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                        一文讀懂進給伺服系統的故障診斷與處理

                        2018-07-21 15:07 企業新聞

                         

                        Jarrett伺服系統
                                進給伺服系統是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統,在數控機床等行業具有廣泛的應用,其故障的診斷處理也是一直被人們所重視的地方。下面就讓我們一起來看著進給伺服系統具有哪些故障形式,該如何診斷與處理吧!
                         
                        故障形式及原因診斷
                         
                        (1)超程
                        當進給運動超過由軟件設定的軟限位或由限位開關決定的硬限位時,就會發生超程報警。一般會在CRT上顯示報警內容。根據數控系統說明書,即可排除故障,解除報警。 
                         
                        (2)過載
                         當進給運動的負載過大,頻繁正反向運動以及傳動鏈潤滑狀態不良時,均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電機過載、過熱或過流等報警信息。同時,在強電柜中的進給驅動單元上,指示燈或數碼管會提示驅動單元過載、過電流等信息。
                         
                        (3)竄動
                        在進給時出現竄動現象,其原因包括:① 測速信號不穩定,如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等;② 速度控制信號不穩定或受到干擾;③接線端子接觸不良,如螺釘松動等。當竄動發生在由正向運動與反向運動的換向瞬間時,一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。
                         
                        (4)爬行
                        發生在啟動加速階段或低速進給時,一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態不良、伺服系統增益低和外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是,伺服電動機和滾珠絲杠連接用的聯軸器,由于連接松動或聯軸器本身的缺陷,如裂紋等,造成滾珠絲杠轉動和伺服電動機的轉動不同步,從而使進給運動忽快忽慢,產生爬行現象。
                         
                        (5)振動
                        機床以高速運行時,可能產生振動,這時就會出現過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題,所以應去查找速度環,即凡是與速度有關的問題,應該去查找速度調節器。因此,振動問題應查找速度調節器。主要從給定信號、反饋信號及速度調節器本身這三方面去查找故障。
                         
                        ① 首先檢查輸入給速度調節器的信號,即給定信號。給定信號由位置偏差計數器發出,經D/A轉換器轉換成模擬量VCMD、再送入速度調節器。應查一下這個信號是否有振動分量,如它只有一個周期的振動信號,可以確認速度調節器沒有問題,而是前級的問題,即應到D/A轉換器或位置偏差計數器中去查找問題。如果正常,就轉向查找測速發電機和伺服電動機的問題。
                         
                        ② 檢查測速發電機及伺服電機。當機床振動時,說明機床速度在振蕩,測速發電機反饋回來的波形一定也在振蕩,觀察它的波形是否出現有規律的大起大落。這時,最好能測一下機床的振動頻率與電動機旋轉的速度是否存在一個準確的比例關系,如振動的頻率是電動機轉速的四倍頻率,這時就應考慮電動機或測速發電機有故障。首先要檢查電動機有無故障,查其碳刷、換向器表面狀況,如果沒有問題,就再檢查測速發電機。
                         
                        ③ 速度調節器故障。若采用上述方法還不能完全消除振動,甚至無任何改善,就應考慮速度調節器本身的問題,應更換速度調節器板或換下后徹底檢測各處波形。
                         
                        ④ 檢查振動頻率與進給速度的關系。若二者成比例,除機床共振原因外,多數是因為CNC系統插補精度太差或位置檢測增益太高引起的,需要進行插補調整和檢測增益的調整。如果與進給速度無關,則可能原因有:速度控制單元的設定與機床不匹配,速度控制單元調整不好,該軸的速度環增益太大或速度控制單元的印制電路板不良。
                         
                        Jarrett伺服系統
                        實例: X軸振蕩的故障維修
                         
                        故障現象:一臺配套FANUC OMC的數控機床,加工中心X軸負載有時突然上升到80%,同時 X軸電動機嗡嗡作響;有時又正常。
                         
                        分析及處理過程:現場觀察發現 X軸電動機嗡嗡作響的頻率較低,故判斷 X軸發生低頻振蕩。發生振蕩的原因有:
                         
                        ①軸位置環增益不合適;
                         
                        ②機械部分間隙大,傳動鏈剛性差,有卡滯;
                         
                        ③負載慣量較大。
                         
                        經查X軸位置增益未變,負載也正常。此機床由于一直進行重切削加工,X軸間隙較大,剛進行過間隙補償。經查X軸間隙補償參數0535,設定值為250,用百分表測得X軸實際間隙為0.22,補償過渡;直到將設定值改為200后,X軸振蕩才消除。
                         
                        (6)伺服電機不轉
                        數控系統輸入至進給驅動單元的除了速度控制信號外,還有伺服使能控制信號,一般為DC + 24 V繼電器線圈電壓。① 檢查數控系統是否有速度控制信號輸出;② 檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態,分析機床PLC梯形圖(或流程圖),以確定進給軸的啟動條件,如潤滑、冷卻等是否滿足;③ 對帶電磁制動的伺服電動機,應檢查電磁制動是否釋放;④ 進給驅動單元故障;⑤ 伺服電動機故障。
                         
