数控进给故障与排除

数控机床进给系统的故障诊断与维修

进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，直接影响了加工工件的精度。对它做好良好的维护与维修，是数控机床的关键。本章主要内容： ——对数控机床进给驱动系统作一半的介绍；

——介绍步进驱动系统的原理和主要特性作简单介绍后，列出了步进驱动系统的主要故障及排除，并列出相应维修实例。 ——简介了进给伺服驱动系统，列出了进给伺服驱动系统的主要报警及处理、主要故障及排除，并列出了维修实例。 4.1 进给驱动系统概述

进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，决定了数控机床的档次，因此，在数控技术发展的历程中，进给驱动系统的研制和发展总是放在首要的位置。 数控系统所发出的控制指令，是通过进给驱动系统来驱动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运动的。数控机床的进给驱动系统是一种位置随动与定位系统，它的作用是快速、准确地执行由数控系统发出的运动命令，精确地控制机床进给传动链的坐标运动。它的性能决定了数控机床的许多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度等。

4.1.1 数控机床对进给驱动系统的要求 1. 调速范围要宽

调速范围rn是指进给电动机提供的最低转速nmin和最高转速nmax之比，即：rn=nmin/nmax。 在各种数控机床中，由于加工用刀具、被加工材料、主轴转速以及零件加工工艺要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求进给驱动系统必须具有足够宽的无级调速范围（通常大于1∶10000）。尤其在低速（如<0.1r/min）时，要仍能平滑运动而无爬行现象。

脉冲当量为1μm/P情况下，最先进的数控机床的进给速度从0~240m/min连续可调。但对于一般的数控机床，要求进给驱动系统在0~24m/min进给速度下工作就足够了。 2. 定位精度要高

使用数控机床主要是为了：保证加工质量的稳定性、一致性，减少废品率；解决复杂曲面零件的加工问题；解决复杂零件的加工精度问题，缩短制造周期等。数控机床是按预定的程序自动进行加工的，避免了操作者的人为误差，但是，它不可能应付事先没有预料到的情况。就是说，数控机床不能像普通机床那样，可随时用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响。因此，要求进给驱动系统具有较好的静态特性和较高的刚度，从而达到较高的定位精度，以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差（目前进给伺服系统的分辨率可达1μm或0.1μm，甚至0.01μm）；同时进给驱动系统还要具有较好的动态性能，以保证机床具有较高的轮廓跟随精度。 3. 快速响应，无超调

为了提高生产率和保证加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。一方面，在启、制动时，要求加、减加速度足够大，以缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。一般电动机的速度从零变到最高转速，或从最高转速降至零的时间在200ms以内，甚至小于几十毫秒。这就要求进给系统要快速响应，但又不能超调，否则将形成过切，影响加工质量；另一方面，当负载突变时，要求速度的恢复时间也要短，且不能有振荡，这样才能得到光滑的加工表面。 要求进给电动机必须具有较小的转动惯量和大的制动转矩，尽可能小的机电时间常数和起动电压。电动机具有4000r/s2以上的加速度。

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4. 低速大转矩，过载能力强

数控机床要求进给驱动系统有非常宽的调速范围，例如在加工曲线和曲面时，拐角位置某轴的速度会逐渐降至零。这就要求进给驱动系统在低速时保持恒力矩输出，无爬行现象，并且具有长时间内较强的过载能力，和频繁的起动、反转、制动能力。一般，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4~6倍而不损坏。 5. 可靠性高 数控机床，特别是自动生产线上的设备要求具有长时间连续稳定工作的能力，同时数控机床的维护、维修也较复杂，因此，要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力，具有很强的抗干扰的能力。

4.1.2 进给驱动系统的基本形式

进给驱动系统分为开环和闭环控制两种控制方式，根据控制方式，我们把进给驱动系统分为步进驱动系统和进给伺服驱动系统。开环控制与闭环控制的主要区别为是否采用了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。闭环控制一般采用伺服电动机作为驱动元件，根据位置检测元件所处在数控机床不同的位置，它可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。 1. 开环数控系统

无位置反馈装置的控制方式就称为开环控制，采用开环控制作为进给驱动系统，则称开环数控系统。一般使用步进驱动系统（包括电液脉冲马达）作为伺服执行元件。所以也叫步进驱动系统。在开环控制系统中，数控装置输出的脉冲，经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理，在驱动电路中进行功率放大后控制步进电动机，最终控制步进电动机的角位移。步进电动机再经过减速装置（一般为同步带，或直接连接）带动丝杠旋转，通过丝杠将角位移转换为移动部件的直线位移。因此，控制步进电动机的转角与转速，就可以间接控制移动部件的移动，俗称位移量。图4-1为开环控制伺服驱动系统的结构框图。 采用开环控制系统的数控机床结构简单，制造成本较低，但是由于系统对移动部件的实际位移量不进行检测，因此无法通过反馈自动进行误差检测和校正。另外，步进电动机的步距角误差、齿轮与丝杠等部件的传动误差，最终都将影响被加工零件的精度。特别是在负载转矩超过输出转矩时，将导致的“丢步”，使加工出错。因此，开环控制仅适用于加工精度要求不高，负载较轻且变化不大的简易、经济型数控机床上。 2. 半闭环数控系统

图4-2所示为半闭环数控系统的进给控制框图。半闭环位置检测方式一般将位置检测元件安装在电动机的轴上（通常已由电动机生产厂家安装好），用以精确控制电动机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动机构，将角度转换成工作台的直线位移，如果滚珠丝杠的精度足够高，间隙小，精度要求一般可以得到满足。而且传动链上有规律的误差（如间隙及螺距误差）可以由数控装置加以补偿，因而可进一步提高精度，因此在精度要求适中的中、小型数控机床上半闭环控制得到了广泛的应用。

图4-2：半闭环数控系统进给控制框图

半闭环方式的优点是它的闭环环路短（不包括传动机械），因而系统容易达到较高的位置增益，不发生振荡现象。它的快速性也好，动态精度高，传动机构的非线性因素对系统的影响小。但如果传动机构的误差过大或误差不稳定，则数控系统难以补偿。例如由传动机构的扭曲变形所引起的弹性变形，因其与负载力矩有关，故无法补偿。由制造与安装所引起的重复定位误差，以及由于环境温度与丝杠温度的变化所引起的丝杠螺矩误差也不能补偿。因此要进一步提高精度，只有采用全闭环控制方式。

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3. 全闭环数控系统

图4-3所示为全闭环数控系统进给控制框图。全闭环方式直接从机床的移动部件上获取位置的实际移动值，因此其检测精度不受机械传动精度的影响。但不能认为全闭环方式可以降低对传动机构的要求。因闭环环路包括了机械传动机构，它的闭环动态特性不仅与传动部件的刚性、惯性有关，而且还取决于阻尼、油的粘度、滑动面摩擦系数等因素。这些因素对动态特性的影响在不同条件下还会发生变化，这给位置闭环控制的调整和稳定带来了困难，导致调整闭环环路时必须要降低位置增益，从而对跟随误差与轮廓加工误差产生了不利影响。所以采用全闭环方式时必须增大机床的刚性，改善滑动面的摩擦特性，减小传动间隙，这样才有可能提高位置增益。全闭环方式广泛应用在精度要求较高的大型数控机床上。 由于全闭环控制系统的工作特点，它对机械结构以及传动系统的要求比半闭环更高，传动系统的刚度、间隙、导轨的爬行等各种非线性因素将直接影响系统的稳定性，严重时甚至产生振荡。

解决以上问题的最佳途经是采用直线电动机作为驱动系统的执行器件。采用直线电动机驱动，可以完全取消传动系统中将旋转运动变为直线运动的环节，大大简化机械传动系统的结构，实现了所谓的“零传动”。它从根本上消除了传动环节对精度、刚度、快速性、稳定性的影响，故可以获得比传统进给驱动系统更高的定位精度、快进速度和加速度

图4-3：全闭环数控系统进给控制框图 4. 混合式闭环控制

图4-4所示为混合闭环控制。混合闭环方式采用半闭环与全闭环结合的方式。它利用半闭环所能达到的高位置增益，从而获得了较高的速度与良好的动态特性。它又利用全闭环补偿半闭环无法修正的传动误差，从而提高了系统的精度。混合闭环方式适用于重型、超重型数控机床，因为这些机床的移动部件很重，设计时提高刚性较困难。

4.2 步进驱动系统常见故障及排除

步进驱动系统简单来说，包括有步进电动机和步进驱动器。 4.2.1 步进电动机原理简介及分类 1. 步进电动机原理简介

步进电动机流行于70年代，该系统结构简单、控制容易、维修方面，且控制为全数字化；是一种能将数字脉冲转化成一个步距角增量的电磁执行元件；能很方便地将电脉冲转换为角位移，具有较好的定位精度，无漂移和无积累定位误差的优点，能跟踪一定频率范围的脉冲列，可作同步电动机使用。随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其它部分均可由软件实现，从而进一步简化结构。因此，至今国内外对这种系统仍在进一步开发。 但是，①由于步进电动机基本上是用开环系统，精度不高，不能应用于中高档数控机床；②步进电动机耗能大，速度低(远不如交、直流电动机)。因此，目前步进电动机仅用于小容量、低速、精度要求不高的场合，如经济型数控，打印机、绘图机等计算机的外部设备。 步进电动机是一种同步电动机，其结构同其它电动机一样，由定子和转子组成，定子为激磁场，其激磁磁场为脉冲式，即磁场以一定频率步进式旋转，转子则随磁场一步一步前进。 2. 步进电动机分类

步进电动机按转矩产生的原理可分为反应式、永磁式及混合式步进电动机；从控制绕组数量上可分为二相、三相、四相、五相、六相步进电动机；从电流的极性上可分为单极性和双极性步进电动机；从运动的型式上可分为旋转、直线、平面步进电动机。 4.2.2 步进电动机的驱动电路控制方式和应用举例

