伺服电机等）的输出改变为低转速 大转矩的执行件的输入； 另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中专有较小的比 重。此外，对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。为了尽量减小齿侧间隙对数控 机床加工精度的影响，经常在结构上采取措施，以减小或消除齿轮副的空程误差。如采 用双片齿轮错齿法、利用偏心套调整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧 隙。与采用同步齿形带相比，在数控机床进给传动链中采用齿轮减速装置，更易产生低 频振荡，因此减速机构中常配置阻尼器来改善动态性能。 2.同步齿形带：同步齿形带传动是一种新型的带传动。他利用齿形带的齿形与带轮的轮 齿依次啮合传递运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，且无相对滑 动，平均传动比较准确，传动精度高，而且齿形带的强度高、厚度小、重量轻、故可用 于高速传动。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率也高，现 已在数控机床上广泛应用。数控机床传动系统的故障浅析- 20 -3.1.3 滚珠丝杠螺母副为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行，必须降低数控机床进给系统的 摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此，形成不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。 滚珠丝杠副的传动效率高达 85%-98%，是普通滑动丝杠副的 2-4 倍。滚珠丝杠副的摩 擦角小于 1° ，因此不自锁。如果滚珠丝杠副驱动升降运动（如主轴箱或升降台的升降） ， 则必须有制动装置。滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么差别。它可以消除 反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚度。滚珠丝杠由专门工厂制造。3.2 进给系统的工作原理数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序， 经 过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，伺服系统给伺服电机 电信号，伺服电机转动，伺服电机通过滚珠丝杠把角位移转换成直线位移从而带动工作 台移动，位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到 机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱 动装置按照指令设定值运动。3.3 进给驱动系统故障诊断3.3.1 驱动系统 1）直流进给驱动系统 1HU 系列多种规格的永磁式直流伺服电动机， 与电机配套的速度控制单元有 6RA20 （晶体管 PWM 控制）和 6RA26（晶闸管控制）两个系列。 2）交流进给驱动系统 3).FANUC 公司交流进给驱动系统 驱动装置：晶体管 PWM 控制的 ? 系列交流驱动单元 电动机：S、L、SP 和 T 系列永磁式三相交流同步电动机 4).SIEMENS 公司交流进给驱动系统 驱动装置：晶体管 PWM 控制的 6SC610 和 6SC611A 系列交流进给驱动模块，还有用于数 字伺服驱动的 611D 系列 电动机：1FT5 和 1FT6 系列永磁式三相交流同步电动机 5）步进驱动系统 802S 数控系统配 STEPDRIVE 步进驱动装置及 IMP5 五相步进电动机.数控机床传动系统的故障浅析- 21 -3.3.2 进给伺服系统的故障形式及诊断方法 （1）故障形式 1).在 CRT 或操作面板上显示报警内容或报警信息 2).在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示故障 3).无任何故障报警信息 （2）常见故障 1).超程―进给运动超过软限位或硬限位 2）.过载―进给运动的负载过大、频繁正反转以及传动链润滑不良等引起，CRT 及 伺服驱动单元都会有报警信息 3）.窜动―测速信号或速度控制信号不稳定、接线接触不良等引起. 4）.爬行―发生在起动加速段或低速进给时，一般是由于进给传动链的润滑不良、 伺服系统增益过低及负载过大、联轴器松动等引起. 5）.振动―与进给速度有关，速度环增益太高或速度反馈有故障；与速度无关，位 置环增益太高或位置反馈有故障；在加速过程中产生，减速时间设定过小. 6）.伺服电动机不转―数控系统速度信号是否输出；使能信号是否接通；冷却润滑 条件是否满足；电磁制动是否释放；驱动单元故障；伺服电动机故障 7）.位置误差―系统设置的允差过小；伺服增益设置不当；位置检测装置有污染； 进给传动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时平衡装置不稳 8）.