姚泰鋒 王國成 姚海鋒

摘要：數(shù)控機(jī)床的工作核心是伺服系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是機(jī)床機(jī)械傳動部件與數(shù)控系統(tǒng)的樞紐，伺服系統(tǒng)在機(jī)床動態(tài)運(yùn)行中處于頻繁的啟動、制動等動作過程，故障率是最高的，因此伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，直接影響零件加工的質(zhì)量和效率。如何解決數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)難題是數(shù)控機(jī)床維修領(lǐng)域面臨的重大問題?；诖耍酒恼聦?shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障維修措施進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;伺服系統(tǒng);故障維修;措施探討

引言

隨著機(jī)加工行業(yè)的蓬勃發(fā)展，許多老舊數(shù)控機(jī)床長期工作導(dǎo)致性能變差，控制技術(shù)落后，有的甚至不能工作。通過對數(shù)控車床的改造，可以用較少的投入、較短的周期改善機(jī)床的使用性能和功能，同時(shí)節(jié)約設(shè)備的購置費(fèi)。因此，本文著重介紹數(shù)控車床進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選型與改造，對今后機(jī)床的伺服系統(tǒng)改造有著積極的意義。

1數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)由驅(qū)動單元、執(zhí)行件、機(jī)械傳動部件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的類型，按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置，可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng);按使用直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)分類，可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng);按進(jìn)給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類，可分為進(jìn)給伺服和主軸伺服系統(tǒng);按反饋比較控制方式分類有脈沖數(shù)字比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)和全數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)將接收到的位移等信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大處理后，由機(jī)械傳動系統(tǒng)驅(qū)動相應(yīng)的機(jī)床主軸和刀架進(jìn)行工作，從而完成相應(yīng)精度動作。

2進(jìn)給伺服驅(qū)動的性能要求

數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與車床執(zhí)行部件的樞紐，數(shù)控車床性能的好壞在很大程度上是由進(jìn)給伺服裝置性能決定的，所以，進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)性能的開發(fā)和研究是本次數(shù)控車床改造的關(guān)鍵技術(shù)之一。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是通過編程指令或機(jī)床操作而生成脈沖指令，經(jīng)過一系列處理反饋，最后實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床刀具位置和運(yùn)動速度的控制系統(tǒng)。它一般由位置控制、速度控制、伺服電動機(jī)、檢測裝置和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)組成。進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)性能的高低決定著數(shù)控車床質(zhì)量的好壞，所以，數(shù)控車床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)各部件都有很高的要求，具體有以下幾點(diǎn)：①調(diào)速范圍寬;②輸出位置精度高;③穩(wěn)定性好;④動態(tài)響應(yīng)快;⑤負(fù)載特性要硬;⑥響應(yīng)速度快且無超調(diào);⑦高性能電動機(jī);⑧伺服系統(tǒng)的可靠性高，使用方便，維修購買成本低。

3數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的故障類型

伺服進(jìn)給系統(tǒng)故障。伺服進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床加工功能實(shí)施的重要裝置，對于數(shù)控機(jī)床工作的穩(wěn)定性影響很大，伺服進(jìn)給系統(tǒng)包括了伺服電機(jī)、傳動結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等裝置，而這些部位也是機(jī)械故障頻發(fā)的部位。當(dāng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可利用數(shù)控機(jī)床配套的PLC檢測程序進(jìn)行故障檢查，并根據(jù)可能的故障問題對電機(jī)、檢測開關(guān)、編碼器、接線及其他電器元件進(jìn)行電壓、電流等檢測，以確定故障原因，并對損壞的元件進(jìn)行更換。

除了這些外，連接元件中的彈性變形也是影響系統(tǒng)動態(tài)性能的關(guān)鍵因素，比如聯(lián)軸節(jié)等，一般說來，系統(tǒng)的剛性越好，系統(tǒng)的動態(tài)特性就越好，所以在優(yōu)化之前先盡量在機(jī)械方面提高系統(tǒng)的剛性，比如檢查聯(lián)軸節(jié)的連接，絲杠的間隙等。