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1. 步进电动机的驱动电路控制方式

步进电动机绕组的驱动电路，单极性电流一般采用图4-5双管串联电路,双极性电流一般采用图4-5的H桥电路;对于三相混合式步进电动机则采用三相逆变桥电路,见图4-5

图4-5 步进电动机驱动电路 2. 开环控制系统的应用举例

以SH-50806A五相步进驱动器为例，步进进给驱动装置的基本接口如图4-6所示。

3. 百格拉公司步进电机WD3-007的面板接线图4-7。

图4-7：WD3-007步进电动机的面板接线图

控制信号说明：

PULSE：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电动机转动一步。

DIR：方向信号输入端，如“DIR”为低电平，电机按顺时针方向旋转； “DIR”为高电平电机按逆时针方向旋转。

CW：正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。 CCW：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。

RESET：复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复 位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。

READDY: 输入报警信号：READY是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电流是：35VDC，10mA≤I≤200mA，电阻性负载。如用该继电器，要把他串联到CNC的某输入端。当驱动器正常工作时继电器闭合，外部24VDC通过继电器输入到CNC输入端，否则外部24VDC无法输入到CNC输入端。

注意：PULSE+与CW+，PULSE-与CW-，DIR-与CCW-对应同一个接线口，按控制方式不同给出的两种定义名称。

4.2.3 步进电动机的主要特性 1. 步距角和步距误差

转子每步转过的空间机械角度，即步距角β为 β=360°o/Z2*N

其中 Z2-转子齿数，N-运行拍数。 步进电动机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角存在有步距误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回至上一转的稳定位置，因此步进电动机步距的误差不会长期积累。步进电动机步距的积累误差，是指一转范围内步距积累误差的最大值，步距误差和积累误差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影响步距误差和积累误差的主要因素有: 齿与磁极的分度精度；铁心迭压及装配精度；各相矩角特性之间差别的大小；气隙的不均匀程度等。

2. 静态矩角特性和最大静转矩特性

所谓静态是指电动机不改变通电状态，转子不动时的工作状态。空载时，步进电动机某相通

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以直流电流时，该相对应的定、转子齿对齐，这时转子无转矩输出。如在电动机轴上加一顺时针方向的负载转矩，步进电动机转子则按顺时针方向转过一个小角度θ，称为失调角,这时转子电磁转矩T与负载转矩相等。矩角特性是描述步进电动机稳态时，电磁转矩与失调角θ之间关系的曲线，或称为静转矩特性。见图4-7。

图4-7 步进电动机矩角特性 3. 步进电动机矩频特性

矩频特性是用来描述步进电动机连续稳定运行时输出转矩写连续运行频率之间的关系曲线。矩频特性曲线上每一频率所对应的转矩称为动态转矩。动态转矩除了和步进电动机结构及材料有关外，还与步进电动机绕组连接、驱动电路、驱动电压有密切的关系。如图4-8（a）所示的并联绕组和串联绕组的矩频特性图。图4-8（b）是混合式步进电动机连续运行时的典型的矩频特性曲线。

图4-8（a） 步进电动机矩频特性

4. 启动惯频特性

在负载转矩ML=0的条件下，步进电动机由静止状态突然启动，不丢步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，称为启动频率或突跳频率，超过此值就不能正常启动。启动频率与机械系统的转动惯量有关，包括步进电动机转子的转动惯量，加上其它运动部件折算至步进电动机轴上的转动惯量。下图4-9表示启动频率与负载转动惯量之间的关系。随着负载惯量的增加，起动频率下降。若同时存在负载转矩ML；则起动频率将进一步降低。在实际应用中，由于ML的存在，可采用的启动频率要比惯频特性还要低。

4.2.4 步进驱动装置常见故障及排除 正如前所述，步进驱动是开环控制系统中最常选用的伺服驱动系统。开环进给系统的结构较简单，调试、维修、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机床上曾得到广泛应用。

使用过程中，步进驱动系统常见如下故障：

1. 电动机过热报警，可能原因及故障排除见表4-1。 表4-1：步进电动机过热的报警综述 故障现象 可能原因 排除措施 有些系统会报警，显示电动工作环境过于恶劣，环境温度重新考虑机床应用条件，改机过热。用手摸电动机，会过高 善工作环境 明显感觉温度不正常，甚至参数选择不当，如电流过大，根据参数说明书，重新设置烫手 超过相电流 参数 电压过高 建议稳压电源

2. 工作中，尖叫后不转，具体情况为加工或运行过程中，驱动器或步进电动机发出刺耳的尖叫声。可能原因及排除措施见表4-2：

表4-2：步进驱动器尖叫后不转的故障原因及排除综述

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故障现象 可能原因 排除措施 驱动器或步进电动机发出刺输入脉冲频率太高，引起堵转 降低输入脉冲频率 耳的尖叫声，然后电动机停输入脉冲的突调频率太高 降低输入脉冲的突调频率 止不转 输入脉冲的升速曲线不够理想调整输入脉冲的升速曲线 引起堵转 3. 工作过程中停车，在工作正常的状况下，发生突然停车的故障。引起此故障的可能原因见表4-3。

表4-3 工作过程中停车的故障综述 可能原因 驱动电源故障 驱动电路故障 电动机故障 检查步骤 用万用表测量驱动电源的输出 发生脉冲电路故障 绕组烧坏 更换电动机 消除外界的干扰因素 排除措施 更换驱动器 电动机线圈匝间短路或接用万用表测量线圈间是否短路 地 杂物卡住 可目测

4. 工作噪声特别大，仔细观察加工或运行过程中，还有进二退一现象。可能原因及排除措施见表4-4：

表4-4：工作噪声特别大的故障原因及排除综述 故障现象 可能原因 排除措施 正确连接动力线 低频旋转时有进二检查相序 退一现象，高速上不去 电动机故障 电动机运行在低频区或共振区 纯惯性负载、正反转频繁 分析电动机速度及电动机频率后，调整加工切削参数 重新考虑次机床的加工能力 磁路混合式或永磁式转子磁钢退磁后更换电动机 以单步运行或在失步区 如永磁单向旋转步进电动机的定向机更换电动机 构损坏

5. 无力或者是出力降低或称“闷车”，即在工作过程中，某轴有可能突然停止，俗称“闷车”，可能原因见表4-5。

表4-5：“闷车”的可能原因及排除措施 故障部位 可能原因 驱动器故障 电动机绕组内部发生错误 排除措施 检查驱动器，确保有输出 更换驱动器 驱动器端故障 电压没有从驱动器输出来 电动机端故障 电动机绕组碰到机壳，发生相间短路或者线头 脱落

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电动机轴断 电动机定子与转子之间的气隙过大 外部故障 电压不稳 更换电动机 专业电动机维修人员调整好气隙或更换电动机 重新考虑负载和切削条件 会造成“闷车”的原因可能是：负载过大或切削重新考虑负载和切削条件 条件恶劣

6. 电动机一开始就不转。造成此故障的可能原因及排除措施见表4-6。 表4-6：电动机已开始就不转的故障综述 故障部位 步进驱动器 可能原因 驱动器与电动机连线断线 保险丝是否熔断 排除措施 确定连线正常 更换保险丝 当动力线断线时，二线式步进电动机确保动力线的连接正常 是不能转动的，但三相五线制电动机仍可转动，但力矩不足。 驱动器报警(过电压、欠电压、过电流、按相关报警方法解除 过热) 驱动器使能信号被封锁 驱动器电路故障 通过PLC观察是否使能信号正常 最好用交换法，确定是否驱动器电路故障，更换驱动器电路板或驱动器 重新连接好信号线 接口信号线接触不良 系统参数设置不当如：工作方式不对 依照参数说明书，重新设置相关参数 步进电动机 电动机卡死 主要是机械故障，排除卡死的故障原因，经验证，确保电动机正常后，方可继续使用 长期在潮湿场所存放，造成电动机部分生锈 更换步进电动机 电动机故障 指令脉冲太窄、频率过高、脉冲电平会出现尖叫后不转的现象，按尖太低 叫后不转的故障处理 外部故障 安装不正确 电动机本身轴承等故障 一般发生在新机调试时，重新安装调成 重新进行机械的调整 7. 步进电动机失步或多步，此故障引起的可能现象是工作过程中，配置步进驱动系统的某轴突然停顿，而后，又继续走动。此故障的可能原因具体综述见表4-7。 表4-7：步进电动机失步或多步的可能原因及排除措施 可能原因 检查步骤 排除措施 重新调整加工程序切削参数 7

负载过大，超过电动机的承载能 力

负载忽大忽小 是否毛坯余量分配不均匀等 调整加工条件 负载的转动惯量过大，启动时失可在不正式加工的条件下进重新考虑负载的转动惯量 步、停车时过冲 行试运行，判断是否有此想象发生 传动间隙大小不均 进行机械传动精度的检验 进行螺距误差补偿 重新考虑这种材料的工件的加工方案 传动间隙产生的零件有弹性变形 电动机工作在震荡失步区 电路总清零使用不当 干扰 分析电动机速度及电动机频调整加工切削参数 率 处理好接地，做好屏蔽处理 电动机故障，如定、转子相檫 有的严重的情况，听声音度可更换电动机 以感觉出来