漂移―当指令值为零时，坐标轴仍移动从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱 动单元上的零速调整来消除. 9）.回参考点故障―找不到和找不准参考点两种故障 前者主要是回参考点减速开关产生的信号或零标志脉冲信号失效所致，可用示波器检 测信号； 后者是参考点开关挡快位置设置不当引起，只要重新调整即可. 3.3.3 故障的维修方法 （1）模块交换法 X 和 Y 的驱动单元一样，当一轴发生故障时，用另一轴代替看故障的转移情况. （2）外接参考电压法法 为确定是否伺服单元和伺服电动机故障，可以脱开位置环，检查速度环 。由干电 池和变阻器组成直流回路.数控机床传动系统的故障浅析- 22 -3.3.4 进给驱动的故障诊断 结构上分为: 模块式、单元式 FANUC 系统进给驱动故障表示方式： （1）CRT 有报警显示的故障 报警号 400~457 伺服系统错误报警 报警号 702~704 过热报警 机床切削条件差及机床摩擦力矩增大，引起主回路中的过载继电器动作 切削时伺服电机电流太大或变压器本身故障，引起变压器热控开关动作 伺服电机电枢内部短路或绝缘不良等，引起变压器热控开关动作 （2）报警指示灯指示的报警（7 个灯） BRK―无熔丝断路器切断报警 HVAL―过电压报警 HCAL―过电流报警（伴有 401 号报警） OVC―过载报警（401 或 702 报警） LVAL―欠压报警 TGLS―速度反馈信号断线报警 DCAL―放电报警 （3）无报警显示的故障 机床失控 机床振动 速度反馈信号为正反馈信号 与位置有关的系统参数设定错误检测装置有故障（随进给速度）定位精度低 传动链误差大 伺服增益太低 电动机运行噪声过大 换向器的表面粗糙度过低、油液灰尘等侵入电刷或换向器、电动机轴向窜动等。 3.3.5 位置检测装置 从某种意义上来说,数控机床的加工精度主要取决检测装置的精度. 闭环常用光栅，半闭环常用编码器. （1）故障形式 CRT 上显示报警号和信息: 轮廓误差、静态误差监视报警、测量装置监控报警、位置监控报警 （2）位置检测装置的维护 1）光栅：透射光栅p反射光栅数控机床传动系统的故障浅析- 23 -光栅输出信号：二个相位和一个零标志 维护要点: 防污（防冷却液轻微结晶防水雾p通入低压压缩空气净化p无水酒精轻檫污物） 防振（不能敲击避免光学元件损坏） 2）光电脉冲编码器 输出信号：二个相位 一个零标志 维护要点: 防振和防污（内部松动和信号丢失） 联结松动（影响位置精度、进给运动的不稳定、伺服电机换向引起振动） 3）感应同步器:电磁感应式的高精度位移检测元件 组成：定尺和滑尺上有矩形绕组 4）旋转变压器:输出电压与转子的角位移有固定的函数关系,用做角度测量元件. 维护注意点: 定子和转子阻值不同不要接错、碳刷磨损要及时更换 5）磁栅尺 组成：磁性标尺、磁头和检测电路 维护注意点 不能将磁性膜刮坏、不能用力和撞击磁性标尺和磁头避免磁性减弱或磁场紊乱、接线 时分清磁头上激磁绕组和输出绕组 （3）位置检测的故障诊断 1）输出信号 电压或电流正弦信号、TTL 电平信号 2）EXE 信号处理 通道放大器、整形电路、报警电路、细分电路 3）故障诊断 例 ：一卧式加工中心，采用 SINUMERIK8 系统，带 EXE 光栅测量装置。运行中出现 114 号报警，同时伴有 113 号报警。分析：114 号电缆断线或地短路;信号丢失 检查：外观检查和测量； （信号漏读）检查信号源和传输系统（光源和光学系统） 实际：灯泡表面呈毛玻璃状、指示光栅表面也有一层雾状物数控机床传动系统的故障浅析- 24 -3.3.6 速度环调整 （1）调整的形式: 驱动装置上的电位器p数字式调整在全数字式数控系统中,驱动装置的参数可通过数控系统直接设定. （2）调整的主要参数 1)速度环增益调整―改善进给传动特性,避免振荡. 2)零飘调整―克服电器参数的漂移或不对称,造成无给定信号时有转速输出的现象. 3)测速反馈深度调整―改善速度环控制的机械特性. 4)滞后时间常数调整―反映驱动装置对速度给定信号的响应时间. 3.3.7 位置环调整 （1）位置环增益系数 系数越大,响应越快,位置控制精度越高,但也容易使位置环产生振荡。位置环增益 系数与进给速度和跟随误差有关,增益越大,跟随误差 E 越小,但位置环的稳定越差。 （2）复合增益系数: 使位置环和速度环的增益相匹配,并使各坐标轴有不同的最大速度和最大速度给定 电压. （3）加速度: 影响到驱动装置速度给定电压的超调和稳定,从而影响到伺服系统的加减速特性. （4）精停和粗停允差: 当轴运动到达指令值位置一定的偏差范围内时,轴运动结束,该偏差即为精停允差; 为使零件加工程序段连续执行,设定比精停误差数值大的粗停允差. （5）夹紧允差: 用于监控坐标轴的停止位置. （6）零速监控延时: 当坐标轴运动到达指令位置后,经过零速监控延时,夹紧允差起作用,在所设定的延 时时间里消除跟随误差. (7)漂移补偿: 数控系统和驱动装置中元器件的温度漂移,会使坐标轴运动产生相对理论位置的偏 差,用漂移补偿来调整. （8)轮廓监控允差带: 在实际轮廓控制过程中,允许跟随误差有一定的变化范围,产生的轮廓监控允差带 由下式决定:数控机床传动系统的故障浅析- 25 -允差带=MD332* ?125 KV ? 