第4章

伺服系統(tǒng)的故障診斷及維修4.1伺服系統(tǒng)

數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是以直線運動或旋轉運動作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，習慣上又稱為驅(qū)動系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的位移、速度指令，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行元件，轉化為各進給軸及主軸的直線或旋轉運動，是聯(lián)系數(shù)控裝置(CNC)和機床的中間環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。

4.1.1伺服系統(tǒng)工作原理半閉環(huán)伺服系統(tǒng)機械執(zhí)行部件電機實際位置反饋位置/速度檢測與反饋+位置調(diào)節(jié)位置控制單元-CNC插補指令速度控制單元速度調(diào)節(jié)+-實際速度反饋電流調(diào)節(jié)轉換驅(qū)動電流反饋+-

如圖所示是數(shù)控機床的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，反饋信號取自伺服電機，通過采樣其旋轉角度進行檢測，而不是直接檢測最終運動部件的實際位置

全閉環(huán)伺服系統(tǒng)+位置調(diào)節(jié)位置控制單元-CNC插補指令速度控制單元速度調(diào)節(jié)+-實際速度反饋電流調(diào)節(jié)轉換驅(qū)動電流反饋+-速度檢測與反饋位置檢測與反饋實際位置反饋機械執(zhí)行部件電機4.1.1伺服系統(tǒng)工作原理如圖所示是數(shù)控機床的全閉環(huán)伺服系統(tǒng)，位置反饋信號取自最終運動部件，直接采樣其直線位移信號進行檢測。

1.檢測信號的反饋形式（1）.轉速、位置信號檢測、處理分離（2）.轉速、位置信號處理均由CNC完成（3）.

轉速、位置信號處理分離(4).數(shù)字式伺服系統(tǒng)2.數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的要求（1）精度高（2）調(diào)速范圍寬（3）快速響應（4）低速大轉矩4.1.2常用檢測反饋元件檢測裝置是數(shù)控機床閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分。它的主要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號。檢測系統(tǒng)的精度和數(shù)控機床的加工精度緊密相關，高精度的數(shù)控機床必須有高精度的檢測元件作為保證。1.旋轉變壓器旋轉變壓器是一種常用的角位移檢測元件，由于它結構簡單，工作可靠，且其精度能滿足一般的檢測要求，因此曾被廣泛應用在數(shù)控機床上。

殼體旋轉變壓器本體定子附加變壓器定子附加變壓器原邊線圈附加變壓器轉子線圈附加變壓器次邊線圈旋轉變壓器本體轉子轉子軸無刷式旋轉變壓器旋轉變壓器的輸出為模擬量信號，精度不如數(shù)字量輸出的檢測元件，但結構簡單、堅固、耐熱、耐沖擊、抗干擾、信號輸出幅度大、成本低，適用于惡劣環(huán)境。

2.旋轉編碼器旋轉編碼器是一種旋轉式脈沖發(fā)生器，用于角位移的測量，同時也作為速度檢測裝置旋轉編碼器光電式旋轉編碼器的結構示意圖增量式旋轉編碼器的結構如圖所示。在一個圓盤的圓周上刻有相等間距的線紋，稱為圓光柵。圓光柵和工作軸一起旋轉。與圓光柵相對的，平行放置一個固定的扇形薄片，稱為指示光柵。上面制有相差1/4節(jié)距的兩個狹縫，稱為辨向狹縫。此外，還有一個零位狹縫（一轉發(fā)出一個脈沖）。光電式旋轉編碼器的輸出波形如圖所示，A和B信號的相位相差90°，經(jīng)放大整形后成為方波形信號。通過判斷A、B兩相信號的相位，可以確定電機的旋轉方向，通過對脈沖計數(shù)，可以知道電機轉過的角度。格雷碼盤二進制編碼盤絕對式旋轉編碼器是一種直接編碼、直接測量的檢測裝置，它能指示絕對位置，沒有累積誤差。二進制碼盤的計數(shù)圖案的改變按二進制規(guī)律變化。格雷碼的計數(shù)圖案的切換每次只改變一位，誤差可以控制在一個單位內(nèi)。

型號分辨率(ppr)絕對/增量型號分辨率(ppr)絕對/增量αiA16000

16000000絕對βiA6465536(216)絕對αiA10001000000絕對αiM4096主軸用編碼器（不帶一轉信號）αiI10001000000增量αiMZ4096主軸用編碼器（帶一轉信號）βiA128131072(217)絕對αiBZ360000內(nèi)裝主軸用編碼器（帶一轉信號）αiCZ3600000高精度輪廓控制用編碼器（帶一轉信號）FANUC控制用編碼器

型號中字母“A”表示絕對值編碼器，字母“I”的為增量式編碼器。FANUC編碼器并沒有輸出常見的A、B、Z、

并行六脈沖信號，只有兩根信號線RD、*RD，這是串行輸出，編碼器和伺服驅(qū)動裝置之間有專門的通訊協(xié)議，為串行編碼器。由于編碼器是光電元件，在使用過程中要注意以下幾點：編碼器安裝后的徑向跳動要小于0.1mm；編碼器安裝環(huán)境不能有強烈的振動，避免敲擊；編碼器不能承受過大的徑向力；編碼器安裝環(huán)境不能有嚴重的粉塵、油霧污染。

3.光柵尺海德漢公司的封閉式直線光柵尺

光柵尺是高精度的直線位移測量元件，在高精度的數(shù)控機床上，常使用光柵尺作為位置檢測裝置。海德漢封閉式直線光柵尺結構示意圖光柵尺由標尺光柵和掃描單元兩部分組成，鋁制外殼可以保護光柵尺、掃描單元和軌道免受灰塵、切屑和切削液的影響。標尺光柵一般安裝在機床的活動部件上，如工作臺。掃描單元安裝在機床固定部件上。掃描光柵安裝在掃描單元中。掃描單元的工作原理掃描單元的工作原理LED光源聚光鏡掃描光柵光電池光柵尺I0o

