数控机床伺服系统中检测器件的常见故障与维修

作者：威海职业技术学院 曲海波

欢迎访问e展厅 展厅 3 数控机床/铣床展厅 数控铣床, 摇臂铣床, 立式铣床, 转塔铣床, 炮塔铣床, ... 在数控机床设备的日常故障中，其伺服单元的检测器件是故障易发点。本文结合维修实践指出了检测器件的常见故障与维修方法及日常维护注意事项。 对于数控系统来说，伺服单元是最易出故障的地方。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。检测器件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。正常测量方式可分为间接测量和直接测量。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测器件测量，间接测量常用的检测器件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测器件测量，其常用的检测器件一般包括：直线感应同步器、磁尺激光干涉仪、计量光栅。在实际使用中由于磨损、污染经常出现检测元件故障，造成伺服系统无法驱动机床正常运行。 1 检测器件的常见故障及维修 当机床出现如下故障现象时，首先要考虑到是否是由检测器件的故障引起的，并正确分析查找故障部位。 1.1 机械振荡（加／减速时） 引发此类故障的常见原因有： （1）脉冲编码器出现故障，此时应重点检查速度检测单元上的反馈线端子上的电压是否在某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。 （2）脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节。 （3）测速发电机出现故障，修复，更换测速机。维修实践中，测速机电刷磨损、卡阻故障较多。应拆开测速机，小心将电刷拆下，在细砂纸上打磨几下，同时清扫换向器的污垢，再重新装好。 1.2 机械运动异常快速（飞车） 检修此类故障，应在检查位置控制单元和速度控制单元工作情况的同时，还应重点检查： （1）脉冲编码器接线是否错误，检查编码器接线是否为正反馈，A相和B相是否接反。 （2）脉冲编码器联轴节是否损坏，如损坏更换联轴节。 （3）检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。 1.3 主轴不能定向移动或定向移动不到位 检修此类故障，应在检查定向控制电路的设置调整，检查定向板，主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时一般要测编码器的输出波形，通过判断输出波形是否正常来判断编码器的好坏。（维修人员应注意在设备正常时测录编码器的正常输出波形，以便故障时查对。） 1.4 坐标轴进给时振动 检修时应在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查整个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节联接是否平稳可靠、测速机是否可靠。 1.5 出现NC错误报警 NC报警中因程序错误，操作错误引起的报警。如FAUNUC 6ME系统的NC报警090.091。出现NC报警，有可能是主电路故障和进给速度太低引起。同时，还有可能是： （1）脉冲编码器不良。 （2）脉冲编码器电源电压太低，（此时调整电源电压的15V，使主电路板的＋5V端子上的电压值在4.95—5.10V内）。（3）没有输入脉冲编码器的一转信号而不能正常执行参考点返回。 1.6 出现伺服系统报警 伺服系统故障时常出现如下的报警号：如FAUNUC 6ME系统的伺服报警：416、426、436、446、456。SIEMENS 880系统的伺服报警：1364 SIEMENS 8系统的伺服报警：114、104等。此时要注意检查： （1）轴脉冲编码器反馈信号断线，短路和信号丢失，用示波器测A相、B相一转信号，看其是否正常。 （2）编码器内部故障，造成信号无法正确接收，检查其受到污染、太脏、变形等。 2 检测器件常见故障维修实例分析 我院现有数控设备30余台，从使用过程中出现的故障来看，检测器件出现的故障占了很大比例：下面就几具典型故障作一个分析。 故障一：脉冲编码器感应光电盘损伤导致加工件加工尺寸误差较大 。 故障现象：CNC 862数控20车床X向切削零件时尺寸出现较大误差，达到0.32mm／250mm，CRT无报警显示。 故障分析：本机床的X、Z轴为伺服单元控制直流伺服电机驱动，用光电脉冲编码器作为位置检测，据分析造成加工尺寸误差的原因一般为：（1）X向滚珠丝杠与丝母副存在比较大的间隙或电机与丝杠相连接的轴承受损，导致实行行程与检测到的尺寸出现误差；（2）测量电路不良。 故障解决:根据上述分析，经检查发现丝杠与丝母间隙正常，轴承也无不良现象，测量电路的电缆连线和接头良好，最后我们用示波器检查编码器的检测信号，波形不正常。