1000（9）反向间隙补偿: 由于进给传动链存在间隙,坐标轴运动方向改变时,就会产生反向间隙补偿,从而影 响轴的重复定位精度. 用激光干涉仪进行测量,并绘制曲线表. （10）丝杠螺距误差补偿 机床长期运行后,由于机械磨损,使丝杠螺距误差增大,每隔一定的时间必须进行 一次丝杠螺距误差补偿的调整,测量丝杠螺距误差补偿必须使用高精度的激光干涉仪来 进行. 3.3.8 调试和诊断显示 （1）有关坐标轴的数据 跟随误差、绝对位置值、指令位置值、指令速度、指令增量、实际增量、轮廓误差 （2）有关主轴的数据 指令速度、实际速度、实际位置、指令速度电压值 例 1:一卧示数控铣镗床,出现主轴箱沿 Y 轴快速进给时运动平稳,而低速运动时运动不 平稳的故障现象. 分析: 故障定位于 Y 轴速度控制环, 检查速度给定, 故障原因是驱动装置内的元件 老化, 使参数发生变化, 速度反馈变深所致. 例 2:一数控铣床在 X-Y 平面内加工整圆,其轮廓的圆度超差,并有明显的尖角。 分析:消除圆度尖角误差,必须从两方面着手:1)减小传动间隙.2)减少驱动装置的加 减速时间,以获得较合适的过渡过程.3.4 进给系统常见故障及排除3.4.1 机床振动。 指的是机床在移动式或停止时的振荡、运动时的爬行、正常加工过程中的运动不稳 等等。 故障可能是机械传动系统的原因， 亦可能是伺服进给系统的调整与设定不当等等。 （1）开停机时振荡的故障原因、检查和处理方法： 1）故障原因: 位置控制系统参数设定错误 检查步骤和处理方法：对照系统参数说明检查原因，设定正确的参数。 2）故障原因: 速度控制单元设定错误数控机床传动系统的故障浅析- 26 -检查步骤和处理方法：对照速度控制单元说明或根据机床厂提供的设定单检查设定，正 确设定速度控制单元。 3）故障原因: 反馈装置出错 检查步骤和处理方法：反馈装置本身是否有故障，更换反馈装置。反馈装置连线是否正 确，正确的连接反馈线。 4)故障原因: 电动机本身有故障 检查步骤和处理方法：用替换法，检查是否电动机有故障，如有故障，更换电动机。 5)故障原因：机床、检测器、不良，插不精度差或检测增益设定太高 检查步骤和处理方法： 若插补精度差， 振动周期可能为位置检测器信号周期的 1 或 2 倍； 若为连续振动，可能是检测增益设定太高。检查与振动周期同步的部分，并找到不良部 分，更换或维修不良部分，调整或检测增益 故障查找的方法例如：当机床以高速运行时，如果产生振动，这时就会出现过流 报警。这种振动问题一般属于速度问题，所以应去查找速度环，而机床速度的整个调节 过程是由速度调节器来完成的。即凡是与速度有关的问题，应该去查找速度调节器，因 此振动问题应查找速度调节器。主要从给定信号、反馈信号及速度调节器本身这三方面 去查找故障。 ① 首先检查输给速度调节器的信号，即给定信号，这个给定信号是由位置偏差计 数器出来经 D/A 转换器转换的模拟量 VCMD 送入速度调节器的，应查一下这个 信号是否有振动分量，如它只有一个周期的振动信号，可以确认速度调节器没 有问题，而是前级的问题，即应向 D/A 转换器或位置偏差计数器去查找问题。 如果正常，就转向查测速发电动机或伺服电动机的位置反馈装置是否有故障或 连线错误。 ② 检查测速发电动机及伺服电动机：当机床振动时，说明机床速度在振荡，当然 反馈回来的波形一定也在振荡，观察它的波形是否出现有规律的大起大落。这 时，最好能测一下机床的振动频率与旋转的速度是否存在一个准确的比例关 系，如振动频率是电动机转速的四倍频率，这是就应考虑电动机或发电动机有 故障。 因振动频率与电动机转速成一定比例，首先要检查电动机有无故障，如果 没有问题，就再检查反馈装置连线是否正确。 ③ 位置控制系统或速度控制单元上的设定错误：如系统或位置环的放大倍数（检 测倍率）过大，最大轴速度，最大指令值等设置错误。数控机床传动系统的故障浅析- 27 -④ 速度调节器故障如采用上述方法还不能完全消除振动，甚至无任何改善，就应 考虑速度调节器本身的问题，应更换速度调节器板或换下后彻底检测各处波 形。 ⑤ 检查振动频率与进给速度的关系：如二者成比例，除机床共振原因外，多数是 因为 CNC 系统插补精度太差或位置检测增益太高引起的，须进行插补调整和检 测增益的调整。如果与进给速度无关，可能原因有：速度控制单元的设定与机 床不匹配，速度控制单元调整不好，该轴的速度环增益太大，或是速度控制单 元的印制线路板不良。 例：一台配套某数控系统的龙门加工中心，在启动完成、进入可操作状态后，X 轴只要 一运动即出现高频震荡，产生尖叫，系统无任何报警。 分析与处理过程：在故障出现后，观察 X 轴拖板，发现实际拖板振动位移很小； 但触摸输出轴，可感觉到转子在以很小的幅度、极高的频率振动；且振动的噪声就来自 X 轴伺服。 考虑到振动无论是在运动中还是静止时均发生，与运动速度无关，故基本上可以 排除测速发电动机、位置反馈编码器等硬件损坏的可能性。 分析可能的原因是 CNC 中与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的；且由于 机床振动频率很高，因此时间常数较小的电流环引起振动的可能性较大。 由于 FANUC 15MA 数控系统采用的是数字伺服，伺服参数的调整可以直接通过系统 进行，维修时调出伺服调整参数页面，并与机床随机资料中提供的参数表对照，发现参 数 PARM1852、PARM1825 与提供值不符，设定值见下： 参数号