I180oI1=I0o－I180o未顯示I90o和I270o掃描單元由光源、聚光鏡、掃描光柵、光敏元件和驅(qū)動電路等組成光柵在使用過程中要注意以下幾點：光柵尺在使用過程中，要避免受到灰塵、油液、冷卻液的污染，造成信號丟失，影響位置控制精度。光柵尺拆裝時要用靜力，不能用硬物敲擊，以免引起光學元件的損壞。4.磁柵尺磁柵又叫磁尺，是一種直線位移檢測裝置，它由磁性標尺、拾磁磁頭和檢測電路組成。磁柵測量精度較高、安裝調(diào)整方便，對使用環(huán)境要求低，如對周圍的電磁場的抗干擾能力較強，在油污和粉塵較多的場合使用有較好的穩(wěn)定性，長度在2米以上性價比優(yōu)勢愈加明顯。

5.激光尺利用激光干涉的原理，但是比激光干涉儀更適合于工業(yè)應用而不是標定。適用于半導體、量規(guī)及機床等精度要求高的場合。4.2FANUC伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷及維修目前，在機床進給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有模擬形式、數(shù)字形式和軟件形式三種類型。常用的交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)有變頻驅(qū)動和伺服驅(qū)動，習慣上又稱為變頻主軸和伺服主軸。

4.2.1FANUC伺服驅(qū)動系統(tǒng)1.分類

FANUC伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括伺服放大器和伺服電機，不同系列的伺服放大器產(chǎn)品有一體式和模塊式兩種形式。

2FANUC伺服驅(qū)動系統(tǒng)的連接FANUCαi系列伺服放大器各模塊之間的連接FANUCαi系列伺服放大器各模塊之間的連接示意圖電源模塊PSM主軸放大器模塊SPM伺服放大器模塊SVM2軸型伺服放大器模塊SVM1軸型絕對式編碼器電池絕對式編碼器電池至CNCCOP10A至光柵接口板伺服電機伺服電機編碼器主軸電機風扇電機至CNCJA7A電抗器接觸器MCC斷路器1斷路器2電源斷路器3MCC電源急停至CNC控制電源1）.FANUCαi系列伺服放大器電源模塊（PSM）端子及接口STATUS（1位7段LED）：電源模塊狀態(tài)顯示?！啊保弘娫茨K未起動就緒?！癘”：電源模塊起動就緒?！?”：電源模塊報警代碼。CX1A：交流200V電壓輸入/輸出端子。CXA2A：模塊信息信號、+24V-OV及系統(tǒng)急停信號。與伺服模塊CXA2B連接。CX3：主電源MCC控制信號的連接器。CX4：ESP急停信號連接器。L1、L2、L3：電源模塊電源輸入端子（有標準型AC200V和高壓型AC400V）。2）.FANUCαi系列伺服放大器主軸模塊(SPM)端子及接口TBl：直流電源輸入端。該接口與電源模塊直流電源輸出端、伺服模塊的直流輸入端連接。STATUS：用于表示主軸模塊所處的狀態(tài)，出現(xiàn)異常時，顯示相關的報警代碼。CXA2B：直流24V輸入接口。一般該接口與電源模塊的CXA2A連接，接收急停信號。CXA2A：直流24V輸出接口。一般該接口與下一伺服模塊地CXA2B連接，輸出急停信號。直流回路連接充電狀態(tài)LED：在該指示燈完全熄滅后，方可對模塊電纜進行各種操作，否則有觸電危險。JX1A：模塊連接接口。該接口一般與電源的JX1B連接，作通信用。JA7B：通信串行輸入連接接口。該接口與控制單元的JA7A(SPDL—1)接口相連。JA7A：通信串行輸出連接接口。該接口與下一主軸(如果有的話)的JA7B接口連接。JYA2：脈沖發(fā)生器，內(nèi)置探頭和電機CS軸探頭連接接口。JYA3：主軸位置編碼器接口。3）.FANUCαi系列伺服放大器伺服模塊(SVM)端子及接口BATTERY：伺服電動機絕對編碼器的電池盒（DC6V）。STATUS：伺服模塊狀態(tài)指示窗口。CX5X：絕對式編碼器電池接口。C0P10A：伺服高速串行總線（HSSB）輸出接口。與下一個伺服單元的C0P10B連接（光纜）。C0P10B：伺服高速串行總線（HSSB）輸入接口。與CNC系統(tǒng)的C0P10A連接（光纜）。JX5：伺服檢測板信號接口。JF1、JF2：伺服電動機編碼器信號接口。CZ2L、CZ2M：伺服電動機動力線連接插口。適用與FANUC0iMate系統(tǒng)的βi伺服單元(a)βis系列單軸型伺服單元(b)βiSVSP一體型伺服單元(SVSP)FANUCβi系列伺服單元端子及接口βis系列單軸型伺服單元的連接βiSVSP一體型伺服單元的連接3主軸準停功能主軸準停又稱為主軸定向，是指主軸周向的準確定位功能。主軸準停功能的作用主要有:自動換刀的數(shù)控銑鏜類機床,為保證自動換刀時主軸停止在某一固定的位置上（刀柄上的鍵槽必須與主軸的凸鍵對準）；在精鏜時為不使刀尖劃傷已加工的表面,退刀時要讓刀尖在固定位置退出加工表面一個微小量。通過主軸外接編碼器實現(xiàn)主軸準?？刂?。主軸電機與主軸之間可以采用任意傳動比，主軸具有剛性攻絲功能。主軸定向是對主軸位置的簡單控制,可以選用以下幾種元件作為位置信號:SPMJYA2JYA3主軸電機主軸電機內(nèi)裝Mi或Mzi編碼器主軸直連或采用1：1傳動的齒輪、齒形帶連接任意傳動比α位置編碼器用主軸外接編碼器實現(xiàn)準停2）通過主軸電機內(nèi)裝編碼器實現(xiàn)主軸準?？刂?，主軸電動機與主軸必須直連或采用1：1傳動比的齒輪、齒形帶連接。主軸電機內(nèi)裝Mzi編碼器主軸主軸電機JYA2SPM直連或采用1：1傳動的齒輪、齒形帶連接用主軸電機內(nèi)裝編碼器實現(xiàn)準停3）通過外裝主軸一轉信號（接近開關）和電機內(nèi)裝傳感器實現(xiàn)主軸準?？刂?主軸電機與主軸之間可以采用任意傳動比。JYA3SPMJYA2外部一轉信號（接近開關）任意傳動比主軸主軸電機主軸電機內(nèi)裝Mi或MZi編碼器用外部一轉信號和主軸電機內(nèi)裝編碼器實現(xiàn)準停準停指令M19經(jīng)CNC譯碼后，經(jīng)PLC的DECB指令分配到R0002.3，如圖所示。F45.1是主軸停止的檢測信號，當主軸實際速度小于參數(shù)4024的設定值時，該位為“1”，G70.6為“1”，向CNC發(fā)出定向指令信號。如果主軸手動控制準停有效，而自動(M19)無效時，可以通過系統(tǒng)梯形圖，查看主軸準停信號G70.6為1及M19執(zhí)行的條件是否滿足。