8. 运转不均匀，有抖动，反映在加工中是加工的工件有振纹，表面光洁度差。引起此故障的可能原因及排除措施见表4-8。

表4-8：数控装置显示时有时无或抖动的故障综述 可能原因 指令脉冲不均匀 指令脉冲太窄 指令脉冲电平不正确 用万用表观测指令脉冲电平 检查步骤 用示波是观察指令脉冲 从数控系统找故障，去排除 排除措施 指令脉冲电平与驱动器用万用表测量指令脉冲电平后确实电平能匹配 不匹配 比较，是否与驱动器匹配 脉冲信号存在噪声 用示波器观测脉冲信号 注意观察电平是否变化频繁 调节数控系统参数，避免共振 脉冲频率与机械发生共可目测 振

9. 电动机定位不准。反映在加工中的故障就是加工工件尺寸有问题。可能原因及故障排除措施见表4-9

表4-9 电动机定位不准的故障综述 可能原因 加减速时间太小 检查步骤 排除措施 根据参数说明书，重新设置好参数 指令信号存在干扰噪利用示波器，检查指令信号如果示波器显示，信号只是受到小幅度的声 是否正常 变化，可加注磁环或抗干扰的元器件，同系统屏蔽不良 时处理好接地，做好屏蔽处理

4.2.5 步进电动机常见故障及维修 常见故障见表4-10。

表4-10：步进电动机常见故障综述 故障现象 电动机尖叫 可能原因 排除措施 CNC中与伺服驱动有关的参数设定、正确设置参数 调整不当引起的 8

电动机不能旋转 保险丝是否熔断 动力线短线 参数设置不当 电动机卡死 更换保险丝 确保动力线连接良好 依照参数说明书，重新设置相关参数 主要是机械故障，排除卡死的故障原因，经验证，确保电动机正常后，方可继续使用 更换步进电动机 正确连接R、S、T线 生锈或故障 电动机发热异常 动力线R、S、T连线不搭配 4.2.6 步进驱动系统维修实例：

例1：加工大导程螺纹时，出现堵转现象。 故障诊断和处理过程：开环控制的数控机床的CNC装置的脉冲当量一般为0.01mm，Z坐标轴G00指令速度一般为2000mm/min～3000mm/min。开环控制的数控车床的主轴结构一般有两类：

一类是由普通车床改造的数控车床，主轴的机械结构不变，仍然保持换档有级调速；另一类是采用通用变频器控制数控车床主轴实现无级调速。这种主轴无级调速的数控车床在进行大导程螺纹加工时，进给轴会产生堵转，这是高速低转矩特性造成的。 如果主轴无级调速的数控车床加工10mm导程的螺纹时，主轴转速选择300r/min，那么刀架沿Z坐标轴需要用3000mm/min的进给速度配合加工，Z坐标轴步进电动机的转速和负载转矩是无法达到这个要求的，因此会出现堵转现象。如果将主轴转速降低，刀架沿Z坐标轴加工的速度减慢，Z坐标轴步进电动机的转矩增大，螺纹加工的问题似乎可以得到改善，然而由于主轴采用通用变频器调速，使得主轴在低速运行时转矩变小，主轴会产生堵转。 对于主轴保持换档变速的开环控制的数控车床，在加工大导程螺纹时，主轴可以低速正常运行，大导程螺纹加工的问题可以得到改善，但是光洁度受到影响。如果在加工过程中，切削进给量过大，也会出现Z坐标轴堵转现象。

例2：步进电动机驱动单元的常见故障——功率管损坏。 故障诊断和处理过程：步进电动机驱动单元的常见故障为功率管损坏。功率管损坏的原因主要是功率管过热或过流造成的。要重点检查提供功率管的电压是否过高，功率管散热环境是否良好，步进电动机驱动单元与步进电动机的连线是否可靠，有没有短路现象等，如有故障要逐一排除。

为了改善步进电动机的高频特性，步进电动机驱动单元一般采用大于80V交流电压供电（以前有50V），经过整流后，功率管上承受较高的直流工作电压。如果步进电动机驱动单元接入的电压波动范围较大或者有电气干扰、散热环境不良等原因，就可能引起功率管损坏。对于开环控制的数控机床，重要的指标是可靠性。因此，可以适当降低步进电动机驱动单元的输入电压，以换取步进电动机驱动器的稳定性和可靠性。

例3：经济型数控机床的启动、停车影响工件的精度。

故障诊断和处理过程：步进电动机旋转时，其绕组线圈的通、断电流是有一定顺序的。以一个五相十拍步进电动机为例，启动时，A相线圈通电，然后各相线圈按照A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A所示顺序通电。我们称A相为初始相，因为每次重新通电的时候，总是A相处于通电状态。当步进电动机旋转一段时间后，通电的状态是其中的某个状态。这时机床断电停止运行时，步进电动机在该状态初结束。当机床再

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次启动通电工作时，步进电动机又从A向开始，与前次结束不一定是同相，这两个不同的状态会使偏转若干个步距角，工作台的位置产生偏差，CNC对此偏差是无法进行补偿的。 数控机床在批量加工零件时，如果因换班断电停车或者有其他原因断电停车更换加工零件，根据上述的原因，这时所加工的零件尺寸会有偏差。解决这个问题可以通过检测步进电动机驱动单元的初始相信号，使机床在初始相处断电停车来解决。另一种解决方法是在数控机床上安装机床回参考点来解决。

4.3 进给伺服驱动系统介绍

4.3.1 进给伺服驱动系统的组成及分类 1. 进给伺服驱动系统的组成

数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元，驱动单元，机械传动部件，执行机构和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动单元组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行机构组成机械传动系统。检测元件和反馈电路组成检测装置，也称检测系统。

进给伺服系统的任务就是要完成各坐标轴的位置控制。数控系统根据输入的程序指令及数据，经插补运算后得到位置控制指令，同时，位置检测装置将实际位置监测信号反馈于数控系统，构成全闭环或半闭环的位置控制。经位置比较后，数控系统输出速度控制指令至各坐标轴的驱动装置，经速度控制单元驱动伺服电动机滚珠丝杠传动实现进给运动。伺服电动机上的反馈装置将转速信号反馈回系统与速度控制指令比较，构成速度反馈控制。因此，进给伺服系统实际上是外环为位置环、内环为速度环的控制系统。对进给伺服系统的维护及故障诊断将落实到位置环和速度环上。组成这两个环的具体装置有：用于位置检测的有光栅、光电编码器、感应同步器、旋转变压器和磁栅等；用于转速检测的有测速发电动机或光电编码器等。

2. 进给伺服驱动系统的分类 按伺服进给系统使用的伺服类型，半闭环、闭环数控机床常用的伺服进给系统可以分直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统两大类。在20世纪70年代至80年代的数控机床上，一般均采用直流伺服驱动；从80年代中、后期起，数控机床上多采用交流伺服驱动。下面将分别按直流伺服驱动系统、交流伺服驱动系统来阐述其维修与维护的相关知识。

4.3.2 直流进给驱动系统的介绍

1. FANUC公司直流进给驱动系统

从1980年开始，FANUC公司陆续推出了小惯量L系列、中惯量M系列和大惯量H系列的直流伺服电动机。中、小惯量伺服电动机采用PWM速度控制单元，大惯量伺服电动机采用晶闸管速度控制单元。驱动装置具有多重保护功能，如过速、过电流、过电压和过载等。 2. SIEMENS公司直流进给驱动系统

SIEMENS公司在70年代中期推出了1HU系列永磁式直流伺服电动机，规格有1HU504、1HU305、1HU310和1HU313。与伺服电动机配套的速度控制单元有6RA20和6RA26两个系列，前者采用晶体管PWM控制，后者采用晶闸管控制。驱动系统除了各种保护功能外，另具有

热效应监控等功能。

3. MITSUBISHI公司直流进给驱动系统

MITSUBISHI公司的HD系列永磁式直流伺服电动机，规格有HD21、HD41、HD81、HD101、HD201和HD301等。配套的6R系列伺服驱动单元，采用晶体管PWM控制技术，具有过载、过电流、过电压和过速保护，带有电流监控等功能。

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4.3.3 交流伺服系统

1. 常用交流伺服系统介绍

1） FANUC公司交流进给驱动系统

FANUC公司在80年代中期推出了晶体管PWM控制的交流驱动单元和永磁式三相交流同步电动机，电动机有S系列、L系列、SP系列和T系列，驱动装置有α系列交流驱动单元等。 2） SIEMENS公司交流进给驱动系统 1983年以来，SIEMENS公司推出了交流驱动系统。由6SC610系列进给驱动装置和6SC611A（SIMODRIVE611A）系列进给驱动模块、1FT5和1FT6系列永磁式交流同步电动机组成。驱动采用晶体管PWM控制技术，带有

热效应监控等功能。另外，SIEMENS公司还有

用于数字伺服系统的SIMODRIVE611D系列进给驱动模块。 3） MITSUBISHI公司交流进给驱动系统

MITSUBISHI公司的交流驱动单元有通用型的MR-J2系列，采用PWM控制技术，交流伺服电动机有HC-MF系列、HA-FF系列、HC-SF系列和HC-RF系列。另外，MITSUBISHI公司还用用于数字驱动系统的MDS-SVJ2系列交流驱动单元。 4） A-B公司交流进给驱动系统

A-B公司的交流驱动系统有1391系统交流驱动单元和1326型交流伺服电动机。另外，还有1391-DES系列数字式交流驱动单元，相应的伺服电动机有1391-DES15、1391-DES22和1391-DES45三种规格。

5） 华中数控公司交流进给驱动系统

华中数控公司的交流驱动系列主要HSV-9、HSV-11、HSV-16和HSV-20D四种型号。HSV-11运用了矢量控制原理和柔性控制技术，共有额定电流为14A，20A， 40A， 60A 这4个系列；HSV-16采用专用运动控制DSP、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等新技术设计，操作简单、可靠性高、体积小巧、易于安装。HSV-20D是武汉华中数控股份有限公司继HSV-9、HSV-11、HSV-16之后，推出的一款全数字交流伺服驱动器。具有025、050、075、100多种型号规格，具有很宽的功率选择范围。

