CNC数控编程——数控机床伺服进给系统常见故障分析与典型案例分析 ...

1、 伺服进给系统常见故障形式

1.1 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。

1.2 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。

1.3 窜动

在进给时出现窜动现象， 其可能原因有：1、接线端子接触不良， 如紧固的螺钉松动；2、位置控制信号受到干扰； 3、测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。如果窜动发生在正、 反向运动的瞬间， 则一般是由于进给传动链的反向间隙或者伺服系统增益过大引起。

1.4 过载

当进给运动的负载过大、 参数设定错误、 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。此故障一般机床可以自行诊断出来，并在 CRT 显示屏上显示过载、过热或过电流报警。 同时，在进给伺服模块上用指示灯或者数码管显示驱动单元过载、过电流等报警信息。

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1.5 伺服电动机不转

当速度、位置控制信号未输出、或者使能信号（即伺服允许信号，一般为 DC+24V 继电器线圈电压） 未接通以及进给驱动单元故障都会造成此故障。 此时应测量数控装置的指令输出端子的信号是否正常，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， 观察如润滑、 冷却等是否满足。 如是进给驱动单元故障则用交换法，可判断出相应单元是否有故障。

2、 伺服进给系统常见故障典型案例分析

（1）一台配套 FANUC 7M 系统的加工中心，进给加工过程中，发现 Y 轴有振动现象。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 Y 轴进给，发现 Y 轴仍有振动现象。在此方式下，通过较长时间的移动后， Y 轴速度单元上 OVC 报警灯亮。证明 Y 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：

①电动机负载过重；② 机械传动系统不良；③ 位置环增益过高；④ 伺服电动机不良，等等。

维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服电动机上。卸下 Y 轴电动机，经检查发现 2个电刷中有 1个的弹簧己经烧断，造成了电枢电流不平衡，使电动机输出转矩不平衡。

另外，发现电动机的轴承亦有损坏，故而引起 -轴的振动与过电流。更换电动机轴承与电刷后，机床恢复正常。

（2）一台配套 FANUC 6ME 系统的加工中心。轴在运动时速度不稳 .由运动到停止的过程中，在停止位置出现较大幅度的振荡，有时不能完成定位，必须关机后，才能重新工作。不想从事底层工作，想摆脱现状，想学习UG编程，可以找点冠教育的老师学习CNC数控技术。

分析与处理过程：仔细观察机床的振动情况，发现， X 轴振荡频率较低，且无异常声。

从振荡现象上看，故障现象与闭环系统参数设定有关，如：系统增益设定过高、积分时间常数设定过大等。

检查系统的参数设定、 伺服驱动器的增益、 积分时间电位器调节等均在合适的范围， 且与故障前的调整完全一致， 因此可以初步判断， 轴的振荡与参数的设定与调节无关。为了进一步验证， 维修时在记录了原调整值的前提下， 将以上参数进行了重新调节与试验， 发现故障依然存在，证明了判断的正确性。

在以上基础上， 将参数与调整值重新回到原设定后， 对伺服电动机与测量系统进行了检查。首先清理了测速发电机和伺服电动机的换向器表面， 并用数字表检查测速发电机绕组情况。检查发现， 该伺服电动机的测速发电机转子与电动机轴之间的连接存在松动， 粘接部分已经脱开；经重新连接后，开机试验，故障现象消失，机床恢复正常工作。

（3）一台数控铣床，采用 FUNAC 6M 系列三轴一体型伺服驱动器，开机后， X 轴工作正常，但是手动移动 Z 轴，发现在较小范围内， Z 轴可以运动，但继续移动 Z 轴，系统出现伺服报警。

分析和处理过程：根据故障现象，检查机床实际工作情况，发现开机后 Z 轴可以少量运动，不久温度迅速上升，表面发烫。分析引起以上故障的原因， 可能是机床电气控制系统故障或机械传动系统不良。为确定故障部位， 考虑到本机床采用半闭环结构， 维修时首先松开伺服与丝杠的连接， 并再次开机实验，发现故障现象不变，故确认报警是由于电气控制系统不良引起。

由于机床 Z 轴伺服带有制动器，开机测量制动器的输入电压正常，在系统、驱动器关机的情况下，对制动器单独加入电源进行试验，手动转动 Z 轴，发现制动器松开，手动转动轴平稳、轻松，证明制动器工作良好。

为了进一步缩小故障部位，确认 Z 轴伺服的工作情况，维修时利用不同规格的 X 轴在机床侧进行互换实验， 发现换上的同样出现发热现象， 且工作时故障现象不变， 从而排除了伺服本身原因。

为了确认驱动器的工作情况，维修时在驱动器侧，对 Z 轴的驱动器进行互换实验，即将 X 轴驱动器与 Z 轴伺服链接， Z 轴驱动器与 X 轴连接。经实验发现故障转移到 X 轴， Z轴工作恢复正常

根据以上实验，乐意确认以下几点：

①机床机械传动系统正常，制动器工作良好；

②数控系统工作正常，因为当 Z 轴驱动器带动 X 轴时，机床无报警；

③Z 轴伺服工作正常，因为将它在机床侧与 X 轴互换后，工作正常；

④Z 轴驱动器工作正常， 因为通过 X 轴驱动器在电柜侧互换， 控制 Z 轴后， 同样发生故障。

综合以上判断，可以确认故障是由于 Z 轴伺服的电缆连接引起的。

仔细检查伺服的电缆连接，发现该机床在出厂时电枢线连接错误，即驱动器的 L/M/N端子未与插头的 A/B/C 连接端一一对应，相序存在错误，重新连接后，故障消失， Z 轴可以正常工作。

（4）一台配套 FUNAC 6ME 系统的加工中心， X 轴在静止时机床工作正常，无报警；但在 X 轴运动过程中，出现振动，伴有噪声。

分析与处理过程：由于机床在 X 轴静止时机床工作正常，无报警，初步判定数控系统与驱动器无故障。考虑到 X 轴运动时定位正确， 因此， 进一步判定系统 X 位置环工作正常。检查 X 轴的振动情况，经观察发现，振动的频率与运动速度有关，运动速度快振动频率较高，运动速度慢则振动频率低， 初步认为故障与速度反馈环节有关。分析引起以上故障可能的原因有：

①测速发电机不良；

② 测速发电机连接不良；

③ 直流伺服电动机不良。