4FANUC伺服有關參數(shù)的設置1).伺服初始化的準備

首先確認以下基本數(shù)據(jù)，以便進行初始化工作。數(shù)控系統(tǒng)的型號。伺服電動機的型號、規(guī)格、電機代碼。電動機內(nèi)裝的脈沖編碼器的型號、規(guī)格。伺服系統(tǒng)是否使用外部位置檢測器件，如使用，需要確認其規(guī)格型號。電動機每轉對應的工作臺移動距離。機床的檢測單位及數(shù)控系統(tǒng)的指令單位。2).伺服初始化的步驟

選擇MDI方式，按下功能鍵。按下軟鍵[SETING]顯示設置數(shù)據(jù)畫面，用光標鍵移動光標到PARAMETERWRITE。按軟鍵[OPRT]和[1:ON]使參數(shù)寫入開關置1，于是參數(shù)可以寫入。此時，CNC出現(xiàn)報警P/S[No.100]。OFFSETSETTING確認PRM31111的＃0（SVS）=1,才可以顯示伺服設定畫面。按功能鍵，再按擴展鍵，找到軟鍵

[SV-PRM]。按

[SV-PRM]軟鍵，顯示伺服設定畫面。SYSTEM初始設定位電機代碼AMR功能CMR指令倍乘比進給齒輪比N/M

電機型號α2/5000iα4/3000iα8/3000iα12/3000iα22/3000iα30/3000iα40/3000i電機代號155(255)173(273)177(377)193(293)197(297)203(303)207(307)例3.1

機床直線軸的分辨率為1μm，電機和絲桿的傳動比為1，計算進給齒輪比N/M。例3.2

對于機床的旋轉軸，電機和旋轉工作臺之間的減速比為1/10，工作臺的分辨率為1/1000度,計算進給齒輪比N/M。

電機每轉一圈工作臺旋轉360/10度，工作臺每旋轉1度所需脈沖數(shù)為1000，則電機一轉所需脈沖數(shù)為36000。所以，進給齒輪比N/M=36000/1000000=36/1000移動方向速度脈沖數(shù)、位置脈沖數(shù)速度脈沖數(shù)、位置脈沖數(shù)的設定參考計數(shù)器3）.伺服FSSB設定按功能鍵system?？梢源蜷_放大器設定畫面和軸設定設定畫面。FANUC伺服系統(tǒng)通過FANUC串行伺服總線FSSB光纜（或高速串行伺服總線HSSB）與CNC控制單元連接，需要設定參數(shù)PRM1023、1905、1910～1919、1936、1937。

伺服FSSB的設定方法有手動設定和自動設定之分，由PRM1902的＃0（FMD）的值決定。FMD=1：手動設定方式,上述參數(shù)需要手工設定；FMD=0：自動設定方式。

伺服放大器設定畫面

軸設定畫面在FSSB自動設定時，伺服放大器必須通電，否則不能正確設定，如果設置不正確，則會引起報警。

4）.伺服調(diào)整

按功能鍵system，再按擴展鍵，按軟鍵[SV-PRM],找到軟鍵

[SV-TUN]。按

[SV-TUN]軟鍵，顯示伺服調(diào)整畫面。該畫面中參數(shù)，對機床的性能有重要影響，必需仔細調(diào)整。4.2.2FANUC伺服系統(tǒng)故障診斷及維修伺服驅(qū)動系統(tǒng)的故障表現(xiàn)形式有三種：在LCD或操作面板上顯示報警內(nèi)容或報警信息；在驅(qū)動裝置上用報警燈或數(shù)碼管顯示故障內(nèi)容；伺服驅(qū)動系統(tǒng)工作不正常但無任何報警信息。1.FANUC主軸伺服系統(tǒng)的故障診斷及維修主軸伺服系統(tǒng)常見故障有：外界干擾過載主軸定位抖動主軸轉速與進給不匹配轉速偏離指令值主軸異常噪聲及振動主軸電動機不轉例3.3

某臺數(shù)控車床通電起動后出現(xiàn)750報警，經(jīng)多次斷電通電起動都出現(xiàn)該報警。故障分析：

CNC開機時，如果串行主軸放大器（SPM）沒有達到正常的起動狀態(tài)，發(fā)生此報警。此報警不是在CNC系統(tǒng)（帶有主軸放大器）正常起動后發(fā)生的。是在電源接通過程中發(fā)生故障時引發(fā)的。可能的原因包括：接觸不良、接線不良、或電纜的連接錯誤；CNC開機時主軸放大器處于報警狀態(tài)；參數(shù)設定錯誤；CNC的印刷電路板故障；主軸放大器故障。處理方法：根據(jù)維修手冊說明，首先檢查光纜的連接和走向，盡量避免外部電磁干擾。經(jīng)過重新插接后，再通電起動，未出現(xiàn)750報警。例3.4某臺數(shù)控車床主軸有轉速，但LCD速度無顯示。故障分析：LCD上的速度顯示是根據(jù)主軸編碼器的反饋信號計算并顯示的。可能的原因包括：主軸編碼器損壞；主軸編碼器電纜脫落或斷線；系統(tǒng)參數(shù)設置不正確；編碼器反饋接口不對或者沒有選擇主軸控制的有關功能。處理方法：由于該機床已正常使用一段時間，故重點針對前兩項可能的原因進行檢查。經(jīng)檢查，是主軸編碼器的接頭松脫所致。例3.6