2. 交流伺服系统的组成

交流伺服系统主要由下列几个部分构成，如图4-11所示。

（1）交流伺服电动机。可分为永磁交流同步伺服电动机，永磁无刷直流伺服电动机、感应伺服电动机及磁阻式伺服电动机； （2）PWM功率逆变器。可分为功率晶体管逆变器、功率场效应管逆变器、IGBT逆变器（包括智能型IGBT逆变器模块）等。

（3）微处理器控制器及逻辑门阵列。可分为单片机、DSP数字信号处理器、DSP+CPU、多功能DSP（如TMS320F240）等； （4）位置传感器（含速度）。可分为旋转变压器、磁性编码器、光电编码器等； （5）电源及能耗制动电路； （6）键盘及显示电路；

（7）接口电路。包括模拟电压、数字I/O及串口通讯电路 （8）故障检测，保护电路。

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图4-11 交流伺服系统组成 3. 交流伺服电动机的简介

交流伺服电动机可依据电动机运行原理的不同，分为感应式（或称异步）交流伺服电动机、永磁式同步电动机、永磁式无刷直流伺服电动机、和磁阻同步交流伺服电动机。这些电动机具有相同的三相绕组的定子结构。

感应式交流伺服电动机，其转子电流由滑差电势产生，并与磁场相互作用产生转矩，其主要优点是无刷，结构坚固、造价低、免维护，对环境要求低，其主磁通用激磁电流产生，很容易实现弱磁控制，高转速可以达到4~5倍的额定转速；缺点是需要激磁电流，内功率因数低，效率较低，转子散热困难，要求较大的伺服驱动器容量，电动机的电磁关系复杂，要实现电动机的磁通与转矩的控制比较困难，电动机非线性参数的变化影响控制精度，必须进行参数在线辨识才能达到较好的控制效果。

永磁同步交流伺服电动机，气隙磁场由稀土永磁体产生，转矩控制由调节电枢的电流实现，转矩的控制较感应电动机简单，并且能达到较高的控制精度；转子无铜、铁损耗，效率高、内功率因数高，也具有无刷免维护的特点，体积和惯量小，快速性好；在控制上需要轴位置传感器，以便识别气隙磁场的位置；价格较感应电动机贵。

无刷直流伺服电动机，其结构与永磁同步伺服电动机相同，借助较简单的位置传感器（如霍尔磁敏开关）的信号，控制电枢绕组的换向，控制最为简单；由于每个绕组的换向都需要一套功率开关电路，电枢绕组的数目通常只采用三相，相当于只有三个换向片的直流电动机，因此运行时电动机的脉动转矩大，造成速度的脉动，需要采用速度闭环才能运行于较低转速，该电动机的气隙磁通为方波分布，可降低电动机制造成本。有时，将无刷直流伺服系统与同步交流伺服混为一谈，外表上很难区分，实际上两者的控制性能是有较大差别的。

磁阻同步交流伺服电动机，转子磁路具有不对称的磁阻特性，无永磁体或绕组，也不产生损耗；其气隙磁场由定子电流的激磁分量产生，定子电流的转矩分量则产生电磁转矩；内功率因数较低，要求较大的伺服驱动器容量，也具有无刷、免维护的特点；并克服了永磁同步电动机弱磁控制效果差的缺点，可实现弱磁控制，速度控制范围可达到0.1rpm~10000rpm，也兼有永磁同步电动机控制简单的优点，但需要轴位置传感器，价格较永磁同步电动机便宜，但体积较大些。

目前市场上的交流伺服电动机产品主要是永磁同步伺服电动机及无刷直流伺服电动机。

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4. 永磁式同步交流伺服电动机控制原理

图4-11表示永磁同步电动机控制原理框图.交流伺服系统是一个多环控制系统,需要实现位置、速度、电流三种负反馈控制.设置了三个调节器,分别调节位置、速度和电流,三者之间实行串级联接,把位置调节器的输出当作速度调节器的输入, 再把速度调节器的输出作为电流调节器的输入,而把电流调节器的输出经过坐标变换后,给出同步电动机三相电压的瞬时给定值,通过PWM逆变器,实现对同步电动机三相绕组的控制.实测的三相电流(

)瞬时值,也

要通过坐标反变换,成为实现电流的反馈控制.上述控制框图,在结构电流为最内环,位置为最外环,形成了位置、速度、电流的三闭环控制系统。

图4-11 永磁同步电动机控制原理框图 4.3.4 典型接口电路举例及电路接口 例：采用SINUMERIK802D带总线指令接口控制的SIMODRIVE 进给驱动装置的连线实例，如图4-12所示。

例：某进给伺服驱动装置的接口如图4-13所示。

图4-13 某进给伺服驱动装置的内部接口图

4.4 进给伺服驱动系统常见的报警及处理 4.4.1 进给伺服系统各类故障的表现形式

当进给伺服系统出现故障时，通常有三种表现方式：

① 在CRT或操作面板上显示报警内容和报警信息，它是利用软件的诊断程序来实现的。 ② 利用进给伺服驱动单元上的硬件（如：报警灯或数码管指示，保险丝熔断等）显示报警驱动单元的故障信息；

③ 进给运动不正常，但无任何报警信息。

其中前两类，都可根据生产厂家或公司提供的产品《维修说明书》中有关“各种报警信息产生的可能原因”的提示进行分析判断，一般都能确诊故障原因、部位。对于第三类故障，则需要进行综合分析，这类故障往往是以机床上工作不正常的形式出现的，如机床失控、机床振动及工件加工质量太差等。 伺服系统的故障诊断，虽然由于伺服驱动系统生产厂家的不同，在具体做法上可能有所区别，但其基本检查方法与诊断原理却是一致的。诊断伺服系统的故障，一般可利用状态指示灯诊断法、数控系统报警显示的诊断法、系统诊断信号的检查法、原理分析法的等等。

4.4.2 软件报警（CRT显示）故障及处理 1. 进给伺服系统出错报警故障 这类故障的起因，大多是速度控制单元方面的故障引起的，或是主控制印制线路板与位置控制或伺服信号有关部分的故障。例：下表为FANUC PWM速度控制单元的控制板上的7个报警指示灯，分别是BRK、HVAL、HCAL、OVC、LVAL、TGLS以及DCAL；在它们下方还有PRDY（位置控制已准备好信号）和VRDY（速度控制单元已准备好信号）2个状态指

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示灯，其含义见表4-11。

表4-11 速度控制单元状态指示灯一览表 代号 BRK HCAL HVAL OVC LVAL 含义 驱动器过电流报警 驱动器过电压报警 驱动器过载报警 驱动器欠电压报警 备注 代号 红色 DCAL 红色 PRAY 红色 VRDY 含义 转速太高 直流母线过电压报警 位置控制准备好 速度控制单元准备好 备注 红色 红色 绿色 绿色 驱动器主回路熔断器跳闸 红色 TGLS 红色 备注：表示出于含义说明中是的状态

2. 检测元件（测速发电动机、旋转变压器或脉冲编码器）或检测信号方面引起的故障。 例如：某数控机床显示“主轴编码器断线”。引起的原因有：

① 电动机动力线断线。如果伺服电源刚接通，尚未接到任何指令时，就发生这种报警，则由于断线而造成故障可能性最大。 ② 伺服单元印制线路板上设定错误，如将检测元件脉冲编码器设定成了测速发电动机等。 ③ 没有速度反馈电压或时有时无，这可用显示其来测量速度反馈信号来判断，这类故障除检测元件本身存在故障外，多数是由于连接不良或接通不良引起的。

④ 由于光电隔离板或中间的某些电路板上劣质元器件所引起的。当有时开机运行相当长一段时间后，出现“主轴编码器断线”，这时，重新开机，可能会自动消除故障。

3. 参数被破坏 参数被破坏报警表示伺服单元中的参数由于某些原因引起混乱或丢失。引起此报警的通常原因及常规处理见表4-12。 表4-12 “参数被破坏”报警综述 警报内容 警报发生状况 可能原因 正在设定参数时电源断开 正在写入参数时电源断开 参数破坏 在接通控制电超出参数的写入次数 源时发生 处理措施 进行用户参数初始化后重新输入参数 更换伺服驱动器（重新评估参数写入法） 伺服驱动器EEPROM以及外更换伺服驱动器 围电路故障 参数设定异常 在接通控制电装入了设定不适当的参数 源时发生 执行用户参数初始化处理

4. 主电路检测部分异常 引起此报警的通常原因及常规处理见下表4-13。 表4-13 “主电路检测部分异常”报警综述 警报内容 警报发生状况 可能原因 处理措施 将电源恢复正常 更换伺服驱动器 主电路检测部分异常 在接通控制电控制电源不稳定 源时或者运行伺服驱动器故障 过程中发生 5. 超速 引起此报警的通常原因及常规处理见下表4-14。 表4-14 “超速”报警综述 警报内容 超速 警报发生状况 可能原因 接通控制电源电路板故障 时发生 电动机编码器故障 处理措施 更换伺服驱动器 更换编码器 14

电动机运转过速度标定设定不合适 程中发生 速度指令过大 重设速度设定 使速度指令减到规定范围内 电动机编码器信号线故重新布线 障 电动机编码器故障 电动机启动时超跳过大 发生 负载惯量过大 更换编码器 重设伺服调整使起动特性曲线变缓 伺服在惯量减到规定范围内

6. 限位动作 限位报警主要指的就是超程报警。引起此报警的通常原因及常规处理见下表4-15。

表4-15 “限位”报警综述

警报发生状况 限位开关动作 可能原因 处理措施 限位开关有动作（即控制轴实参照机床使用说明书际已经超程）； 进行超程解除 限位开关电路开路。 依次检查限位电路，处理电路开路故障