实际设定值 将上述参数重新修改后，振动现象消失，机床恢复正常工作。 3.4.2 工作过程中，振动或爬行。引起此故障的通常原因及常规处理： 1)故障原因：负载过重 排除方法：重新考虑此机床所能承受的负载，减轻负载，让机床工作在额定负载以内。 2）故障原因：机械传动系统不良 排除方法：依次察看机械传动链，保持良好的机械润滑，并排除传动故障。 3)故障原因：位置环增益过高 排除方法：查看相关参数，重新调整伺服参数。数控机床传动系统的故障浅析- 28 -4)故障原因：伺服不良 排除方法：通过交换法，一般可快速排除，更换伺服驱动器。 故障维修实例：运动不平稳故障维修 故障现象：一台配套某系统的加工中心，进给加工过程中，发现 X 轴有振动现象。 分析与处理过程：加工过程中坐标轴出现振动、爬行现象与多种原因有关，故障可 能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系统的调整与设定不当等等。 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 X 轴进 给， 发现 X 轴仍有振动现象。 在此方式下， 通过较长时间的移动后， 轴速度单元上 OVC X 报警灯亮。证明 X 轴伺服驱动器发生了过电流报警，根据以上现象，分析可能的原因如 下：负载过重、机械传动系统不良、位置环增益过高、伺服不良，等等。 维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服上。卸下 X 轴，经检查发现 6 个 电刷中有 2 个的弹簧已经烧断，造成了电枢电流不平衡，使输出转矩不平衡。另外，发 现的轴承亦有损坏，故而引起 X 轴的振动与过电流。 更换轴承与电刷后，机床恢复正常。 又例：配套某系统的加工中心，在长期使用后，手动操作 Z 轴时有振动和异常响声，并 出现“移动过程中”Z 轴误差过大”报警。 为了分清故障部位，考虑到机床伺服系统为半闭环结构，通过脱开与丝杠的连接， 再次开机试验，发现伺服驱动系统工作正常，故障清楚，从而判定故障原因在机床机械 部分。 利用手动转动机床 Z 轴，发现丝杠转动困难，丝杠的轴承发热。经仔细检查，发 现 Z 轴导轨无润滑， 造成 Z 轴摩擦阻力过大； 重新修理 Z 轴润滑系统后， 机床恢复正常。 工作台移动到某处时出现缓慢的正反向摆动。机床经过长期使用，机床与伺服驱动系统 之间的配合可能会产生部分改变，一旦匹配不良，可能引起伺服系统的局部振动。 例：一台配套某系统的加工中心，在长期使用后，只要工作台移动到行程的中间段，X 轴即出现缓慢的正、反向摆动。 分析与处理过程：由于机床在其他位置时工作均正常，因此，系统参数、伺服驱动 器和机械部分应无问题。 考虑到机床已经过长期使用，机床与伺服驱动系统之间的配合可能会发生部分改 变，一旦匹配不良，可能引起伺服系统的局部振动。根据 FANUC 伺服驱动系统的调整与 设定说明，维修时通过改变 X 轴伺服单元上的 S6、S7、S11、S13 等设定端的设定，消 除了机床的振动。数控机床传动系统的故障浅析- 29 -3.4.3 运动失控（即飞车）可能的原因: 1)故障原因：位置检测、速度检测信号不良 排除方法：检查连线，检查位置、速度环是否为正反馈，改正连线。 2）故障原因：位置编码器故障 排除方法：可以用交换法，重新进行正确的连接。 3）故障原因：主板、速度控制单元故障， 排除方法：用排除法确定次模块有故障更换印制电路板。 3.4.4 机床定位精度或加工精度差 机床定位精度或加工精度差可分为定位超调、 单脉冲进给精度差、 定位点精度不好、 圆弧插补加工的圆度差等情况。其故障的原因、检查和处理方法： ●定位超调 1）故障原因：加/减速时间设定过小 排除方法：检测起、制动电流是否已经饱和，延长加/减速时间设定。 2）故障原因：与机床的连接部分刚性差或连接不牢固 排除方法：检查故障是否可以通过减小位置环增益改善，减小位置环增益或提高机床的 刚性。 ●单脉冲进给精度差 1)故障原因：机械传动系统存在爬行或松动 排除方法：检查机械部件的安装精度与定位精度，调整机床机械传动系统. 2）故障原因：伺服系统的增益不足 排除方法：调整速度控制单元扮傻姑娘的相应旋钮，提高速度环增益 提高位置环、速度环增益。 ●定位点精度不好 1）故障原因：位置控制单元不良 排除方法：更换位置控制单元板（主板）。 2）故障原因：位置检测器件（编码器、光栅）不良 排除方法：检测位置检测器件（编码器、光栅），更换不良位置检测期间（编码器、光 栅）。 3）故障原因：速度控制单元控制板不良 排除方法：维修、更换不良板。 ●圆弧插补加工的圆度差数控机床传动系统的故障浅析- 30 -1)故障原因：机床反向间隙大、定位精度差 排除方法：测量各轴的定位精度与反向间隙，调整机床，进行定位精度、反向间隙的补 偿。 2)故障原因：感应同步器或旋转变压器的接口板调整不良 排除方法：检查接口板的调整，重新调整接口板。 