某臺數(shù)控機床，使用主軸準停功能時（M19）停止的位置每次都不同。故障原因分析：

如果準停過程中出現(xiàn)隨機偏差，可能的原因有：主軸機械出現(xiàn)故障、主軸檢測裝置與機械連接不良、定向裝置與系統(tǒng)參數(shù)設定不一致、檢測裝置一轉信號不良和主軸模塊故障。處理方法：參照前面講過的三種主軸準停方式，該機床采用輸出為正弦波信號的主軸編碼器作為反饋元件，即方式1。檢查主軸編碼器的電源線和信號線都沒有斷線的情況，檢查機械及連接正常，當用示波器檢查編碼器的輸出信號波形時，發(fā)現(xiàn)A通道波形不正常，有時周期相差很大，有時輸出無波形。經(jīng)更換編碼器后機床工作正常。例3.7

數(shù)控車床在進行負荷試驗的“重切削試驗”時，發(fā)生負載過大，主軸停車現(xiàn)象。分析與處理過程：

實際上并非切削負載過大，而是主軸轉速設定過低，主電機的相應轉速遠低于額定轉速，電機運行在恒轉矩區(qū)，但電機的輸出功率遠低于額定功率，當此輸出功率遠低于切削所需功率時就會發(fā)生上述現(xiàn)象，在負載試驗時必須使主軸電機的轉速盡可能接近額定轉速，此時電機的輸出轉矩和輸出功率都會接近其額定轉矩和額定功率。例3.8

主軸電機發(fā)熱，特別是主軸電機的軸端明顯溫度過高，主軸高速時出現(xiàn)過載報警，且主軸運動時主軸電機內(nèi)有機械摩擦聲音。分析與處理過程：

通常主軸電機與主軸之間通過齒型帶連接，特別是為了伺服主軸能夠進行彈性攻絲或剛性攻絲，經(jīng)常將齒型帶的張緊力調(diào)得很大，因而施加在軸端的徑向力也大。伺服主軸電機對于施加在其軸端的徑向力是有嚴格要求的，下圖是某主軸電機允許的軸端懸臂力。徑向力越大，允許的電機軸承的使用壽命越短。由此可以看出，對于數(shù)控機床的使用范圍一定不要超出機床允許的技術指標。比如一臺高主軸轉速的數(shù)控機床可應用于模具加工，但是利用這臺機床進行強力切削，則會影響電機的使用壽命。同樣一臺低主軸轉速的機床，長期使用極限速度進行高速加工，同樣會影響電機的使用壽命。

某主軸電機允許的軸端徑向力

2.FANUC進給伺服系統(tǒng)的故障診斷及維修進給伺服系統(tǒng)常見故障有：超程過載竄動爬行振動伺服電動機不轉位置誤差漂移回參考點故障例3.9

一臺XK755數(shù)控銑床，采用FANUC0i-MC數(shù)控系統(tǒng)。在加工過程中，突然出現(xiàn)“X+、X-、Y+、Y-硬限位”報警，而實際上機床在正常的加工范圍內(nèi)。分析與處理過程：根據(jù)上述現(xiàn)象，估計線路接觸不良或斷路可能性最大，測量電器柜中接線排上供給限位電路的24V電壓，壓值正常。按照線路走向逐一查找，在用手旋動床體右側的一個線路插頭時，發(fā)現(xiàn)屏幕上報警瞬間消失，在松手間報警復現(xiàn)。于是，拆下該插接頭，仔細檢查發(fā)現(xiàn)里面焊接的兩根導線已經(jīng)脫落，在用手向里面旋動的過程中可以讓導線斷路的兩端碰觸，所以有上述變化現(xiàn)象。重新焊接好接頭后，機床恢復正常。例3.10某臺數(shù)控車床在運行過程中突然出現(xiàn)Z軸414號報警。分析與處理過程：

按照維修說明書上的說明，利用NC系統(tǒng)的診斷功能查看診斷號200的狀態(tài)顯示200.4（HCA）為“1”，表示Z軸伺服放大器電流異常，關斷機床電源檢查Z軸電機的絕緣及相之間的阻抗，結果對地絕緣少于500Ω.將電機動力接頭取下發(fā)現(xiàn)電機插座已燒壞，進一步檢查分析燒壞的原因是插頭進水。此后將插座拆下，進一步檢查電機內(nèi)部相之間的阻抗及絕緣都在正常范圍內(nèi)，將插座更換后機床恢復正常。例3.11某臺臥式加工中心，當NC系統(tǒng)電源起動后接通伺服電源后顯示器顯示410號報警，同時顯示Y軸出現(xiàn)故障。分析與處理過程：

經(jīng)斷電后再起動報警不再出現(xiàn)，但是后來問題越來越嚴重，有時幾次斷電再起動仍出現(xiàn)該報警，直到后來只要送電起動總是出現(xiàn)該報警，此報警具體內(nèi)容為位置誤差過大，超過1829參數(shù)設定的值，將伺服參數(shù)重新設定仍不能排除故障。該機床為四個NC軸，配置兩個相同的雙軸驅(qū)動模塊，將兩個模塊調(diào)換后，原先Y軸410號報警變成第四軸410號報警，此現(xiàn)象說明這個模塊出現(xiàn)故障，將該模塊更換后再未出現(xiàn)410號報警。例3.12某臺臥式加工中心三個幾何坐標配有直線光柵，當Z軸快速移到某段位置時偶然出現(xiàn)445報警，低速移動時不報警。分析與處理過程：

