数控机床伺服系统故障的维修

    数控机床是一种利用数控技术，按照事先编好的程序实现动作的机床。它是由程序载体、输入装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统和机床机械部件构成，是高度机电一体化的技术装备，能实现机械加工的高速度、高精度和高度自动化。
    数控机床的伺服系统由伺服电动机以及驱动控制装置和伺服控制软件组成。它与数控机床的进给运动部件构成进给伺服系统，是机床主体和数控装置CNC的联系环节，是数控机床的重要组成部分和关键部件。
    由于数控机床的投资比普通机床高得多，因此降低数控机床故障率，缩短故障修理时间是十分重要的。而伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能和加工精度，所以对伺服系统的维修就显得更加重要。

    1 伺服系统概述

    伺服系统是指以机床的移动部件的位移和速度作为控制量的自动控制系统，主要是控制机床的进给运动和主轴转速，它的作用是接受来自数控装置(CNC系统)的速度及位置指令信号，驱动机床的进给运动部件，经过放大和转换，完成指令规定的运动，并保证动作的快速和准确。

    2 伺服系统在数控系统中的地位

    数控系统的控制核心是对机床的进给部分进行数字控制，而进给是由伺服单元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器作位置反馈元件，形成半闭环的位置控制系统。所以伺服系统在数控机床上起着相当重要的作用。

    3 伺服系统故障分析

    数控系统全部或部分丧失了系统规定的功能就称为故障。故障分析是寻找故障的特征，捕捉出现故障时机器的异常现象，必要(会出现故障发生时刻的现象)和可能(设备还可以运行到这种故障再现而无危险)时，可以让故障再现，经过分析可能找到故障的规律和线索。
    数控机床的故障分为数控系统故障和机床本体故障两大类。前者包括CNC系统故障、伺服系统故障、编码器故障、超程故障和PMC故障等，由CNC控制软件进行自诊断。后者包括机床故障和操作信息等，由PMC控制程序进行自诊断。伺服系统出现故障时通常有3种表现形式：一是在CRT上显示报警内容或报警信息，判断这种故障较容易 ，因为从报警信息内容上可以得到一些简单的提示；二是在驱动装置上用报警灯或数码管显示驱动装置的故障；三是工作虽然不正常，但无任何报警信息，对这类故障，则要求维修人员根据故障表现特点，综合各方面因素分析和判断，这一类伺服故障往往也是比较难以排除的。笔者在维修数控机床的过程中，发现伺服系统出现故障的机会较多，并且伺服系统的故障一般都是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等出现问题引起的。而有些则是由机械、液压、油污等其他因素或环境不宜引起伺服系统出现故障。现以我厂几例数控设备伺服系统出现的故障现象予以说明。 

    4 伺服系统故障维修实例

    例1：我厂1台北京机床研究所生产的JCS-018加工中心，运行过程中突然出现“14 X AXIS SERVO”(x轴伺服)报警。
    查维修手册知故障内容是：从X轴伺服电机来的反馈信号断线或没连接上。可能的原因有以下3种：一是反馈线接触不良；二是直流伺服电机故障；三是主印刷板故障。首先测量反馈线，发现其中1根线从插头处断开，重新焊接后，一切正常。
    例2：我厂北京机床研究所生产的JCS-018加工中心，加工工件过程中执行到程序中的M41指令时，程序突然停止，重复试验几次，故障依旧。
    程序运行中出现的故障，程序显示报警出现时，程序的中断部位，坐标值显示提示故障出现时，运动部件坐标位置。因该程序使用多次，所以排除程序编制错误的因素。因为M41是分度头夹紧指令，所以应把检查重点放在分度头及其控制系统处 。后经检查发现是分度头插头处接触不良所致。
    例3：1台瑞士米克朗公司生产的加工中心，x和Y两轴在其他位置时机床一切正常而运行到某一固定位置时。机床立即自动断电。
    首先怀疑是机械在这一固定位置有 “卡死点”。反复手摇x和Y两轴，发现两轴工作正常。初步判断CNC伺服单元正常。在伺服电机电枢上串接电流表，当慢慢向故障点进给时发现电流表读数急剧上升。说明有短路现象。这时候立即切断电源，结果发现电枢绕组在这一点时对地短路。后经仔细检查发现是由于通往电枢的电缆在金属护槽中长期往复运动，致使绝缘层表面破裂，与金属槽相接而短路。对电枢电缆破裂处作绝缘处理后故障排除。
    例4：我厂1台北京机床研究所生产的JCS-018立式加工中心，有一次发生如下故障：当x和Y两轴同时快速回零时  轴有时出现抖动现象。
    因该机床使用近2O年，此故障又是近期出现，因此可排除接线错误的因素。因x轴单轴运动时无抖动现象，就可排除x轴机械传动链和伺服电动机本身的因素影响。当x和Y两轴同时快速移动出现抖动现象时，观察到CRT上显示的x轴运动脉冲数也是很均匀的，这又排除了CNC的影响因素。观察两轴联动过程，发现x轴伺服电机控制电缆在Y轴移动时被来回拖动。仔细检查，发现x轴控制电缆因长期被拖动外皮磨损，从而导致接触不良造成上述故障现象。
    例5：我厂1台瑞士米克朗公司生产的加工中心，有一次工作过程中突然出现如下报警“MEASURING SYSTEM X AXIS DEFECTIVE A”(x轴测量系统故障)。
    我们采取如下方法诊断：断电后，将x轴的速度编码器插头X15与Y轴的速度编码器插头X16互换。送电后x轴仍然报警，说明伺服驱动单元工作正常。应重点检查x轴的编码器或反馈电缆。经过仔细检查后，发现电缆外表完好无损，用万用表测量没有断线因素；因此，故障原因可能在于编码器，更换编码器后工作一切正常。 

    5 结语 

    通过对以上几例故障的分析，我们认识到，在对伺服系统进行维修的过程中，除应熟悉机床的伺服系统外，还必须综合分析机床的其他条件。据有关资料介绍，在数控机床伺服系统的故障中，有近35％～50％的故障并非伺服单元本身所致，而是由外部其他因素引起，因此要综合分析，才能尽快排除故障。