3)故障原因：丝杠间隙或传动系统间隙 排除方法：测量、重新调整间隙。 当圆弧插补出现 45°方向上的椭圆时，可以通过调整伺服进给轴的位置增益进行 调整。坐标轴的位置增益由下式计算：kv? 16.67V ess式中V――进给速度（mm/min）； ess――位置跟随误差（0.001mm）； Kv――位置增益（1/S）。位置跟随误差可以通过数控系统的诊断参数检查。位置跟随误差则在速度控制单 元上有相应的电位器来调节。注意，参与圆弧插补的两轴的位置跟随误差的差值必须控 制在 1%以内。 3.4.5 位置跟随误差超差报警 伺服轴运动超过位置允差范围时，数控系统就会产生位置误差过大的报警，包括跟 随误差、轮廓误差和定位误差等。主要原因及排除： 1)故障原因：伺服过载或有故障 排除方法： 查看伺服驱动器相应的报警指示灯， 减轻负载， 让机床工作在额定负载以内。 2）故障原因：伺服变压器过热 排除方法：观察散热风扇是否工作正常，作好散热措施。 3）故障原因：干扰 排除方法：处理好地线以及屏蔽层。 4)故障原因：参数设置不当 排除方法：检查设置位置跟随误差的参数，如：伺服系统增益设置不当，位置偏差值设 定错误或过小，依参数说明书正确设置参数。 5)故障原因：编码器反馈不良 排除方法：用手转动电动机，看反馈的数值是否相符，如果确认不良，更换编码器。数控机床传动系统的故障浅析- 31 -3.4.6 超程 当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬限位时， 就会发生超程 报警， 一般会在 CRT 上显示报警内容， 根据数控系统说明书， 即可排除故障， 解除超程。 具体情况： 1）故障原因：系统出错，提示某轴硬件超程 排除方法：零件太大，不适合在此机床上加工，重新考虑加工次零件的条件；伺服的超 程回路短路，检验超程回路，避免超程信号的误输入。 2）故障原因：系统报警，提示某轴软超程 排除方法：程序错误，重新编制程序；刀具起点位置有误，重新对刀。 3.4.7 超过速度控制范围（一般 CRT 上有超速的提示）速度控制单元超速的原因及排除 1）故障原因：检测信号不正确或无速度与位置检测信号 排除方法：检查联轴器、与工作台的连接是否良好，正确连接工作台与联轴器之间的连 接。 2)故障原因：位置控制板发生故障 排除方法：检查来自 F/V 转速的速度反馈信号为输入到速度控制单元工作是否正常，更 换位置控制板或驱动器。 3)故障原因：速度控制单元参数设定不当或设置过低 排除方法：检查相应参数是否不当，如加减速捷速时间常数设置过小。 3.4.8 过载 当进给运动的负载过大、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。一般会在 CRT 上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。同 时，在强电柜中的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信 息。具体故障原因及排除: 1)故障原因：参数设定错误 排除方法：检查设置电动机过载的参数是否正确。 2)故障原因：起动扭矩超过最大扭矩 排除方法：采用减电流启动的方式，或直接采用启动扭矩小的驱动系统。 3)故障原因：进给传动链润滑状态不良 排除方法：听工作时的声音，观察工作状态，做好机床的润滑，确保润滑的电动机工作 正常并且润滑油足够。 4)故障原因：编码器有故障数控机床传动系统的故障浅析- 32 -排除方法：测量编码器等的反馈信号是否正常。 3.4.9 窜动 在进给时出现窜动现象，其可能原因及排除: 1)故障原因：位置反馈信号不稳定 排除方法：测量反馈信号是否均匀与稳定。 2)故障原因：位置控制信号不稳定 排除方法：在驱动电动机端测量位置控制信号是否稳定。 3)故障原因：窜动发生在正、反向运动的瞬间 排除方法：机械传动系统不良，如反向间隙过大，进行机械的调整，排除机械故障；伺 服系统增益过大，依参数说明书，正确设置参数。 3.4.10 发生在起动加速段或低速进给时的爬行 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，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动或伺服的转动不同步，从而使进给忽快忽慢，产 生爬行现象。其可能原因及排除； 1）故障原因：进给传动链的润滑状态不良 排除方法：听工作时的声音，观察工作状态，做好机床的润滑，确保润滑的电动机工作 正常并且润滑油足够。 2）故障原因：外加负载过大 排除方法：改善切削条件，重新考虑切削负载。 3）故障原因：联轴器的机械传动有故障 排除方法：可目测联轴器的外形，更换联轴器。 3.4.11 伺服电动机不转 数控系统至进给驱动单元除了速度与位置控制信号外，还会有控制信号，也叫使能 信号或伺服允许信号，一般为 DC+24V 继电器线圈电压。造成伺服电动机不转的可能原 因及排除： 1）故障原因：使能信号是否接通 排除方法：通过 CRT 观察 I/O 状态，分析机床 PLC 梯形图（或流程图），以确定进给 轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足。 