                        (7)位置誤差
                        當伺服軸運動超過位置允差范圍時,數控系統就會產生位置誤差過大的報警,包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有:① 系統設定的允差范圍??;② 伺服系統增益設置不當;③ 位置檢測裝置有污染;④ 進給傳動鏈累積誤差過大;⑤ 主軸箱垂直運動時平衡裝置(如平衡油缸等)不穩。
                         
                        (8)漂移
                        當指令值為零時,坐標軸仍移動,從而造成位置誤差。通過漂移補償和驅動單元上的零速調整來消除。
                         
                        (9)回參考點故障
                        回參考點故障一般分為找不到參考點和找不準參考點兩類。前一類故障一般是回參考點減速開關產生的信號或零位脈沖信號失效,可以通過檢查脈沖編碼器零標志位或光柵尺零標志位來確定是否有故障;后一類故障是參考點開關擋塊位置設置不當引起的,需要重新調整擋塊位置。
                         
                        (10)伺服電動機開機后既自動旋轉
                        主要原因有:① 位置反饋的極性錯誤;② 由于外力使坐標軸產生了位置偏移;③驅動器、測速發電機、伺服電動機或系統位置測量回路不良;④ 電動機或驅動器有故障。
                         
                        進給驅動的故障診斷
                         
                        1、直流進給驅動
                         
                        PWM調速是利用脈寬調制器對大功率晶體管的開關時間進行控制。將速度控制信號轉換成—定頻率的方波電壓,加到直流伺服電機電樞的兩端,通過對方波寬度的控制,改變電樞兩端的平均電壓,從而達到控制電樞電流,進而控制伺服電動機轉速的目的。晶閘管調速則是利用速度調節器對晶閘管的導通角進行控制,通過改變導通角的大小來改變電樞兩端的電壓,從而達到調速的目的。
                         
                        1.CRT有報警顯示的故障
                        對于FANUC系統,CRT顯示的伺服報警為400~457號伺服系統錯誤報警和702~704號過熱報警。引起過熱報警的原因有:
                         
                        ① 機床切削條件苛刻及機床摩擦力矩增大,引起主回路中的過載繼電器動作;
                         
                        ② 切削時伺服電動機電流太大或變壓器本身故障,引起伺服變壓器熱控開關動作;
                         
                        ③ 伺服電動機電樞內部短路或絕緣不良、電動機永久磁體去磁或脫落及電動機制動器不良,引起電動機內的熱控開關動作。
                         
                        2.報警指示燈指示的故障
                         
                        對于FANUC系統和Siemens系統速度控制單元中的印制線路板上有報警燈,其功能、故障原因及排除方法可參看相應機床說明書。
                         
                        3.無報警顯示的故障
                        ① 機床失控。速度反饋信號為正反饋信號,多發生在維修調試過程中,通常是電纜信號線連接錯誤所致。
                         
                        ② 機床振動。與位置控制有關的系統參數設定錯誤,如指令倍率CRM和檢測倍率DMR的設定錯誤等。檢查機床振動周期,如機床振動周期隨進給速度變化,特別是快速移動時,伴有大的沖擊,多為測速裝置有故障,如伺服電動機上的測速發電機電刷接觸不良;若機床振動周期不隨進給速度變化,則調節增益電位器,使增益降低,觀察振動是否減弱。若減弱,且振動頻率是幾十赫茲到幾百赫茲,也即機床的固有振動頻率,則可通過印制線路板上的有關設定來解決。若振動不減弱,則是印制線路板有故障。
                         
                        ③ 定位精度低。除機床進給傳動鏈誤差大外,還與伺服系統增益太低有關,調節增益電位器,增大增益,以確認能否消除故障。
                         
                        ④ 電動機運行時噪聲過大。伺服電動機換向器的表面粗糙度不好或有損傷;油液或灰塵等侵入電刷或換向器;電動機軸向存在竄動。
                         
                        ⑤ 伺服電動機不轉。電動機永久磁鐵脫落;帶電磁制動器的伺服電動機,制動器失靈,通電后未能脫開。
                         
                        2、交流進給驅動
                         
                        1.交流伺服電動機的基本檢查。原則上說,交流伺服電動機可以不需要維修,因為它沒有損壞。但由于交流伺服電動機內含有精密檢測器,因此,當發生碰撞、沖擊時可能會引起故障,維修時應進行如下檢查:

                        ①是否受到任何機械損傷;

                        ② 旋轉部分是否可用手正常轉動;

                        ③ 帶制動器的,制動器是否正常;

                        ④是否有任何松動螺釘或間隙;