該報警具體內(nèi)容為伺服軟件檢測到位置反饋斷線，后來50%快速時也開始出現(xiàn)報警，到后來該報警出現(xiàn)越來越頻繁，經(jīng)過光柵重新調(diào)整仍不能解決問題，交換信號電纜也未能排除故障，而且出現(xiàn)報警時的位置也不在某一段，再后來X軸也偶然出現(xiàn)445號報警，更換驅(qū)動器模塊仍無效，打開導軌防護罩檢查導軌的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)導軌潤滑不良，幾乎沒有潤滑油，檢查潤滑裝置，油箱中已經(jīng)沒有潤滑油了（經(jīng)檢查，液位檢測器出現(xiàn)故障，未產(chǎn)生潤滑油不足報警），油箱加滿油，給導軌面上打上足夠的潤滑油，先低速來回移動各坐標軸，此后再快速移動就不再出現(xiàn)445報警了。例3.13故障現(xiàn)象：外觀表現(xiàn)為伺服電機發(fā)熱，即使不加工伺服電機的溫度也很高，電機表面溫度高于60°C，甚至燙手。有時在切削、坐標軸減速制動、坐標換向時出現(xiàn)伺服電機過流報警。

分析與處理過程：

上述各種跡象表明，伺服驅(qū)動器長時間提供給伺服電機高于額定值的電流。要區(qū)分出故障的原因是機械的問題，還是伺服電機的問題，最準確的方法是將伺服電機與絲杠的機械連接斷開。連軸節(jié)斷開后可能出現(xiàn)兩種情況：

1)如果斷開后伺服電機仍然發(fā)熱或出現(xiàn)過載報警，則說明伺服電機內(nèi)部機械部件故障，比如軸承損壞。這時需要維修或更換新的伺服電機。但是這種情況往往說明了數(shù)控機床的設計或者裝配存在問題。因為伺服電機軸承損壞的原因是伺服電機安裝造成的徑向力超過了伺服電機運行允許的指標。假如只是更換了伺服電機，但是沒有采取措施解決徑向力超標的問題。同樣的故障仍有可能發(fā)生。2)如果伺服電機與絲杠的連接斷開后，伺服電機的溫度下降至正常，且過載報警消失，則說明是傳動系統(tǒng)的機械故障，這時應檢查傳動系統(tǒng)。

3)如果這樣的故障發(fā)生在數(shù)控機床的設計調(diào)試階段，還有一種可能的原因，就是伺服電機選擇錯誤，伺服電機的輸出轉矩不能滿足傳動系統(tǒng)的需要。例3.14

加工后發(fā)現(xiàn)坐標實際位置偏移，加工出的工件尺寸有明顯問題，但是數(shù)控系統(tǒng)上沒有任何報警，且數(shù)控系統(tǒng)記錄的實際位置與零件程序中的指令位置相等分析與處理過程：對于采用電機測量系統(tǒng)（半閉環(huán)）的數(shù)控機床，數(shù)控系統(tǒng)是根據(jù)伺服電機內(nèi)置的編碼器來測量電機的角位置，計算出直線位移。假如由于裝配的原因造成伺服電機與絲杠的連接不牢，伺服電機與絲杠之間就可能出現(xiàn)相對位移。所以加工的位置出現(xiàn)了偏差，且導致零件損壞

判斷此類故障的方法是首先做空切削試驗，并在特殊位置上設置位置測量儀表，觀察位置的重復性，然后再進行切削試驗，如果空運行位置正確，但實際切削出現(xiàn)位置誤差，且誤差大小無規(guī)律。則說明伺服電機與絲杠出現(xiàn)了位移，需要檢修聯(lián)軸節(jié)。例3.15故障現(xiàn)象：配套FANUC0i系統(tǒng)的數(shù)控磨床，開機后出現(xiàn)401號報警。分析與處理過程：

FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)的401號報警屬于數(shù)字伺服報警，該報警的含義為“X、Z軸伺服放大器未準備好”。如果一個伺服放大器的伺服準備信號（VRDY）沒有接通，或者在運行中信號關斷，發(fā)生此報警。遇到此報警通常作如下檢查：首先查看伺服放大器的LED有無顯示，若有顯示，則故障原因有以下3種可能：伺服放大器至電源模塊之間的電纜斷線。伺服放大器出故障?；宄龉收?。

若伺服放大器的LED無顯示，則應檢查伺服放大器的電源電壓是否正常，電壓正常則說明伺服放大器有故障，電壓不正常就基本排除了伺服放大器有故障的可能，應繼續(xù)檢查強電電路。

根據(jù)上述排查故障的思路進行診斷，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)伺服放大器的LED無顯示，檢查伺服放大器的輸入電源電壓，發(fā)現(xiàn)+24V的輸入連接線已脫落。重新連接后開機，機床恢復正常。4.3西門子伺服系統(tǒng)故障診斷及維修4.3.1西門子伺服系統(tǒng)1西門子伺服系統(tǒng)分類611U/UE數(shù)字式伺服驅(qū)動器611U/UE是目前常用的數(shù)字式伺服驅(qū)動系統(tǒng)。611U是通用型伺服驅(qū)動器，是一種功能可以靈活配置的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。611UE是611U伺服驅(qū)動系統(tǒng)的另一種形式，其與611U的區(qū)別就在于使用了不同的控制板模塊。611UE中的控制板模塊帶有Profibusdp接口，數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動的數(shù)據(jù)通訊均通過Profibus總線完成，另外，611UE伺服驅(qū)動可以連接直接測量系統(tǒng)。2西門子伺服系統(tǒng)的連接1）.611UE電源模塊的端子及接口U1V1W1主控制回路三相電輸入端口X181工作電源的輸入端口P600M600600V直流電壓輸出端子。X111模塊就緒信號X121模塊的過熱信號。64控制使能輸入63脈沖使能輸入48主回路繼電器，該信號斷開時，主控制回路電源主繼電器斷開NS1/NS2主繼電器閉合使能AS1/AS2主繼電器狀態(tài)9/19/R9是24V輸出電壓，19是24V的地，R為模塊的報警復位信號X151設備總線，連接后面的模塊。電源模塊指示燈的狀態(tài)綠紅紅黃紅紅15V電平故障外部使能信號丟失進線電源故障5V電平故障模塊就緒，直流母線已充電直流母線過電壓圖4-31電源模塊指示燈的狀態(tài)2）611UE伺服驅(qū)動器的連接7473.273.17253525163996419911248NS1NS224VDC0V連接到PLC輸入端連接到PLC輸出端0V電源模塊端子64/63/48的連接電源模塊端子64/63/48的上、下電時序