拆下编码器，发现光电盘不透光部分不知什么原因出现三个透明点致使检测信号出现误差，更换编码器，问题解决。因为CNC 862系统的自诊断功能不是特别强，因此出现这样的故障时，机床不停机，也无NC报警显示： 故障二:脉冲编码器A相信号错误导致轴运动产生振动。 故障现象:FAUNUC 6ME系统双面加工中心X向在运动的过程中产生振动，并且在CRT上出现NC416报警。 故障分析:根据故障现象，我们分析引起故障的原因可能有以下几种。（1）速度控制单元出现故障；（2）位置检测电路不良；（3）脉冲编码器反馈电缆的连线和连接不良;（4）脉冲编码器不良；（5）伺服电机及测速机故障；（6）机床数据是否正确。 故障解决:针对上述分析出的原因，对速度控制单元、主电路板、脉冲编码器反馈电缆的连接和连线进行检查，发现一切正常，机床数据正常，然后将电动机与机械部分脱开，用手转动电动机，观察713号诊断状态，713诊断内容为：713.3为X轴脉冲编码器反馈信号，如果断线，此位为1。713.2为X轴编码器反馈一转信号。713.1为X轴脉冲编码器B相反馈信号。713.0为X轴脉冲编码器A相反馈信号。713.2、713.1、713.0正常时电动机转动应为“0”、“1”不断变化，在转动电动机时，发现713.0信号只为“0”不变“1”，我们又用示波器检测脉冲编码器的A相、B相和一转信号，发现A相信号不正常，因此通过上述检查可判定调轴脉冲编码器不良，经更换新编码器，故障解决。 故障三:脉冲编码器受油污染，导致轴定位故障。 故障现象:一台SIEMENS 880卧式加工中心工作台在旋转定位过程中出现故障，运行中断，CRT出现报警号:1364报警内容为1364 ORD 4B2 measuing System Dirty即测量系统受污染。 故障解决:根据故障报警内容，我们先拆下检测线路板和反馈电缆接头，用酒精清洗其灰尘和油污，起动工作台，故障没消除，随后又拆下检测工作台位置的脉冲编码器，发现里面充满了大量机械油，原来有一通入编码器的压缩空气气路，压缩空气能把进入编码器的灰尘吹出，起到清洁编码器的作用，这些机械油是由气路通气时，因压缩空气不洁净，由压缩空气带进来的，我们用汽油把这些油污洗干净，并提高压缩空气质量，重新安装好编码器后，起动工作台，故障消除。 故障四:闭环电路检测信号线折断，导致控制轴运行故障。 故障现象:SIEMENS 8系统卧式加工中心有一次正在工作过程中，机床突然停止运行，CRT出现NC报警104，关断电源重新起动，报警消除，机床恢复正常，然而工作不久，又出现上述故障，如此反复。 故障分析：查询NC 1O4报警，内容为：X轴测量闭环电缆折断短路，信号丢失，不正确的门槛信号不正确的频率信号，本机床的X、Y、Z三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测，进行反馈控制形成一个闭环系统。 故障解决：根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅尺密封良好，里面洁净，读数头和光栅尺没有受到油污和灰尘污染，并且读数头和光栅尺正常，随后又检查差动放大器和测量线路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，我们把重点放在反馈电缆上，测量反馈端子，发现13号线电压不稳，停电后测量13号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在X向随导轨运动的一段有一处将要折断，似接非接，造成反馈值不稳，偏离其实际值，导致电机失步，经对断线重新接线，起动机床，故障消除。 3 检测器件日常维护保养 检测器件是一种极其精密和容易受损的器件，日常一定要及时对其进行正确的使用和维护保养，进行维护时应注意以下几个方面问题。 （1）额定电源电压一定要为额定值，工作环境温度不能超标，以便于系统各集成电路、电子元件的正常工作。 （2）避免受到强烈振动和摩擦以防损伤代码板，同时避免受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。 （3）避免外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。 （4）要保证反馈连接线的阻容正常，以保证正常信号的传输。 （5）各元件安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重量，以保证其性能的正常。 4 结束语 在数控设备的故障中，检测器件故障占相当大的比例，维修经验要不断积累。在出现故障时只要对出现的问题进行正确的深入分析，就能及时解决故障。如日常能进行及时正确维护保养，就一定能降低设备故障率，保证设备的正常运行。(end)

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