                        ⑤是否安裝在潮濕、溫度變化劇烈和有灰塵的地方。
                         
                        2.交流伺服電動機的安裝注意事項。維修完成后,安裝伺服要注意以下幾點:
                         
                        ① 由于伺服系統防水結構不是很嚴密,如果切削液、潤滑油等滲入內部,會引起絕緣性能降低或繞組短路,因此,應注意盡可能避免切削液濺入;
                         
                        ② 當伺服電動機安裝在齒輪箱上時,加注潤滑油時應注意齒輪箱的潤滑油油面高度必須低于伺服的輸出軸,防止潤滑油滲入內部。
                         
                        ③ 當固定伺服聯軸器、齒輪、同步帶等連接件時,在任何情況下,作用在上面的力不能超過容許的徑向、軸向負載。
                         
                        ④ 按說明書規定,對伺服和控制電路之間進行正確的連接。
                         
                        3.交流伺服電動機常見的故障。包括以下幾點:
                         
                        ① 轉子位置檢測裝置故障。當霍爾開關或光電脈沖編碼器發生故障時,會引起失控,進給有振動。
                         
                        ② 用萬用表或電橋測量電樞繞組的直流電阻,檢查是否斷路,并用兆歐表查絕緣是否良好。
                         
                        ③ 將與機械裝置分離,用手轉動轉子,正常情況下感覺有阻力,轉一個角度后手放開,轉子又返回;如果用手轉動轉子時能連續轉幾圈并自由停下,則該電動機已損壞;如果用手轉不動或轉動后無返回,則機械部分可能有故障。
                         
                        ④ 脈沖編碼器的更換。若交流伺服的脈沖編碼器不良,就應更換脈沖編碼器。
                         
                        3、步進電動機驅動
                         
                                步進電動機驅動是開環控制系統中最常選用的伺服驅動系統。開環進給系統的結構較簡單,調試、維修、使用都很方便,工作可靠,成本低廉。在一般要求精度不太高的機床上曾得到廣泛應用。
                         
                               使用過程中,步進電動機驅動系統有如下常見故障:
                         
                        1.電動機過熱報警。可能是工作環境過于惡劣,環境溫度過高;參數選擇不當,如電流過大、超過相電流和可重新設置參數等。
                         
                        2.工作中,尖叫后不轉,具體情況為加工或運行過程中,驅動器或步進電動機發出刺耳的尖叫聲。可能的原因是輸入脈沖頻率太高,引起堵轉,可通過降低輸入脈沖頻率來排除;輸入脈沖的突調頻率太高,可通過降低輸入脈沖的突調頻率來排除。
                         
                        3.工作過程中停車,在工作正常的狀況下,發生突然停車的故障。
                         
                        4.步進電動機失步或多步,此故障引起的可能現象是工作過程中,配置步進電動機驅動系統的某軸突然停頓,而后,又繼續走動。
                         
                        5.運轉不均勻,有抖動。反映在加工中是加工的工件有振紋,表面粗糙度大。
                         
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                        故障診斷處理
                         
                        一般常見的有以下幾種處理方法:
                         
                        (1)修理或更換元器件。
                         
                        (2)重新安裝或插接相關的連接狀況。
                         
                        (3)調整相關參數。
                         
                                數控系統、PLC 及伺服驅動系統都設置了許多可修改的參數,以適應不同機床、不同工作狀態的要求。這些參數不僅能使各電氣系統與具體機床相匹配,而且能使機床各項功能達到最佳化。因此,任何參數的變化(尤其是模擬量參數)甚至丟失都是不允許的;而隨機床的長期運行所引起的機械或電氣性能的變化,會打破最初的匹配狀態和最佳化狀態,需要重新調整相關的一個或多個參數給予排除。
                         
                        這種方法對維修人員的要求很高,不僅要對具體系統主要參數十分了解,即知曉其地址和熟悉其作用,而且要有較豐富的電氣調試經驗。
                         
                        (4)特殊處理法。
                         
                                當今的數控系統已進入PC 和開放化的發展階段,其中軟件含量越來越豐富,有系統軟件、機床制造者軟件,甚至還有使用者自己的軟件。由于軟件邏輯的設計中存在一些不可避免的問題,使得有些故障狀態無法分析,如死機現象。對于這種故障現象可以采取特殊手段來處理,如整機斷電,稍作停頓后再開機,有時就可將故障消除。
                         
                                維修人員可以在自己的長期實踐中摸索其規律或者其他有效的方法。當故障分析結果集中于某一印制電路板上時,由于電路集成度的不斷擴大,要把故障落實于其上某一區域乃至某一元件是十分困難的。為了縮短停機時間,在具有相同備件的條件下,可以先將備件換上,然后再去檢查修復故障板。但在拔出舊板更換新板之前,一定要先仔細閱讀相關資料,弄懂要求和操作步驟之后再動手,以免出現更大的故障。