2）故障原因：制动电磁阀是否释放数控机床传动系统的故障浅析- 33 -排除方法：伺服电动机本身带有制动电磁阀，应检查阀是否释放，确认是因为控制信号 没到位或是电磁阀有故障。 3）故障原因：进给驱动单元故障 排除方法：用交换法，可判断出相应单元是否有故障。 3.4.12 回参考点故障。 回参考点故障一般分为找不到参考点和找不准参考点两类， 前一类故障一般是回参 考点减速开关产生的信号或零位脉冲信号失效， 可以通过检查脉冲编码器零标志位或光 栅尺零标志位是否有故障。后一类故障时参考点开关档块位置设置不当引起的，需要重 新调整档块位置。可能原因： 1）故障原因：回参考点减速开关产生的信号或零位脉冲信号失效 排除方法：可以通过 PLC 观察相应点数是否有输入。 2）故障原因：脉冲编码器或光栅尺硬件有故障 排除方法：检验其是否有输出信号，更换反馈装置。 3）故障原因：参考点开关档块位置设置不当 排除方法：合理设置调整挡块。 开机后电动机产生尖叫（高频振荡），往往是 CNC 中与伺服驱动有关的参数设定、 调整不当引起的。排除措施是，重新按参数说明书设置好相关参数。 例：某进口立式加工中心，在用户更换了 SIEMENS 611A 双轴模块后，开机 X、Y 出 现尖叫声，系统与驱动器均无故障。 分析与处理过程：SIEMENS 611A 驱动器开机时出现尖叫声的情况，在机床首次调 试时经常遇到，主要原因是驱动器与实际进给系统的匹配未达到最佳值而引起的。 对于这类故障，通常只要通过驱动器的速度环增益与积分时间的调解即可进行消 除，具体方法为： 1) 根据驱动模块及规格，对驱动器的调解器板的 S2 进行正确的电流调解器设定。 2) 将速度调解器的积分时间 Tn 调解电位器（在驱动器正面） ，逆时针调制极限（Tn ≈39ms） 。 3) 将速度调节器的比例 Kp 调节电位器 （在驱动器正面） 调整至中间位置 p≈7～ ， （K 10） 4) 在以上调整后，即可以消除伺服的尖叫声，但此时动态性较差，还须进行下一 步调整。数控机床传动系统的故障浅析- 34 -5) 顺时针慢慢旋转积分时间 Tn 调节电位器，减小积分时间，直到电动 机出现振 荡声。 6) 逆时针稍稍旋转积分时间 Tn 调解电位器，使震荡声恰好消除。 7) 保留以上位置，并做好记录。 本机床经以上调整后，尖叫声即消除，机床恢复正常工作。 3.4.13 加工工件尺寸出现无规律变化，其可能原因与排除 1）故障原因：干扰 排除方法：做好屏蔽及接地的处理。 2）故障原因：弹性联轴器未能锁紧 排除方法：锁紧弹性联轴器。 3）故障原因：机械传动系统的安装、连接与精度不良 排除方法：调整机床，或进行反向间隙补偿与螺距温差补偿。 4）故障原因：伺服进给系统参数的设定与调整不当 排除方法：正确设置参数。 例：配套某系统的数控车床，在工作过程中，发现加工工件的 X 向尺寸出现无规律 的变化。 分析与处理过程：数控机床的加工尺寸不稳定通常与机械传动系统的安装、连接与 精度，以及伺服进给系统的设定与调整有关。在本机床上利用百分表仔细测量 X 轴的定 位精度，发现丝杠每移动一个螺距，X 向的实际尺寸总是要增加几十微米，而且此误差 不断积累。 根据以上现象分析，故障原因似乎与系统的“齿轮比” 、参数计数器容量、编码器 脉冲数等参数的设定有关，但经检查，以上参数的设定均正确无误，排除了参数设定不 当引起故障的原因。 为了进一步判定故障部位，维修时拆下 X 轴伺服，并在轴端通过划线做上标记，利 用手动增量进给方式移动 X 轴，检查发现 X 轴每次增量移动一个螺距时，轴转动均大于 360°。 同时， 在以上检测过程中发现伺服每次转动到某一固定的角度上时， 均出现 “突 跳”现象，且在五“突跳”区域，运动距离与轴转过的角度基本相符（无法精确测量， 依靠观察确定） 。 根据以上实验可以判定故障是由于 X 轴的位置监测系统不良引起的， 考虑到 “突跳” 仅在某一固定的角度产生，且在无“突跳”区域，运动距离与轴转过的角度基本相符。 因此，可以进一步确认故障与测量系统的电缆连接、系统的接口电路无关，原因是编码数控机床传动系统的故障浅析- 35 -器本身的不良。 通过更换编码器试验，确认故障时由于编码器不良引起的，更换编码器后，机床恢 复正常。 3.4.14 伺服电动机开机后即自动旋转。造成此故障的可能原因及排除 1）故障原因：由于外力使坐标轴产生了位置偏移 排除方法：加工之前，确保无外力使机床发生移动。 2)故障原因：驱动器、测速发电动机、伺服电动机或系统位置测量回路不良 排除方法：检查相应的位置反馈信号。 3)故障原因：电动机故障和驱动器故障 排除方法：用交换法依次检查电动机和驱动器是否有故障 例：一台配套 SIEMENS 某系列的交流伺服驱动系统的卧式加工中心，在开机调试 时，出现手动按下刀库回转按钮后，刀库即高速旋转，导致机床报警。 分析与处理过程：根据故障现象，可以初步确定故障是由于刀库交流驱动器反馈信 号不正确或反馈线脱落引起的速度环正反馈或开环。测量确认该伺服反馈线已连接，但 极性不正确；交换测速反馈极性后，刀库动作恢复正常。3.5 进给系统故障实例（1）小范围移动正常、大范围移动出现剧烈振动的故障维修 故障现象：配置某系统的数控车床后，开机后，只要 Z 轴一移动，就出现剧烈震 荡，CNC 无报警，机床无法正常工作。 