冯启恩

(佛山南海技师学院,广东佛山 528000)

数控机床进给伺服系统常见故障诊断与维修分析

冯启恩

(佛山南海技师学院,广东佛山 528000)

位置检测装置、机床进给传动链和最重要的进给驱动装置构成了数控机床进给伺服系统,而数控机床进给伺服系统的功能和任务则是达到各坐标轴的位置控制。速度环、位置环和电流环包含在系统中,任意一环不能正常工作都可能导致伺服系统无法正常运转。诊断伺服系统所出现的故障,一般会区分内因和外因两种。伺服系统启动的条件是否满足是指外因,举例便是供给伺服系统的控制信号是否出现,供给伺服系统的电源是否正常,内因指的是确认伺服驱动装置故障等情况。供电及驱动条件在正常的情况下,系统自身仍然不能驱动伺服电机,即是内因。本文利用实例,探讨和分析了伺服系统常见故障形式。

维修分析 数控机床 常见故障

1 超程

一般情况下,在进给运动中,如果限位开关设定的硬限位或由软件设定的软限位被超过,即可能发生超程报警的情况。当CRT上出现报警内容时,可以通过数控系统的说明书来排除故障,使警报解除。

2 过载

频繁的正反向运动、过大的负载和传动链润滑状况或过载检测电路不良,都是在进给运动时可以导致过载报警情况发生的原因。当伺服电动机过载、过热的报警出现在CRT显示上时,可以通过进给驱动单元(电气柜上)的指示灯和数码管使驱动单元过载、过电流等信息得到显示。对于故障,常可采取分析处理手段,首先对电气伺服系统是否存在故障进行检查,如果存在故障,多是由负载过重引起。区分电气故障和机械故障这两种情况的最佳手段是拆下Z轴电动机使其脱开机械,然后运行观察故障是否仍然出现,通过此操作来确认是否由于机械丝杠或运动部位过紧而引起的。如果在调整Z轴丝杠防松螺母,仍观察到效果不明显,可以再次对Z轴导轨的镶条进行调整,减轻该机床负载,消除故障。

3 回参考点故障

找不准参考点和找不到参考点是机床回参考点故障的最常见两种类型。参考点开关挡块位置设置不当是前者出现的主要原因,通过对挡块位置的重新调整即可消除。而后一类故障,很可能是零标志脉冲信号失效(包括信号未产生或在传输中丢失)或回参考点减速开关的信号所致。在排除故障之前,首先需要做到清楚认识机床的回参考点方式,然后分析故障现象,可以对参考点开关和机床外部的挡块进行预先检测,观察PLC接口I/O状态指示信号(CN C系统);然后对编码器的零标志脉冲信号进行检测。

故障现象：一台FANUC-TD系统的数控车床在进行回零作业时,X轴的回零动作运行正常,但X轴硬件超程的机床系统故障引起急停报警,而Z轴的回零控制此时显示正常。

分析与处理过程：参考返回参考点的控制原理并结合故障现象,以得出出减速信号是否正常的判定,另外观察零标志脉冲信号(位置检测装置上)是否正常。故障产生原因多是由系统轴板故障和X轴进给电机的编码器故障引起。鉴于正常的Z轴回零动作,可通过交换法判断故障的发生部位。交换之后,容易出现X轴回零操作正常而Z轴回零报警的情况,基本可确定故障是在系统轴板上的。更换轴板,恢复机床的正常运作。

4 伺服电动机不转

控制信号和速度信号是数控系统至进给驱动单元所能发出的两种信号。在伺服电动机不工作运转的情况下,可以进行如下5个项目检查：

(1)伺服电动机故障;(2)如伺服电动机带电磁制动器,须对电磁制动器是否释放的情况进行检查;(3)数控系统的控制信号输出是否有速度;(4)观察CRT的I/O状态并分析机床PLC梯形图,确定润滑、冷却等启动条件是否满足,以检查信号是否接通;(5)进给驱动单元故障。

故障现象：在一台配套FANUC0M系统的加工机床开始作业后,先以自动运行的方式进行作业,之后出现了CRT示401号报警的情况。处理过程：401号报警出现后,根据其含义 “VRDY信号(轴伺服驱动器)断开,驱动器未准备好”和机上伺服进给系统的实际配置情况,对其维修需要遵照的顺序进行检查并确认妥善。

对以上检查进行逐条执行,以使驱动器的控制电源和故障是否有关得到初步的确定。对输入电源进行仔细的检查,发现输入电源熔断器电阻(X轴伺服驱动器上)远大于2MΨ,超出了规定值很远。对熔断器进行更换,然后对直流辅助电压进行二次测量,±15V、±24V恢复正常,PRDY和VRDY状态指示灯恢复正常,再使机床重新运行,可使401号报警消失。

5 振动

液压油的弹性模量远远小于钢的弹性模量,外叉。内叉和轴的变形量比较于由液压油被压缩的变化量显得极小,以致能够忽略不计,故而在此把液压升降台外叉、内叉和轴都视作刚体。在偶尔出现的故障情况下,可以将CNC与伺服驱动系统本身无损坏作为初步的判定结论;如果操作人员反映机床在回参考点工作时无报警现象出现,则可以排除电缆连接不良的可能。在工作人员进行维修时,可通过Y轴编制的空运行试验程序来确认：在停止和快进起动时容易出现故障时,且发生故障时,位于速度控制单元上的HVAL报警指示灯变亮,多可能是系统存电压。对速度控制单元的输入电源进行测量和检查,如果输入的电压是正确的;可继续检查制动电阻(位于直流电母上)和斩波管是否损坏,继而可以进一步得出故障是否由于负载过重引起的判定。

鉴于已得到的信息：本机床的Y轴采用液压平衡系统, 平衡液压缸的压力调节也许和分析机械负载过重有关,可以继续检查液压系统,如发现平衡压力调整过低的情况,应调正并平衡系统的压力,只有使故障完全消失,机床才能恢复高效运转。

6 结语

在以上所述的过程中,液压缸变形和液压油被压缩后体积减小是导致液压升降平台垂直方向位移的最主要原因,另外切不可忽视液压缸的变形对于升降平台垂直刚度所产生的的影响。外叉、升降机内叉、安装尺寸、活塞杆尺寸和上料前活塞位移值共同决定了液压升降平台垂直方向刚度。在上料前,将活塞的位移值调节为100mm,会使铜装线上料工位液压升降平台刚度最小。另外,如果操作者不考虑液压缸外漏和内漏,那么会导致铜包装线升降平台的实际垂直刚度将小于之前所得到的刚度。

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