4數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的常見故障處理

伺服環(huán)節(jié)是由電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)組成的，電流環(huán)、速度環(huán)的控制器是由比例積分調(diào)節(jié)器組成，是驅(qū)動的核心部分，因而速度環(huán)又是驅(qū)動優(yōu)化的調(diào)整重點(diǎn)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障處理。（1）TMP指示燈紅：檢查驅(qū)動器是否過熱，電動機(jī)是否過載。（2）DIS指示燈黃：檢查驅(qū)動器使能信號（+ENA/-ENA）是否連接正確。（3）LED指示燈綠，電機(jī)不動：檢查+INHIBIT和-INHIBIT端口是否接錯(cuò)，命令信號地和驅(qū)動器信號地是否相連。（4）電機(jī)轉(zhuǎn)動，LED燈閃爍：檢查電機(jī)相位設(shè)定開關(guān)是否正確，傳感器電壓值是否在范圍值內(nèi)。（5）驅(qū)動器LED燈不亮：檢查供電電壓是否小于最小電壓值。（6）LED燈保持紅色：檢查驅(qū)動器輸入電壓是否過壓、欠壓，電動機(jī)相間是否短路，電動機(jī)是否過載發(fā)熱。（7）傳動系統(tǒng)定位精度不穩(wěn)：檢查絲杠螺母是否安裝正確。（8）傳動系統(tǒng)定位誤差較大：檢查絲杠螺距是否誤差過大，電機(jī)與絲杠之間的連接是否松動。（9）電機(jī)失速：檢查速度反饋極性是否接反，編碼器電源是否失電。（10）參考點(diǎn)定位誤差過大：檢查接近開關(guān)是否安裝正確，接近開關(guān)與檢測體之間的間隙是否足夠，接近開關(guān)是否出現(xiàn)故障。（11）螺紋加工不能重復(fù)：檢查主軸與主軸編碼器間的機(jī)械連接是否正常。（12）電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)誤：檢查電機(jī)、電纜是否有破損，動力電纜和編碼器電纜的配線是否正確，電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出是否錯(cuò)誤，增益設(shè)置是否正確，電機(jī)負(fù)載是否在允許范圍內(nèi)。（13）返回參考點(diǎn)動作不正確：檢查邏輯接近開關(guān)是否要更換，觸點(diǎn)開關(guān)是否復(fù)位。（14）電機(jī)在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向跑得快：檢查無刷電機(jī)相位是否搞錯(cuò)，測試/偏差開關(guān)是否打在測試位置，偏差電位器位置是否正確。（15）伺服電機(jī)在有脈沖輸出時(shí)不運(yùn)轉(zhuǎn)：檢查控制模式是否處于位置控制模式，編碼器電纜線是否配置錯(cuò)誤，帶制動器的伺服電機(jī)其制動器是否已經(jīng)打開，Run指令是否正常，監(jiān)視控制器面板確認(rèn)脈沖指令是否輸入，監(jiān)視控制器脈沖是否正常輸出，輸入脈沖與指令脈沖的設(shè)置是否一致，偏差計(jì)數(shù)器復(fù)位信號是否輸入。

5數(shù)控機(jī)床故障修復(fù)的合理性分析

數(shù)控機(jī)床的故障維修過程有多種方式，例如經(jīng)驗(yàn)分析、故障碼分析、儀器檢測、綜合檢測等。對于數(shù)控機(jī)床的故障問題，要采用合理的方式進(jìn)行維修，才能既保證維修質(zhì)量又節(jié)省維修成本?？傮w來講為保證數(shù)控機(jī)床維修的合理性，要注意以下幾方面問題，一是根據(jù)故障問題的表征合理選擇維修方式，對于簡單的表面故障則不必采用儀器設(shè)備進(jìn)行檢測確定，而對于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)問題，不能單純采用簡單的判斷就加以處理，對于故障問題的判斷與檢測要做到科學(xué)合理;二是對于機(jī)械零件的損壞故障，要先針對故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，然后判斷故障零件的合理處置方式，對于可以修復(fù)的零件，在修復(fù)成本相對合理的條件下，則應(yīng)選擇修復(fù)，而對于難以修復(fù)或修復(fù)成本過高的零件，則應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)零件進(jìn)行更換;三是數(shù)控機(jī)床故障的維修過程要遵循規(guī)范操作程序，并由專業(yè)的維修人員完成，確保維修過程零件拆裝的合理性，避免零件拆裝過程中造成新的損傷或結(jié)構(gòu)不合理問題;四是軟件系統(tǒng)故障應(yīng)由專業(yè)的軟件維護(hù)人員執(zhí)行，不專業(yè)的軟件調(diào)整可能造成更嚴(yán)重的故障問題。

結(jié)束語

數(shù)控車床進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)改造研究，就是利用進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的性能要求來合理選擇CK-6140數(shù)控車床的伺服控制系統(tǒng)、伺服電動機(jī)、驅(qū)動器以及工作電源。數(shù)控機(jī)床是國家制造業(yè)發(fā)展保障，解決好機(jī)床維修問題可極大助推國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，本文簡單介紹了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障類型、故障維修方法，著重講述了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的常見故障維修措施，為數(shù)控機(jī)床故障維修提供一些借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]韋洪新.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的故障分析[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，21（03）：56-58.

[2]鄭凱.數(shù)控機(jī)床位置伺服系統(tǒng)的控制研究[D].曲阜師范大學(xué)，2020.

[3]易昊.數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)軟硬件故障實(shí)例分析[J].科學(xué)咨詢（科技·管理），2018（12）：58-59.

[4]關(guān)金貴，杜娟.常見數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（09）：98.

[5]梁國強(qiáng).數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障及其診斷[J].中國設(shè)備工程，2018（06）：113-114.