7. 过热报警故障 所谓过热是指伺服单元、变压器及伺服电动机等的过热。引起过热报警的原因见表4-16。

表4-16 伺服单元过热报警原因综述表

过热的具体表现 过热的继电器动作 机床摩擦力矩过大 过 热 报 警 过热原因 机床切削条较苛刻 处理措施 重新考虑切削参数，改善切削条件 改善机床润滑条件 热控开关动作 伺服电动机电枢内部短路或加绝缘层或更换伺服电动机 绝缘不良 电动机制动器不良 驱动器参数增益不当； 更换制动器 重新设置相应参数 更换轴承 更换驱动器 电动机永久磁钢去磁或脱落 更换电动机 驱动器与电动机配合不当； 重新考虑配合条件 电动机轴承故障； 驱动器故障。 电动机过热 例如：某伺服电动机过热报警，可能原因有： ① 过负荷。可以通过测量电动机电流是否超过额定值来判断。 ② 电动机线圈绝缘不良。可用500V绝缘电阻表检查电枢线圈与机壳之间的绝缘电阻。如果在1MΩ以上，表示绝缘正常。

③ 电动机线圈内部短路。可卸下电动机，测电动机空载电流，如果此电流与转速成正比变化，则可判断为电动机线圈内部短路。

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④ 电动机磁铁推辞。可通过快速旋转电动机时，测定电动机电枢电压是否正常。如电压低且发热，则说明电动机已退磁。应重新充磁。

⑤ 制动器失灵。当电动机带有制动器时，如电动机过热则应检查制动器动作是否灵活。 ⑥ CNC装置的有关印制线路板不良。

8. 电动机过载 引起的通常原因及常规处理见表4-17。 表4-17 伺服驱动系统过载报警综述表 警报内容 警报发生状况 可能原因 在接通控制电伺服单元故障 源时发生 处理措施 更换伺服单元 在伺服ON时发电动机配线异常（配线不良或修正电动机配线 生 连接不良） 编码器配线异常（配线不良或修正编码器配线 连接不良） 编码器有故障（反馈脉冲与转更换编码器 角不成比例变化，而有跳跃） 伺服单元故障 更换伺服单元 在输入指令时电动机配线异常（配线不良或修正电动机配线 过载（一般有连续最大伺服电动机不连接不良） 负载和瞬间最大负载） 旋转的情况下编码器配线异常（配线不良或修正编码器配线 发生 连接不良） 起动扭矩超过最大扭矩或者重新考虑负载条件、运负载有冲击现象；电动机振动行条件或者电动机容或抖动； 量 伺服单元故障 更换伺服单元 在通常运行时有效扭矩超过额定扭矩或者重新考虑负载条件、运发生 起动扭矩大幅度超过额定扭行条件或者电动机容矩 量 伺服单元存储盘温度过高 伺服单元故障 将工作温度下调 更换伺服单元 9. 伺服单元过电流报警 引起过流的通常原因及常规处理见下表4-18。

表4-18 伺服单元过电流报警综述 警报内容 警报发生状况 可能原因 处理措施 在接通控制电源时伺服驱动器的电路板与热开更换伺服驱动器 发生 关连接不良 伺服驱动器电路板故障 在接通接 线 错 U、V、W与地线连接错误 检查配线，正确连接 过电流（功率晶体管主电路误 地线缠在其他端子上 （IGBT）产生过电流）电源时电动机主电路用电缆的U、修正或更换电动机主或者散热片过热 发生或V、W与地线之间短路 电路用电缆 者在电电动机主电路用电缆的U、动机运V、W之间短路 行过程再生电阻配线错误 检查配线，正确连接

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中产生过电流 伺服驱动器的U、V、W与更换伺服驱动器 地线之间短路 伺服驱动器故障（电流反馈电路、功率晶体管或者电路板故障） 伺服电动机的U、V、W与更换伺服单元 地线之间短路 伺服电动机的U、V、W之间短路 其 他 原 因 因负载转动惯量大并且高速更换伺服驱动器（减旋转，动态制动器停止，制少负载或者降低使用动电路故障 转速） 位置速度指令发生剧烈变化 重新评估指令值 负载是否过大，是否超出再重新考虑负载条件、生处理能力等 运行条件 伺服驱动器的安装方法（方将伺服驱动器的环境向、与其他部分的间隔）不温度下降到55℃一下 适合 伺服驱动器的风扇停止转动 更换伺服驱动器 伺服驱动器故障 驱动器的IGBT损坏； 电动机与驱动器不匹配 最好是更换伺服驱动器 重新选配 10. 伺服单元过电压报警 引起过压的通常原因及常规处理见下表4-19。 表4-19 伺服单元过电压报警综述 警报内容 警报发生状况 可能原因 处理措施 更换伺服驱动器 将AC电源电压调节到正常范围 更换伺服驱动器 过电压（伺服驱动器内在接通控制电伺服驱动器电路板故障 部的主电路直流电压源时发生 超过其最大值限）*在在接通主电源AC电源电压过大 接通主电路电源时检时发生 测 伺服驱动器故障 在通常运行时检查AC电源电压（是否有过 发生 大的变化） 使用转速高，负载转动惯量过检查并调整负载条件、大（再生能力不足） 运行条件 内部或外接的再生放电电路最好是更换伺服驱动故障（包括接线断开或破损器 等） 伺服驱动器故障 更换伺服驱动器 在伺服电动机使用转速高，负载转动惯量过检查并重调整负载条减速时发生 大 件，运行条件 加减速时间过小，在降速过程调整加减速时间常数

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中引起过电压。 11. 伺服单元欠电压报警 引起欠电压的通常原因及常规处理见表4-20。 表4-20 伺服单元欠电压报警综述 警报内容 警报发生状况 可能原因 在接通控制电伺服驱动器电路板故障 源时发生 电源容量太小 在接通主电路AC电源电压过低 电源时发生 伺服驱动器的保险丝熔断 处理措施 更换伺服驱动器 更换容量大的驱动电源 将AC电源电压调节到正常范围 更换保险丝 电压不足（伺服驱动器伺服ON信号提前有效 检查外部似能电路是内部的主电路直流电否短路 压低于其最小值限）在接通主电路电源时检伺服驱动器故障 更换伺服驱动器 测 在通常运行时AC电源电压低（是否有过大将AC电源电压调节到发生 的压降） 发生瞬时停电 电动机主电路用电缆短路 伺服电动机短路 伺服驱动器故障 整流器件损坏 正常范围 通过警报复位重新开始运行 修正或更换电动机主电路用电缆 更换伺服电动机 更换伺服驱动器 建议更换伺服驱动器 冲击电流限制电阻断线（电源更换伺服驱动器（确认电压是否异常，冲击电流限制电源电压，减少主电路电阻是否过载） ON/OFF的频度） 12. 位置偏差过大 引起此故障的通常原因及常规处理见表4-21。 表4-21 位置偏差过大报警综述 警报内容 警报发生状况 可能原因 在接通控制电位置偏差参数设得过小 源时发生 伺服单元电路板故障 处理措施 重新设定正确参数 更换伺服单元 在高速旋转时伺服电动机的U、V、W的配修正电动机配线 发生 线不正常（缺线） 修正编码器配线 伺服单元电路板故障 位置偏差过大 更换伺服单元 在发出位置指伺服电动机的U、V、W的配修正电动机配线 令时电动机不线不良 旋转的情况下伺服单元电路板故障 更换伺服单元 发生 动作正常，但在伺服单元的增益调整不良 长指令时发生 位置指令脉冲的频率过高 上调速度环增益、位置环增益 缓慢降低位置指令频率 18

加入平滑功能 重新评估电子齿轮比 负载条件（扭矩、转动惯量）重新评估负载或者电与电动机规格不符 动机容量 例：某采用SIEMENS 810M的龙门加工中心，配套611A伺服驱动器，在X轴定位是，发

现X轴存在明显的位置“过冲”现象，最终定位位置正确，系统无报警。

分析与处理过程：由于系统无报警，坐标轴定位正确，可以确认故障是由于伺服驱动器或系统调整不良引起的。

X轴位置“过冲”的实质是伺服进给系统存在超调。解决超调的方法有多种，如：减小加减速时间、提高速度环比例增益、降低速度环积分时间等等。

对本机床，通过提高驱动器的速度环比例增益，降低速度环积分时间后，位置超调消除。 13. 再生故障 引起此故障的通常原因及常规处理见表4-22。 表4-22 再生故障及排除综述 警报内容 再生再生异常 故障 警报发生状况 可能原因 处理措施 更换伺服单元 在接通控制电伺服单元电路板故障 源时发生 在接通主电路6kw以上时未接再生电阻 连接再生电阻 电源时发生 检查再生电阻是否配线不良 修正外接再生电阻的配线 伺服单元故障（再生晶体管、更换伺服单元 电压检测部分故障） 在通常运行时检查再生电阻是否配线不良、修正外接再生电阻的发生 是否脱落 配线 再生电阻断线（再生能量是否更换再生电阻或者更过大） 换伺服单元（重新考虑负载、运行条件） 伺服单元故障（再生晶体管、更换伺服单元 电压检测部分故障） 再生过载 在接通控制电伺服单元电路板故障 源时发生 在接通主电路电源电压超过270V 电源时发生 更换伺服单元 校正电压 在通常运行时再生能量过大（如放电电阻开重新选择再生电阻容发生（再生电阻路或阻值太大） 量或者重新考虑负载温度上升幅度处于连续再生状态 条件、运行条件 大） 在通常运行时参数设定的容量小于外接再校正用户参数的设定发生（再生电阻生电阻的容量（减速时间太值 温度上升幅度短） 小） 伺服单元故障 更换伺服单元 在伺服电动机再生能力过大 减速时发生 重新选择再生电阻容量或者重新考虑负载 19