電源模塊的端子48、63、64分別連接主電路繼電器、脈沖使能、控制使能，這些信號的連接正確與否、上下電時序是否滿足要求，直接關系到伺服驅(qū)動器能否正常、安全地工作，611UE伺服驅(qū)動器對使能信號的時序要求如圖所示。制動時，必須先斷T48，后斷總電源開關，否則將損壞電源模塊。

611UE主要接口信號的連接Profibus總線的連接611UE和CNC之間通過Profibus總線連接，CNC是總線的主設備，611UE和802D系統(tǒng)的I/O接口模塊PP72/48是從設備，總線上的每一個設備都有自己的總線地址，因此對各個部件在總線上的連接順序沒有要求，總線始端和末端的兩個設備的終端電阻應撥到ON，如圖所示。611UE的總線地址可以通過伺服調(diào)整軟件SimoComU設定。

3611UE伺服驅(qū)動系統(tǒng)相關參數(shù)設置及優(yōu)化1）.總線地址配置

802D具有一個系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊，該數(shù)據(jù)塊允許使用參數(shù)MD11240選擇611UE驅(qū)動和PP72/48I/O模塊的配置，如表所示。該參數(shù)正確設置后，611UE控制模塊的X423總線接口插件上，總線狀態(tài)指示燈由紅色變成綠色，如果仍然是紅色則需要檢查總線的連接。

611UE伺服驅(qū)動器的總線地址數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動器之間通過總線連接，掛接在總線上的每一個設備都有唯一的總線地址，因此，需要正確設置611UE伺服驅(qū)動器的地址，系統(tǒng)才能與驅(qū)動器建立物理聯(lián)系

2）.使用SimocomU進行611UE的參數(shù)設定

SimocomU是西門子公司開發(fā)的用于調(diào)試611U/611UE的一個軟件工具。利用SimoComU可設定驅(qū)動器的基本參數(shù)：設定與電機和功率模塊匹配的基本參數(shù)。利用SimoComU可實現(xiàn)對驅(qū)動器參數(shù)的優(yōu)化：根據(jù)伺服電機實際拖動的機械部件，對611UE速度控制器的參數(shù)進行自動優(yōu)化。利用SimoComU還可以監(jiān)控驅(qū)動器的運行狀態(tài)：電機實際電流和實際扭矩。操作步驟步驟一在斷電的情況下，用RS232電纜連接PC的COM口與611UE上的X471端口步驟二驅(qū)動器上電，在611UE的液晶窗口顯示：“A1106”,表示驅(qū)動器沒有數(shù)據(jù)；R/F紅燈亮；總線接口模塊上的紅燈亮。步驟三從WINDOWS的“開始”中找到驅(qū)動器調(diào)試工具SimoComU，并啟動。步驟四軟件啟動后，選擇連機方式步驟五進入連接畫面，自動進入?yún)?shù)設定畫面，在軟件的提示下進行參數(shù)設定設定驅(qū)動器的名稱輸入PROFIBUS地址選擇驅(qū)動器所配電機的型號選擇編碼器型號選擇運行模式4.3.2西門子伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷及維修

和FANUC伺服驅(qū)動系統(tǒng)一樣，西門子伺服驅(qū)動系統(tǒng)的故障表現(xiàn)形式也有三種：在LCD或操作面板上顯示報警內(nèi)容或報警信息；在驅(qū)動裝置上用報警燈或數(shù)碼管顯示故障內(nèi)容；伺服驅(qū)動系統(tǒng)工作不正常但無任何報警信息。發(fā)生伺服驅(qū)動系統(tǒng)相關的故障時，可以根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的報警信息、驅(qū)動器電源模塊的狀態(tài)指示燈、控制板模塊的R/F指示燈、控制板模塊的6只數(shù)碼管所顯示的信息來判斷故障原因。611UE控制板模塊上的6只數(shù)碼管顯示如圖所示。用SIMCOMU和611U/UE聯(lián)機后在界面的右下角可以顯示電機電流和負載率，驅(qū)動器有報警時也可以在SIMCOMU上看到報警號及報警內(nèi)容。左邊兩位顯示“E”和1個連字號“—”：驅(qū)動器有1個故障，如圖(a)。左邊兩位顯示“E”和3個連字號“三”：驅(qū)動器有多個故障，按“＋”鍵可以顯示其他故障號，如圖(b)。左邊第一位顯示“E”，第二位無顯示：驅(qū)動器有報警，如圖(c)。第三位顯示“A”：故障或報警發(fā)生在A軸模塊。顯示“B”：故障或報警發(fā)生在B軸模塊。右邊三位為故障、報警號顯示，對應的報警內(nèi)容可以參考611UE相關說明書。數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)是關鍵部件，也是故障率較高的部件，一旦模塊損壞，維修成本較高，因此，使用中要重視伺服驅(qū)動系統(tǒng)的日常維護和保養(yǎng)，避免故障發(fā)生。例如：伺服驅(qū)動器的安裝環(huán)境要注意防塵、避免振動；導電的粉塵、切屑會引起驅(qū)動模塊內(nèi)部短路，嚴重時燒毀模塊；直流母線的連接螺釘一定要擰緊，不能產(chǎn)生松動；空氣中的油霧、水汽都會對伺服驅(qū)動器產(chǎn)生影響，因此，伺服驅(qū)動器應該安裝在密閉、防塵的電氣柜中。編碼器的更換如果伺服電機編碼器故障，需要更換時參照以下方法：(1)卸開電機后蓋及編碼器的后蓋；(2)松開編碼器的安裝螺絲；(3)