分析与处理过程： 经仔细观察、 检查、 发现该机床的 Z 轴在小范围 （约 2.5mm 以内） 移动时，工作正常，运动平稳无振动；但一旦超过以上范围，机床即发生激烈振动。 根据这一现象分析，系统的位置控制部分以及伺服驱动器本身应无故障，初步判定 故障在位置检测器件，即脉冲编码器上。 考虑到机床为半闭环结构，维修时通过更换进行了确认，判定故障原因是由于脉冲 编码器的不良引起的。 为了深入了解引起故障的根本原因，维修时作了一下分析与试验： 1) 在伺服驱动器主回路断电的情况下，手动转动轴，检查系统显示，发现无 论正转、反转，系统显示器上都能够正确显示实际位置值，表明位置编码器的 A、B、-A、-B 信号输出正确。数控机床传动系统的故障浅析- 36 -2) 由于本机床 Z 轴丝杠螺距为 5mm，只要 Z 轴移动 2mm 左右即发生移动，因此， 故障原因可能与转子的实际位置有关，即脉冲编码器的转子位置检测信号 C1、 C2、C4、C8 信号存在不良。 根据以上分析，考虑到 Z 轴可以正常移动 2.5mm 左右，相当于实际转动 180°，因 此，进一步判定故障的部位是转子位置检测信号中的 C8 存在不良。 按照上例同样的方法， 取下脉冲编码器后， 根据编码器的连接要求 （见下表 4-31） ， 在引脚 N/T、J/K 上加入 DC5V 后，旋转编码器轴，利用万用表测量 C1、C2、C4、C8， 发现 C8 的状态无变化，确认了编码器的转子位置检测信号 C8 存在故障。 表 4-31： 引 脚 信 号 A B C D E F G H 屏 蔽 J/K L M N/T P R SABC1 -A -BZ-Z+5V C4 C80VC2 0H1 0H2进一步检查发现， 编码器内部的 C8 输出驱动集成电路已经损坏； 更换集成电路后， 重新安装编码器，并按上例同样的方法调整能够转子角度后，机床恢复正常。 （2）配套某系统的数控车床，在工件运行中，被加工零件的 Z 轴尺寸逐渐变小，而且 每次的变化量与机床的切削力有关，当切削力增加时，变化量也会随之变大。 分析与处理过程：根据故障现象分析，产生故障的原因应在伺服与滚珠丝杠之间的 机械连接上。由于本机床采用的是联轴器直接连接的结构形式，当伺服与滚珠丝杠之间 的弹性联轴器未能缩紧时，丝杠与之间将产生相对滑移，造成 Z 轴进给尺寸逐渐变小。 解决联轴器不能正常缩紧的方法是压紧锥形套，增加摩擦力。如果联轴器与丝杠、 之间配合不良，依靠联轴器本身的缩紧螺钉无法保证锁紧时，通常的解决方法是将每组 锥形弹性套种的其中一个开一条 0.5mm 左右的缝，以增加锥形弹性套的收缩量，这样可 以解决联轴器与丝杠、之间配合不良引起的松动。 (3) 故障现象：某数控车床，用户在加工过程中，发现 X、Z 轴的实际移动尺寸与理论 值不符。 分析与处理过程：由于本机床 X、Z 轴工作正常，故障仅是移动的实际值与理论值 不符，因此可以判定机床系统、驱动器等部件均无故障，引起问题的原因在于机械传动 系统参数与控制系统的参数匹配不当。 机械传动系统与控制系统匹配的参数在不同的系统中有所不同，通常有电子齿轮 比、指令倍乘系数、检测被乘系数、编码器脉冲数、丝杠螺距等。以上参数必须统一设数控机床传动系统的故障浅析- 37 -定，才能保证系统的指令值与实际移动之相符。 在本机床中，通过检查系统设定参数发现，X、Z 轴伺服的编码器脉冲数与系统设 定不一致。在机床上，X、Z 轴的的型号相同，但内装式编码器分别为每转 2000 脉冲与 2500 脉冲，而系统的设定值正好与此相反。 据了解，故障原因是用户在进行机床大修时，曾经拆下 X、Z 轴伺服进行清理，但 安装时未注意到编码器的区别，从而引起了以上问题。对 X、Z 进行交换后，机床恢复 正常工作。 (4)故障现象：某卧式加工中心，当 X 轴运动到某一位置时，液压自动断开，且出现报 警提示：Y 轴测量系统故障。断电再通电，机床可以恢复正常工作，但 X 轴运动到某一 位置附近，均可能出现同一故障。 分析与处理过程：该机床为进口卧式加工中心，配套 SIEMENS 6RA 系列直流伺服驱 动。由于 X 轴移动时出现 Y 轴报警，为了验证系统的正确性，拔下了 X 轴测量反馈电缆 试验，系统出现 X 轴测量系统故障报警，因此，可以排除系统误报警的原因。 检查 X 轴在出现报警的位置及附近，发现它对 Y 轴测量系统（光栅）并无干涉与影 响，且仅移动 Y 轴亦无报警，Y 轴工作正常。再检查 Y 轴电缆插头，光栅读数头和光栅 尺状况，均未发现异常现象。 考虑到该设备属大型加工中心，电缆较多，电柜与机床之间的电缆长度较长，且所 有电缆均固定在电缆架上， 随机床来回移动。 根据上述分析， 初步判断由于电缆的弯曲， 导致局部断线的可能性较大。 维修时有意将 X 轴运动到出现故障点位置，人为移动电缆线，仔细测量 Y 轴上每一 根反馈信号线的连接情况，最终发现其中一根信号线在电缆不断移动的过程中，偶尔出 现开路现象；利用电缆内的备用线替代断线后，机床恢复正常。 (5) 故障现象：一台配套 FAGOR 8030 系统、SIEMENS 6SC610 交流伺服驱动的立式加工 中心，在自动工作时，偶然出现 X 轴的剧烈振动。 