条件、运行条件

14. 编码器出错 引起此故障的通常原因及常规处理见表4-23。 表4-23 编码器出错及排除 警报内容 警报发生状况 编码器电池警报 可能原因 电池连接不良、未连接 电池电压低于规定值 伺服单元故障 编码器出错 编码器故障 无A和 B相脉冲； 引线电缆短路或破损而引起通信错误； 客观条件 接地、屏蔽不良 处理好接地 15. 漂移补偿量过大的报警 引起此故障的通常原因及常规处理见表4-24。 表4-24 漂移补偿量过大的报警综述 警报内容 可能原因 连接不良 动力线连接不良、未连接 检测元件之间的连接不良 处理措施 正确连接动力线 正确连接反馈元件连接线 处理措施 正确连接电池 更换电池、重新起动 更换伺服单元 建议更换脉冲编码器 漂移补偿数控系统的相关CNC系统中有关漂移量补偿重新设置参数 量过大 参数设置错误 的参数设定错误引起的 硬件故障 速度控制单元的位置控制部更换此电路板或直接更换伺服分 单元 4.5 进给伺服驱动系统常见故障及排除 4.5.1 进给伺服系统常见的故障及处理

1. 机床振动。指的是机床在移动式或停止时的振荡、运动时的爬行、正常加工过程中的运动不稳等等。故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系统的调整与设定不当等等。

（1) 开停机时振荡的故障原因、检查和处理方法见下表4-23。 表4-23 机床振动的原因与检查、处理方法 项目 故障原因 1 2 3 4 位置控制系统参数设定错误 速度控制单元设定错误 反馈装置出错 电动机本身有故障 检查步骤 对照系统参数说明检查原因 措施 设定正确的参数 对照速度控制单元说明或根据机床正确设定速度控制厂提供的设定单检查设定 单元 反馈装置本身是否有故障 反馈装置连线是否正确 更换反馈装置 正确连接反馈线 用替换法，检查是否电动机有故障 如有故障，更换电动机 5 振动周期与进给速度成正比 若插补精度差，振动周期可能为位更换或维修不良部故障原因：机床、检测器、不良，置检测器信号周期的1或2倍；若分，调整或检测增插不精度差或检测增益设定太为连续振动，可能是检测增益设定益 高 太高。 20

检查与振动周期同步的部分，并找到不良部分 故障查找的方法例如：当机床以高速运行时，如果产生振动，这时就会出现过流报警。这种振动问题一般属于速度问题，所以应去查找速度环，而机床速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的。即凡是与速度有关的问题，应该去查找速度调节器，因此振动问题应查找速度调节器。主要从给定信号、反馈信号及速度调节器本身这三方面去查找故障。

① 首先检查输给速度调节器的信号，即给定信号，这个给定信号是由位置偏差计数器出来经D/A转换器转换的模拟量VCMD送入速度调节器的，应查一下这个信号是否有振动分量，如它只有一个周期的振动信号，可以确认速度调节器没有问题，而是前级的问题，即应向D/A转换器或位置偏差计数器去查找问题。如果正常，就转向查测速发电动机或伺服电动机的位置反馈装置是否有故障或连线错误。

② 检查测速发电动机及伺服电动机：当机床振动时，说明机床速度在振荡，当然反馈回来的波形一定也在振荡，观察它的波形是否出现有规律的大起大落。这时，最好能测一下机床的振动频率与旋转的速度是否存在一个准确的比例关系，如振动频率是电动机转速的四倍频率，这是就应考虑电动机或发电动机有故障。

因振动频率与电动机转速成一定比例，首先要检查电动机有无故障，如果没有问题，就再检查反馈装置连线是否正确。

③ 位置控制系统或速度控制单元上的设定错误：如系统或位置环的放大倍数（检测倍率）过大，最大轴速度，最大指令值等设置错误。

④ 速度调节器故障如采用上述方法还不能完全消除振动，甚至无任何改善，就应考虑速度调节器本身的问题，应更换速度调节器板或换下后彻底检测各处波形。 ⑤ 检查振动频率与进给速度的关系：如二者成比例，除机床共振原因外，多数是因为CNC系统插补精度太差或位置检测增益太高引起的，须进行插补调整和检测增益的调整。如果与进给速度无关，可能原因有：速度控制单元的设定与机床不匹配，速度控制单元调整不好，该轴的速度环增益太大，或是速度控制单元的印制线路板不良。

例：一台配套某数控系统的龙门加工中心，在启动完成、进入可操作状态后，X轴只要一运动即出现高频震荡，产生尖叫，系统无任何报警。

分析与处理过程：在故障出现后，观察X轴拖板，发现实际拖板振动位移很小；但触摸输出轴，可感觉到转子在以很小的幅度、极高的频率振动；且振动的噪声就来自X轴伺服。 考虑到振动无论是在运动中还是静止时均发生，与运动速度无关，故基本上可以排除测速发电动机、位置反馈编码器等硬件损坏的可能性。

分析可能的原因是CNC中与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的；且由于机床振动频率很高，因此时间常数较小的电流环引起振动的可能性较大。

由于FANUC 15MA数控系统采用的是数字伺服，伺服参数的调整可以直接通过系统进行，维修时调出伺服调整参数页面，并与机床随机资料中提供的参数表对照，发现参数PARM1852、PARM1825与提供值不符，设定值见下： 参数号 正常值 实际设定值 1852 1000 3414 1825 2000 2770

将上述参数重新修改后，振动现象消失，机床恢复正常工作。

（2) 工作过程中，振动或爬行。引起此故障的通常原因及常规处理见表4-24。 表4-24 工作过程中，振动或爬行故障的原因及排除综述 可能原因

排除方法 措施， 21

负载过重 重新考虑此机床减轻负载，让机床工作在额定负载以内 所能承受的负载 机械传动系统不依次察看机械传保持良好的机械润滑，并排除传动故障 良 动链 位置环增益过高 查看相关参数 伺服不良 重新调整伺服参数 通过交换法，一般更换伺服驱动器 可快速排除

故障维修实例：运动不平稳故障维修

故障现象：一台配套某系统的加工中心，进给加工过程中，发现X轴有振动现象。

分析与处理过程：加工过程中坐标轴出现振动、爬行现象与多种原因有关，故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系统的调整与设定不当等等。

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X轴进给，发现X轴仍有振动现象。在此方式下，通过较长时间的移动后，X轴速度单元上OVC报警灯亮。证明X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 负载过重。

② 机械传动系统不良。 ③ 位置环增益过高。 ④ 伺服不良，等等。

维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服上。卸下X轴，经检查发现6个电刷中有2个的弹簧已经烧断，造成了电枢电流不平衡，使输出转矩不平衡。另外，发现的轴承亦有损坏，故而引起X轴的振动与过电流。 更换轴承与电刷后，机床恢复正常。

又例：配套某系统的加工中心，在长期使用后，手动操作Z轴时有振动和异常响声，并出现“移动过程中”Z轴误差过大”报警。

为了分清故障部位，考虑到机床伺服系统为半闭环结构，通过脱开与丝杠的连接，再次开机试验，发现伺服驱动系统工作正常，故障清楚，从而判定故障原因在机床机械部分。

利用手动转动机床Z轴，发现丝杠转动困难，丝杠的轴承发热。经仔细检查，发现Z轴导轨无润滑，造成Z轴摩擦阻力过大；重新修理Z轴润滑系统后，机床恢复正常。

（3) 工作台移动到某处时出现缓慢的正反向摆动。机床经过长期使用，机床与伺服驱动系统之间的配合可能会产生部分改变，一旦匹配不良，可能引起伺服系统的局部振动。 例：一台配套某系统的加工中心，在长期使用后，只要工作台移动到行程的中间段，X轴即出现缓慢的正、反向摆动。

分析与处理过程：由于机床在其他位置时工作均正常，因此，系统参数、伺服驱动器和机械部分应无问题。

考虑到机床已经过长期使用，机床与伺服驱动系统之间的配合可能会发生部分改变，一旦匹配不良，可能引起伺服系统的局部振动。根据FANUC伺服驱动系统的调整与设定说明，维修时通过改变X轴伺服单元上的S6、S7、S11、S13 等设定端的设定，消除了机床的振动。

2. 运动失控（即飞车） 可能的原因见表4-25。 表4-25 机床失控的原因与检查、处理方法 项目 故障原因 检查步骤 措施 22

1 2 3 检查连线，检查位置、速度环是否位置检测、速度检测信号不为 改正连线 良 正反馈 位置编码器故障 可以用交换法 重新进行正确的连接 更换印制电路板 主板、速度控制单元故障 用排除法确定次模块有故障 3. 机床定位精度或加工精度差 机床定位精度或加工精度差可分为定位超调、单脉冲进给精度差、定位点精度不好、圆弧插补加工的圆度差等情况。其故障的原因、检查和处理方法见表4-26。