旋轉電機轉子軸,使編碼器轉子上的標志和編碼器殼上的標志重合；(4)卸下編碼器,注意在裝卸的時候盡量使用特制螺絲頂出來,以免損壞編碼器；(5)安裝新的編碼器，使編碼器的兩個標志重合。在此過程中,要保證電機的轉子不動；按以上相反的順序安裝編碼器。例3.16配備802D數(shù)控系統(tǒng)和611UE伺服驅(qū)動的數(shù)控銑床，通電后顯示用戶報警700012：“驅(qū)動電源模塊未就緒”，各軸不能動作。分析與處理過程：該報警為用戶報警，由機床生產(chǎn)廠家編制的PLC程序控制，根據(jù)報警內(nèi)容，檢查611UE電源模塊的端子72和73.1，端子73.1有24V電壓，端子72沒有電壓，說明電源模塊的內(nèi)部觸點沒有接通。經(jīng)進一步檢查該模塊內(nèi)部狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)有兩個大功率器件已經(jīng)燒壞，所以電源模塊不能正常工作，功率模塊也就不能正常工作。經(jīng)再仔細檢查，故障是由于機床電器柜內(nèi)進水導致電源模塊短路造成的。例3.17一臺配置802D系統(tǒng)的數(shù)控立車，出現(xiàn)Z軸25050輪廓監(jiān)控報警，X軸正常。具體故障現(xiàn)象是，只要按下操作面板上的+Z、－Z鍵，就立即發(fā)生25050Z軸輪廓監(jiān)控報警。分析與處理過程：

該報警是由于Z軸的指令位置與編碼器反饋回的實際位置偏差過大，超過了MD36400中存儲的值，系統(tǒng)終止程序運行，發(fā)出報警。如果是新投入運行的機床，首先檢查參數(shù)MD36400設置是否太小，檢查速度環(huán)、位置環(huán)的增益設置是否合理；對于已經(jīng)正常運行一段時間的機床，則首先檢查機械傳動部件是否能夠平滑運行，有無卡死或阻力過大的現(xiàn)象，編碼器的電纜是否出現(xiàn)了松動；而對于帶抱閘的垂直軸，則首先檢查抱閘是否打開。

由于滾珠絲杠不具有自鎖功能，所以，為了平衡垂直軸的重力，防止電機斷電時，垂直軸在重力作用下滑落，造成事故，機床的垂直軸電機帶有抱閘和平衡裝置，當打開電源，伺服電機使能就緒后，抱閘線圈通電，抱閘打開；否則，抱閘線圈斷電，抱閘把電機軸抱住，防止下滑。該機床的Z軸電機帶抱閘，抱閘線圈由24V直流電壓控制。經(jīng)檢查，該故障是由于抱閘線圈的24V進線在電柜的接線端子上松動造成的。例3.18配套802D系統(tǒng)的數(shù)控車床，機床起動后，手動方式下按點動鍵＋X和-X，X軸原地抖動，工作臺無法移動。出現(xiàn)25030、25040、25050，電機溫度升高。分析與處理過程：

將電機和機械部分脫開，故障依舊，排除機械部分故障的可能。由于該機床在故障前X軸運行正常，排除參數(shù)設置錯誤可能。由于故障前該機床剛經(jīng)過搬遷，考慮接線故障，經(jīng)檢查，電機動力電纜和伺服驅(qū)動器功率模塊U/V/W端子的連接順序錯誤。正常連接時，U/V/W應該一一對應，不能調(diào)換相序。例3.19配套802D系統(tǒng)的數(shù)控車床，在工作過程中，發(fā)現(xiàn)加工工件的X向尺寸出現(xiàn)無規(guī)律的變化。分析與處理過程：數(shù)控機床的加工尺寸不穩(wěn)定通常與機械傳動系統(tǒng)的安裝、連接、精度以及伺服進給系統(tǒng)的設定與調(diào)整有關。首先檢查系統(tǒng)的電子齒輪比、編碼器脈沖數(shù)等參數(shù)的設置，經(jīng)檢查以上參數(shù)的設定無誤，排除了參數(shù)設定不當引起故障的原因。檢查X軸電機和刀架之間的機械連接，也沒有發(fā)現(xiàn)問題。在機床上利用百分表測量X軸的定位精度，發(fā)現(xiàn)絲杠每移動一個螺距，X向的實際位置總是增加幾十微米，而且此誤差不斷累積。為了進一步判定故障部位，拆下X軸伺服電機，并在軸端劃線做上標記，利用手動增量進給方式移動X軸，檢查發(fā)現(xiàn)X軸每次增量移動一個螺距時，軸轉動均大于360°。同時，在以上檢測過程中發(fā)現(xiàn)伺服每次轉動到某一固定的角度上時，均出現(xiàn)“突跳”現(xiàn)象，考慮到“突跳”僅在某一固定的角度產(chǎn)生，且在無“突跳”區(qū)域，運動距離與軸轉過的角度相符。因此，可以進一步確認故障與測量系統(tǒng)的電纜連接、系統(tǒng)的接口電路無關。根據(jù)以上實驗可以判定故障是由于X軸的位置編碼器不良引起的。更換編碼器后，機床恢復正常。例3.20配備611U伺服系統(tǒng)的數(shù)控機床加工過程中，驅(qū)動顯示A613報警，電機發(fā)燙。關機重起后報警依然。分析與處理過程：電機中的溫度傳感器通過編碼器信號線把電機的溫度傳給611U控制板模塊，當實際溫度高于驅(qū)動器參數(shù)P607設定的溫度時，產(chǎn)生A613報警。引起該報警的原因有：電機頻繁起動、制動；電機過載；溫度傳感器故障；電機參數(shù)設置不正確；電機散熱風扇故障等，設置驅(qū)動器參數(shù)P1601的bit3=1，可以屏蔽電機溫度監(jiān)控功能。對于該機床的驅(qū)動過流報警，首先關閉機床電源，手動轉動電機軸，電機軸無法旋轉；脫開電機和絲杠之間的聯(lián)接，手動盤整，用力旋轉時電機軸一步一步稍有轉動。把電機上的動力電纜插頭旋下，電機軸旋轉自如。由此判斷動力電纜有問題。經(jīng)檢查，加工過程中，該軸電機隨工作臺移動，動力電纜在移動過程中長期受到拉力，有時會被其他機械部件卡住，絕緣層發(fā)熱后受積壓，造成相間短路，使得電機過流。更換動力電纜后，報警消除。4.4主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)故障診斷及維修4.4.1主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)概述