分析与处理过程：机床在出现故障时，关机后在开机，机床即可以恢复正常；且在 故障时检查，系统、驱动器都无报警；而且振动在加工过程中只是偶然出现。 在振动时检查系统的位置跟随误差显示，发现此值在 0~0.1mm 范围内振动，可以基 本确认数控系统的位置检测部分以及位置测量系统均无故障。 由于故障的偶然性，而且当故障发生时只要通过关机，即可恢复正常工作，这给故 障的诊断增加了困难。为了确认故障部位，维修时将 X、Y 周的驱动器模块、伺服分别 作了互换处理，但故障现象不变。因此，初步确定故障是由于伺服与驱动器间的连接电数控机床传动系统的故障浅析- 38 -缆不良引起的。 仔细检查伺服与驱动器间的连接电缆，未发现任何断线与接触不良的故障，而故障 仍然存在。为了排除任何可能的原因，维修时利用新的测速反馈电缆作为临时线替代了 原电缆试验，经过长时间的运行确认故障现象消失，机床恢复正常工作。 为了找到故障的根本原因，维修时取下了 X 轴测速电缆进行仔细检查，最终发现该 电缆的 11 号线（测速发电动机 R 相连接线）在电缆不断弯曲的过程中有“时通时断” 的现象，打开电缆线检查，发现电线内部断裂。更换电缆后，故障排除，机床恢复正常 工作。 (6)故障现象：某配套 NUM 1020 系统的高速数控新的高速数控铣床，开机后，各轴伺服 均有抖动现象。 分析与处理过程：由于机床三轴伺服驱动工作都不正常，可以初步认为故障与驱动 公共部分有关。 测量驱动器的电源电压及直流母线电压，发现直流母线电压为直流 200V 左右。考 虑到对于交流 380V 输入的驱动器，其直流母线电压正常情况下应为 600V 左右。该机床 进线电压交流 380V 为正常，伺服系统业务报警，因此故障与直流主回路无关。 根据驱动系统的主回路原理图，注意检查直流母线各元器件，确认放电电阻损坏， 更换后，故障排除，机床恢复正常。本章小结 本章主要论述了进给伺服系统的故障形式及诊断方法，主要有机床驱动装置的故障，位 置检测故障，工作过程中，振动或爬行故障你，机床定位精度或加工精度差，会参考点 故障等常见故障的诊断、排除及解决方法。数控机床传动系统的故障浅析- 39 -结 论随着生产力的发展，科学技术进步的需求而不断发展和完善起来的生产工具，是 生产力的重要素。在国民经济中，机械制造业是基础产业部门 。工业、农业、 国防和 科技的现代化，要求机械行业必须不断提供各种先进而性能优良的设备与装备 。而在 一般的机械制造中机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量 40％-60％。从质 的方面来说 ，既然机床是制造各种装备和机器的 ，那么机床的性能就必然直接影响机 械产业的性能、质量和经济性。因此机床是国民经济中具有战略意义的基础工业，机床 工业的发展和技术水平的提高 ，必然对国民经济的发展起着重大的作用 ，短短的几十 年 ，我国的机床工业已取得了巨大成就 。但也不容忽视 ，由于我国工业基础薄弱， 与世界先进水平相比，差距还是很大，主要表现在机床设计、实验 和开发能力较低， 机床的工艺水平较低，机床质量不稳定等，因此根据我国的情况，有必要对有关人员， 包括对机修人员、加工零件编程人员，工艺编制人员以及生产调度、定额制定、生产设 备、管理人员进行各种技术培训，对一般人员只要普及数控技术知识，了解数控机床特 点，能利用数控机床加工过程的要领即可。而对数控系统操作人员、维护人员及编程人 员则要进行专业技术培训，即可以在厂内现场培训，也可以到有关数控培训中心培训， 要求这类人员具备熟练的操作技巧和快速理解加工程序的能力， 能对机床加工中出现的 各种情况进行综合判断，分析影响加工质量的因素并提出处理的对策 ，具备及时判断 小故障的起因及排除故障的能力，还应具有较强的责任心和良好的职业道德，我们通过 这些努力，找出差距，尽快跟上世界先进水平，这是摆在工业战线广大职工面前艰巨而 光荣的任务。数控机床传动系统的故障浅析- 40 -参考文献1．杨忠力．数控机床故障诊断与维修．大连：大连理工大学出版社．2006． 2．蒙斌．数控原理与数控机床．北京:化学工业出版社．2009． 3．李伟．机床电器与 PLC．西安：西安电子科技大学出版社．2006． 4.蒋洪平，数控设备故障诊断与维修，北京：北京理工大学出版社，.严峻，数控机床常见故障快速处理 86 问，北京：机械工业出版社，.郑小年， 杨克冲， 数控机床故障诊断与维修， 武汉： 华中科技大学出版社， .王润孝，秦现生，机床数控原理与系统第 2 版，西安：西北工业大学出版 社，1997.6数控机床传动系统的故障浅析- 41 -致谢借此论文完稿之际，谨向在我大学三年的学习生活和毕业设计（毕业论文写作）完 成过程中给予我指导、关心、支持和帮助的所有老师、同学表示最衷心的感谢和最诚挚 的祝福。 首先要感谢我的所有指导老师，在您的悉心指导下我的毕业设计（毕业论文）才得 以顺利完成。老师丰富的学识、扎实的理论功底、严谨的治学态度、执著的敬业精神以 及宽阔的胸怀都是我学习的榜样；在这毕业设计（毕业论文写作）中，老师不仅在学术 上给我以指导，还身体力行影响着我的学习工作态度及人生价值观。在此，我向张老师 致以我最真挚的谢意，并将终生铭记她的教诲。 最后，祝所有的老师身体健康、工作顺利！}