表4-26 机床定位精度和加工精度差的原因与检查、处理方法 项目 故障原因 检查步骤 措施 超调 1 加/减速时间设定过小 检测起、制动电流是否已经延长加/减速时间设饱和 定 2 与机床的连接部分刚性差或连接检查故障是否可以通过减减小位置环增益或提不牢固 小位置环增益改善 高机床的刚性 单脉1 需要根据不同情况进行故障分析 检查定位时位置跟随误差若正确，见第2项，冲精是否正确 否则第3项 度差 2 机械传动系统存在爬行或松动 检查机械部件的安装精度调整机床机械传动系与定位精度 统 3 伺服系统的增益不足 调整速度控制单元扮傻姑提高位置环、速度环娘的相应旋钮，提高速度环增益 增益 检查定位是位置跟随误差若正确，见第2项，是否正确 否则第3项 检查机械部件的安装精度调整机床机械传动系与定位精度 统 更换位置控制单元板（主更换不良板 板） 定位1 需根据不同情况进行故障分析 精度不良 2 机械传动系统存在爬行或松动 3 位置控制单元不良 4 位置检测器件（编码器、光栅）检测位置检测器件（编码更换不良位置检测期不良 器、光栅） 间（编码器、光栅） 5 速度控制单元控制板不良 圆弧1 需根据不同情况进行故障分析 插补加工的圆2 机床反向间隙大、定位精度差 度差 3 位置环增益设定不当 维修、更换不良板 测量不圆度，检查周向上是若轴向变形，则见第否变形，45°方向上是否成2项，若45°方向上成椭圆 椭圆，则见第3项 测量各轴的定位精度与反调整机床，进行定位向间隙 精度、反向间隙的补偿 调整控制单元，使同样的进调整位置环增益以消给速度下各插补轴的位置除各轴间的增益差 跟随误差的差值在±1%以内 在项目3调整后，在45°上调整检测增益 4 各插补轴的检测增益设定不良 23

成椭圆 5 感应同步器或旋转变压器的接口检查接口板的调整 板调整不良 6 丝杠间隙或传动系统间隙 测量、重新调整间隙 重新调整接口板 调整间隙或改变间隙补偿值 当圆弧插补出现45°方向上的椭圆时，可以通过调整伺服进给轴的位置增益进行调整。坐标轴的位置增益由下式计算：

式中 V——进给速度（mm/min）； ess——位置跟随误差（0.001mm）； Kv——位置增益（1/S）。

位置跟随误差可以通过数控系统的诊断参数检查。位置跟随误差则在速度控制单元上有相应的电位器来调节。注意，参与圆弧插补的两轴的位置跟随误差的差值必须控制在1%以内。 4. 位置跟随误差超差报警 伺服轴运动超过位置允差范围时，数控系统就会产生位置误差过大的报警，包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要原因及排除见表4-27。 表4-27：位置跟随误差超差报警的原因及处理 故障原因 检查步骤 措施 减轻负载，让机床工作在额定负载以内 正确连接电动机与反馈装置的连接线 观察散热风扇是否工作正常，作好散热措施 确保输入电压正常 伺服过载或有故障 查看伺服驱动器相应的报警指示灯 动力线或反馈线连检查连线 接错误 伺服变压器过热 查看相应的工作条件和状态 保护熔断器熔断 输入电源电压太低 用万用表测量输入电压 伺服驱动器与检查信号电缆的连接，分别测量电缆信号确保信号电缆传输正常 CNC间的信号电线各引脚的通断 缆连接不良 干扰 参数设置不当 检查屏蔽线 处理好地线以及屏蔽层 检查设置位置跟随误差的参数，如：伺服依参数说明书正确设置参数 系统增益设置不当，位置偏差值设定错误或过小 速度控制单元故障 都可以用同型号的备用电路板来测试现在如果确认故障，更换相应电路板或驱动器 系统主板的位置控的电路板是否有故障 制部分故障 编码器反馈不良 用手转动电动机，看反馈的数值是否相符 如果确认不良，更换编码器 机械传动系统有故如: 进给传动链累计误差过大或机械结构排除机械故障，确保工作正常 障 连接不好而造成的传动间隙过大;

5. 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。

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具体情况见表4-21

表4-21 超程故障的原因及排除 故障现象 可能原因 排除措施 零件太大，不适合在此机床上重新考虑加工次零件的条件 加工 系统出错，提示某轴硬件超程 伺服的超程回路短路 此次检验超程回路，避免超程信号的误输入 系统报警，提示某轴软超程 程序错误 刀具起点位置有误 重新编制程序 重新对刀 6. 超过速度控制范围（一般CRT上有超速的提示）速度控制单元超速的原因及排除见表4-22：

表4-22 超速的报警及处理 故障原因 测速反馈连接错误 检查步骤 用万用表测量各端子极性 排除措施 按相应端子连接好反馈线 检测信号不正确或无检查联轴器、与工作台的连接正确连接工作台与联轴器之间的连接 速度与位置检测信号 是否良好 速度控制单元参数设检查相应参数是否不当，如加重新设置参数 定不当或设置过低 减速捷速时间常数设置过小 位置控制板发生故障 检查来自F/V转速的速度反更换位置控制板或驱动器 馈信号为输入到速度控制单元工作是否正常

7. 过载 当进给运动的负载过大、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。一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。同时，在强电柜中的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信息。具体故障原因及排除见表4-23。

表4-23：过载故障的可能原因及排除综述 可能原因 机床负荷异常 参数设定错误 检查步骤 用检查电动机电流来判断 排除措施 需要变更切削条件，减轻机床负荷。 检查设置电动机过载的参数是否依参数说明书，正确设置参数 正确 起动扭矩超过最大目测启动或带有负载情况下的工采用减电流启动的方式，或直接采用启扭矩 作状况 动扭矩小的驱动系统 负载有冲击现象 改善切削条件，减少冲击 频繁正、 反向运动 目测工作过程中是否有频繁正、编制数控加工程序时，尽量不要有这种反向 现象 进给传动链润滑状听工作时的声音，观察工作状态 做好机床的润滑，确保润滑的电动机工态不良 作正常并且润滑油足够 电动机或编码器等检查其连接的通断情况或是否有确保电动机和位置反馈装置配线正常 反馈装置配线异常 信号线接反的状况 编码器有故障

测量编码器等的反馈信号是否正更换编码器等反馈装置 25

测量驱动器主回路进线断1U、1W，确认驱动器主回路内部存在短路。

由于6RA26**驱动器主回路进线直接与晶闸管相连，因此可以确认故障原因是由于晶闸管损坏引起的。

逐一测量主回路晶闸管V1~V6,确认V1、V2不良（已短路）；更换同规格备件后，机床恢复正常。

由于测量主回路其他部分均无故障，换上晶闸管模块后，机床恢复正常工作，分析原因可能是瞬间电压波动或负载波动引起的偶然故障。

例9：自动工作偶然出现剧烈震动的故障维修

故障现象：一台配套FAGOR 8030系统、SIEMENS 6SC610交流伺服驱动的立式加工中心，在自动工作时，偶然出现X轴的剧烈振动。

分析与处理过程：机床在出现故障时，关机后在开机，机床即可以恢复正常；且在故障时检查，系统、驱动器都无报警；而且振动在加工过程中只是偶然出现。

在振动时检查系统的位置跟随误差显示，发现此值在0~0.1mm范围内振动，可以基本确认数控系统的位置检测部分以及位置测量系统均无故障。

由于故障的偶然性，而且当故障发生时只要通过关机，即可恢复正常工作，这给故障的诊断增加了困难。为了确认故障部位，维修时将X、Y周的驱动器模块、伺服分别作了互换处理，但故障现象不变。因此，初步确定故障是由于伺服与驱动器间的连接电缆不良引起的。 仔细检查伺服与驱动器间的连接电缆，未发现任何断线与接触不良的故障，而故障仍然存在。为了排除任何可能的原因，维修时利用新的测速反馈电缆作为临时线替代了原电缆试验，经过长时间的运行确认故障现象消失，机床恢复正常工作。

为了找到故障的根本原因，维修时取下了X轴测速电缆进行仔细检查，最终发现该电缆的11号线（测速发电动机R相连接线）在电缆不断弯曲的过程中有“时通时断”的现象，打开电缆线检查，发现电线内部断裂。更换电缆后，故障排除，机床恢复正常工作。

例10：开机即出现电流报警的维修

故障现象：一台配套SIEMENS 810M及611A交流伺服驱的立式加工中心，在调试时，出现X轴过流报警。

分析与处理过程：由于机床为初次开机调试，可以确认驱动器、均无故障，故障原因通常与伺服与驱动器之间的连接有关。

对照SIEMENS 611A伺服驱动器说明书，仔细检查发现该机床X轴伺服的三项电枢线相序接反；正确连接后，故障排除。

例11：指令位置与实际移动距离不符的故障维修

故障现象：某配套SIEMENS 810MGA3的改造数控机床，机床调试时，发现X、Y、Z轴可以运动，但实际运动距离与指令值相差10倍。

分析与处理过程：由于机床X、Y、Z轴能正常工作，根据故障现象，可以基本确认故障原因在于系统参数设定不当。

检查与上例相同的参数，发现系统的MD5002 bit2、1、0的位置控制系统得控制分辨率参数与MD5002 bit7、6、5的位置控制系统的输入分辨率参数设定值为0010 0010；这显然与机床要求不符。

但调试人员对照系统中对参数的说明，表明其设定与说明书一致。为了进一步确认原因，维

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修时对照了说明书原文，发现该系统从软件版本1232以后对参数的定义作了修改，在新的软件版本下，参数MD5002的正确设定应为0100 0100； 修改参数后，机床实际运动距离与指令值完全一致。

例13：NUM 1020系统抖动的故障维修

故障现象：某配套NUM 1020系统的高速数控新的高速数控铣床，开机后，各轴伺服均有抖动现象。

分析与处理过程：由于机床三轴伺服驱动工作都不正常，可以初步认为故障与驱动公共部分有关。

测量驱动器的电源电压及直流母线电压，发现直流母线电压为直流200V左右。考虑到对于交流380V输入的驱动器，其直流母线电压正常情况下应为600V左右。该机床进线电压交流380V为正常，伺服系统业务报警，因此故障与直流主回路无关。