變頻器的基本構成框圖運行指令～M3～控制電路整流器逆變器變頻主軸驅(qū)動系統(tǒng)主要包括CNC或伺服驅(qū)動器的主軸控制部分、變頻器、三相異步電機。和交流伺服系統(tǒng)相比，變頻系統(tǒng)只有速度環(huán)和電流環(huán)，沒有位置環(huán)。因此變頻系統(tǒng)只能實現(xiàn)調(diào)速而不能進行位置控制。

電源進線狀態(tài)指示燈操作面板插座控制信號端子電機動力線端子變頻器外形圖市場上的通用變頻器產(chǎn)品很多，西門子的MicroMaster4（MM4）系列、日立L100系列、三菱的FR-S5OO系列等。變頻主軸驅(qū)動系統(tǒng)低速時輸出轉矩低，易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因此采用變頻主軸的機床，常采用變速箱機械調(diào)速和變頻器電氣調(diào)速相結合的方法，擴大主軸的調(diào)速范圍、提高主軸低速時的輸出轉矩，充分發(fā)揮主軸電機的切削功率。1數(shù)控機床主軸的機械換檔主軸換檔的控制過程當加工程序中出現(xiàn)換檔指令M41、M42或M43時，經(jīng)指令譯碼，傳輸給PMC，經(jīng)PMC程序處理后，主軸以換檔速度運行，通過PMC輸出信號控制外部執(zhí)行元件，可以采用液壓撥叉撥動齒輪換檔，也可以通過控制電磁離合器實現(xiàn)自動換檔，換檔到位后，傳感器把相應的到位信號輸入PMC，PMC根據(jù)輸入的不同檔位信號，對G28.1和G28.2編碼,并傳輸給CNC，CNC根據(jù)指令速度、檔位信息、以及參數(shù)PRM3741/3742/3743/3744中設置的各檔最高速度，計算控制電壓的大小，并輸出給變頻器，實現(xiàn)主軸速度的控制。

程序執(zhí)行換擋指令M代碼（如M41、M42、M43）PMC執(zhí)行M代碼，輸出控制離合器或電磁閥線圈。（如Y0.1、Y0.2、Y0.3）主軸電動機以換擋速度進行換擋PMC檢測到擋位信號(如X1.1、X1.2、X1.3)通過PMC把擋位到達信號G28.2、G28.1輸出到CNC系統(tǒng)CNC根據(jù)參數(shù)PRM3741/3742/3743/3744控制主軸模塊實現(xiàn)主軸速度控制主軸換檔的控制過程主軸檔位信號編碼G28.2G28.1檔位主軸各檔最高速度參數(shù)001#3741012#3742103#3743114#37442主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)的連接和控制系統(tǒng)的連接2).變頻器主電路的連接電機的Y型和△型接線3).控制信號的連接FR-S52O變頻器控制主軸電機原理圖在數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)中，變頻器接收CNC或伺服放大器主軸模塊的指令信號（模擬電壓），另外，數(shù)控系統(tǒng)或PLC發(fā)出控制主軸正反轉的信號給變頻器。

3主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)設置MM4變頻器的參數(shù)訪問級別在完成正確的連接之后，需對數(shù)控系統(tǒng)及變頻器作正確的配置。首先在數(shù)控系統(tǒng)中設置主軸有關參數(shù)，然后設置變頻器參數(shù)。變頻器在使用中能否滿足傳動系統(tǒng)的要求，變頻器的參數(shù)設置非常重要，如果參數(shù)設置不正確，會導致變頻器不能正常工作。

P1300控制方式的選擇常見的負載類別有三種速度變化，但轉矩基本不變的恒轉矩負載，如傳送帶、起重機、擠壓機、壓縮機等。隨著轉速的降低，轉矩按轉速的平方減小的負載。如風機、各種液體泵等。轉速越高，轉矩越小的恒功率負載。如軋機、機床主軸等。參數(shù)值線性v/f控制拋物線特性v/f控制矢量控制矢量轉矩控制P1300022022快速調(diào)試

在使用變頻器驅(qū)動電機前，必須進行快速調(diào)試?？焖僬{(diào)試前，確認電機參數(shù)和加減速時間。變頻器在參數(shù)中需要設定電機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到，如圖所示。

P0010=1快速調(diào)試P0100選擇工作地區(qū)，以確定功率的單位及頻率0功率KW，頻率50HZ1功率hp，頻率60HZ2功率KW，頻率60HZP0304電機額定電壓P0305電機額定電流P0307電機額定功率P0310電機額定頻率P0311電機額定速度P0700選擇命令源1操作面板2模擬量輸入端子、數(shù)字量輸入端子P1000選擇頻率設定值1用操作面板控制頻率2模擬設定值P1080電機最小頻率P1082電機最大頻率P1120斜坡上升時間P1121斜坡下降時間P3900結束快速調(diào)試0不進行電機計算1進行電機計算，并把其他參數(shù)復位為默認值（推薦）2進行電機計算和I/O復位3進行電機計算，不進行I/O復位快速調(diào)試流程圖轉動慣量設置轉動慣量設置不當會使得系統(tǒng)振蕩，調(diào)速精度也會受到影響。轉動慣量公式：

J=T/（dω/dt）計算得出電機與負載轉動慣量。設置參數(shù)P0341(電動機的慣量)與參數(shù)P0342(驅(qū)動裝置總慣量/電動機慣量的比值)，這樣可以提高變頻器的調(diào)速性能。

4.4.2主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)故障診斷及維修如果變頻器出現(xiàn)故障，斷電以后不能馬上進行檢修，因為電源開關剛斷開時，變頻器的電源輸入線、直流回路端子和電機端子上仍然可能帶有危險電壓，因此，斷開電源開關以后還必須等待5分鐘，保證電路放電完畢后，再進行操作。變頻器面板上的指示燈和顯示器，可以指示變頻器的工作狀態(tài)、故障代碼和報警信息，幫助用戶判斷故障原因。

例3.21某配套FANUC0i-C的數(shù)控車床，執(zhí)行主軸換檔指令M41/42時，