根据驱动系统的主回路原理图，注意检查直流母线各元器件，确认放电电阻损坏，更换后，故障排除，机床恢复正常。

例14：DYNAPATH 20M定位不准的故障维修

故障现象：一台配套DYNAPATH 20M系统的二手数控铣床，加工零件时的Y向加工尺寸与编程尺寸存在较大的误差，而且误差值与Y轴的移动距离成正比，距离越长，误差越大。 分析与处理过程：为了进一步确认故障原因，维修时对机床Y轴的定位精度进行了仔细测量。测量后发现，机床Y轴每移动一个螺距，实际移动距离均要相差0.1mm左右，而且具有固定的规律。 根据故障现象，机床存在以上问题的原因似乎与系统的参数设定有关，即：系统的指令倍率、检测倍率、反馈脉冲数等参数设定错误，是产生以上故障的常见原因。但在本机床上，由于机床参数被存储于EPROM上，因此参数出错的可能性较小。

进一步观察、测量机床Y周移动情况，发现该机床Y轴伺服在移动到某一固定角度是，都有一冲击过程：在无冲击的区域，测量实际移动距离与指令值相符，根据以上现象，初步判定，故障原因与位置检测系统有关。

因该机床采用的是半闭环系统，维修时拆下了伺服内装式编码器检查，经仔细观察发现，在冲击的区域，编码器动光栅上有一明显的黑斑。 考虑到更换编码器的成本与时间问题，维修时利用旧纪念馆对编码器进行了仔细的清晰，洗去了由于轴承润滑脂融化产生的黑斑。

重新安装编码器后，机床可以正常工作，Y轴冲击现象消失，精度恢复。

4.6 进给伺服故障诊断维修与维护

4.6.1 直流伺服电动机的故障诊断及维修

1. 直流伺服电动机不转。当机床开机后，CNC工作正常，“机床锁住”等信号已释放，按下方向键后系统显示动（坐标轴位置值在变化），但实际伺服电动机不转，可能原因见表4-33： 表4-33：直流伺服电动机不转故障综述 可能原因 检查步骤 排除措施 正确连接动力线 动力线断线或接触不依次用万用表测量动力线R、S、T端子 良 使能信号（ENABLE）如果没有使能信号，通常驱动器上的PRDY确保使能的条件，正常使

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没有送到速度控制单指示灯不亮 元 能 速度指令电压测量数控装置的速度指令电压输出端口是确保数控装置由指令电（VCMD）为零 否有输出 压输出 如果数控装置端有输出，测量速度指令线的确保指令输出电压传输驱动器端是否有电压 到位 永磁体脱落 制动器未松开 制动器断 电动机故障

2. 过热。可能的原因见表4-34。

表4-34：直流伺服电动机过热报警综述 可能原因 负载过大 检查步骤 校核工作负载是否过大 排除措施 改善切削条件，重新考虑切削负载 检查制动器，依次排查制动电路 更换永磁体或电动机 确保制动器能工作正常 更换制动器 更换驱动器 更换电动机 整流桥或驱动器损坏 用交换法判断是否有故障 换向器绝缘不正常或内部短路 由于切削液和电刷灰引起做好电动机的密封处理，定期清换向器绝缘不正常 理电刷灰 磁钢去磁 制动器不释放 由于电枢电流大于磁钢去更换磁钢或电动机 磁最大允 制动线圈断线、制动器为松更换制动器或调整制动摩擦片的开、制动摩擦片间隙调整不间隙 当 制动电路故障 温度检测开关不良 依次排查制动电路，确保正常 一般用手摸能感觉到温度 更换温控开关

3. 旋转时有大的冲击。若机床一开机，伺服即有冲击，通常是由于电枢或测速发电动机极性相反引起的。若冲击在运动过程中，可能的原因见表4-35。 表4-35：旋转时有大的冲击的故障维修综述 可能原因 负载不均匀 检查步骤 可目测和分析 排除措施 改善切削条件 测速发电动机输出电压突变 在不损坏机床的情况下，重现更换测速发电动机 故障，测量反馈电压 输出给电动机电压的波纹太大 是否外界的电压变化异常 驱动器有故障 电枢绕组不良 电枢绕组内部短路 电枢绕组对地短路 脉冲编码器不良

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采用稳压电源 更换驱动器 才用交换法，确认电动机电枢更换电动机 有故障 测量电枢的接线端子 测量电枢绕组的对地电阻 测量编码器输出信号 排除短路点 处理好屏蔽与接地 更换编码器

4. 低速加工时工件表面有大的振纹。造成低速加工时工件表面有大的振纹，其原因较多，有刀具、切削参数、机床等方面的原因，应予以综合分析，从电动机方面看有以下原因，见表4-36。

表4-36：低速加工时工件表面有大的振纹的故障总数 可能原因 速度环增益设定不当 检查步骤 排除措施 检查增益参数是否与要求一致 依照参数说明书，正确设置参数 重新充磁或更换永磁体 更换电动机 电动机的永磁体被局部去磁 才用交换法判断 电动机性能下降，纹波过大

5. 电动机运行噪声大。可能原因或排除见表4-37。 表4-37：电动机运行噪声大的故障维修综述 可能原因 换向器接触面的粗糙 换向器损坏 轴向间隙过大 检查步骤 可拆卸下来后，目测检验 排除措施 更换换向器 在数控装置端进行机床的螺距误差补偿与反向间隙补偿 换向器的局部短路（如：切削测量其接线端子，判断是否短更换换向器 液等进入电刷槽中） 路

6. 在运转、停车或变速时有振动现象。造成直流伺服电动机转动不稳、振动的可能原因见表4-38。

表4-38：在运转、停车或变速时有振动的故障综述 可能原因 脉冲编码器不良 绕组内部短路 绕组对地短路 电动机接触不良 电动机故障 检查步骤 测量脉冲编码器的反馈信号 测量电枢的接线端子 测量电枢绕组的对地电阻 用交换法判断 排除措施 更换脉冲编码器 排除短路点 处理好屏蔽与接地 重新调整、安装电动机 更换电动机 4.6.2 交流伺服电动机的故障诊断及维修 1. 交流伺服电动机的基本检查 原则上说，交流伺服电动机可以不需要维修，因为它没有损坏。但由于交流伺服电动机内含有精密检测器，因此，当发生碰撞、冲击时可能会引起故障，维修实应对作如下检查： ① 是否受到任何机械损伤？

② 旋转部分是否可用手正常转动？ ③ 带制动器的，制动器是否正常？ ④ 是否有任何松动螺钉或间隙？

⑤ 是否安装在潮湿、温度变化剧烈和有灰尘的地方？等等。

2. 交流伺服电动机的安装注意点 维修完成后，安装伺服要注意以下几点：

① 由于伺服防水结构不是很严密，如果切削液、润滑油等渗入内部，会引起绝缘性能降低或绕组短路，因此，应注意尽可能避免切削液溅入；

② 当伺服电动机安装在齿轮箱上时，加注润滑油时应注意齿轮箱的润滑油油面高度必须

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低于伺服的输出轴，防止润滑油渗入内部。

③ 固定伺服联轴器、齿轮、同步带等连接件时，在任何情况下，作用在上的力不能超过容许的径向、轴向负载。见表4-39

表4-39 交流伺服电动机容许的径向、轴向负载 电动机形式 1—0，2—0 0，5 容许的径向负载 25㎏ 75kg 电动机形式 10，20，30，30R 容许的径向负载 450kg ④ 按说明书规定，对伺服和控制电路之间进行正确的连接（见机床连接图）。连接中的错误，可能引起的失控或振荡，也可能使或机械件损坏。当完成接线后，在通电之前，必须进行电源线和壳体之间的绝缘测量，测量用500MΩ表进行；然后再用万用表检查信号线和壳体之间的绝缘。注意：不能用兆欧表测量脉冲编码器输入信号的绝缘。 3. 交流伺服电动机常见的故障有： 故障现象 可能原因 排除措施 确保连接正常且稳定 更换反馈装置 更换电磁阀 接线故障如：插座脱焊或端虚焊，连接不牢固 子接线松开 位置检测装置故障 检验其是否有输出信号 得电不松开、失点不吸合制电磁制动故障 动 ① 转子位置检测装置故障 当霍尔开关或光电脉冲编码器发生故障时，会引起失控，进给有振动。

4. 交流伺服故障判断的方法有：

① 用万用表或电桥测量电枢绕组的直流电阻，检查是否断路，并用兆欧表查绝缘是否良好。

② 将与机械装置分离，用手转动转子，正常情况下感觉有阻力，转一个角度后手放开，转子又返回现象；如果用手转动转子时能连续转几圈并自由停下，该已损坏；如果用手不动或转动后无返回，机械部分可能有故障。

5. 脉冲编码器的更换 如交流伺服的脉冲编码器不良，就应更换脉冲编码器。更换编码器应按规定步骤进行（请参照相应安装说明书）。注意，原联接部分无定位标记的，编码器不能随便拆离，不然会使相位错位；对采用霍尔元件换向的应注意开关的出线顺序。平时，不应敲击上安装位置检测装置的部位。另外，伺服一般在定子中埋设热敏电阻，当出现过热报警时，应检查热敏电阻是否正常。 4.6.3 进给伺服维修实例 例1：（可以少量运动但发热的故障维修）

故障现象：配套某系统的一台二手数控铣床，采用FUNAC S系列三轴一体型伺服驱动器，开机后，X、Y轴工作正常，但手动移动Z轴，发现在较小的范围内，Z轴可以运动，但继续移动Z轴，系统出现伺服报警。

分析与处理过程：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的不良。为了确定故障部位，考虑到本机床采用的是半闭环结构，维修时首先松开了伺服与丝杠的连接，并再次开机试验，发现故障现象不变，故确认报警是由于电气控制系统的不良引起的。

由于机床Z轴伺服带有制动器，开机后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，发现制动器已松开，手动转

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