数控机床伺服系统故障诊断分析和维修处理
数控机床是装有程序控制系统的自动化机床，作为装备制造领域先进技术的代表，被广泛应用于装备制造行业。下面是我整理的关于数控机床伺服系统故障诊断分析和维修处理的相关介绍资料，大家一起来看看吧。
数控机床的应用，提升了装备制造业的自动化、信息化和现代化水平，为装备制造行业带来了广阔的发展前景。
数控机床伺服系统由于担负着控制信息处理和控制机床执行部件工作的重要系统，其故障的诊断分析和维修处理技术也一直受到装备制造行业的普遍重视。
数控机床伺服系统构成
数控机床伺服系统由驱动装置和执行机构两部分构成，数控机床伺服系统能够实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制，通过数控机床伺服系统对数控装置指令信息接收、放大、整形处理，能够将控制器的命令转换为机床执行部件的位移运动，从而实现对零件的切削加工。
数控机床的伺服驱动装置要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。
伺服系统包括驱动装置和执行机构两部分，由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。
数控机床系统中伺服系统是将控制器的数字命令转换为具体加工的重要环节，因此伺服系统不仅结构原理复杂，对工件的加工和处理更有重要作用。
伺服系统的运行稳定性直接影响机床的运行状态、工件的加工质量，为了在保证数控机床机械加工精度、准确度的前提下提升数控机床的生产效率，对伺服系统的故障预防、诊断和分析一直是数控机床应用中的重点问题。
进给系统常见故障与维修
1.进给伺服系统故障类型
进给伺服系统由于其涉及的元件较多且功能复杂，因而进给伺服系统的故障类型也较为多样。
通过对数控机床进给伺服系统故障的总结和分析，其故障主要有以下几种类型。
报警：报警主要是由于进给运动量超过软件设定的限位或限位开关决定的硬限位时发生的超程报警。另外，当系统进给运动的负载过大时，由于正反运动的过于频繁和进给传动链润滑状态不良也会发生报警。
当伺服系统发生报警时，预示着伺服系统的工作出现问题，工作人员需要及时进行停机检查，避免数控机床故障处理不及时造成零件质量问题并对数控机床带来物理性损坏。
窜动、爬行和振动：窜动、爬行和振动是数控机床伺服系统常见的故障，一旦窜动、爬行和振动现象发生，会直接导致机械加工精度和准确度的下降，给零件质量带来影响。
窜动大多是由于测速装置故障导致的测速信号不稳定或者速度控制信号不稳定导致的，除此之外接线端子的接触不良也会导致窜动现象的发生。
爬行发生的主要原因是传动链的润滑状态不良，伺服增益过低和外加负载过大等导致。
振动现象的发生大多是由于进给速度太快或进给加速度过大导致的。
位置误差和漂移：位置误差是由于伺服轴运动超过位置允许误差范围时导致，位置误差包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。
漂移是指数控机床的指令值为零时，坐标轴仍然继续移动的现象，位置误差和漂移不仅会影响工件的加工质量，严重时还会发生撞车事故，给数控机床带来物理损伤。
回参考点故障：机床回参考点故障一般表现为找不到参考点或者找不准参考点两类，回参考点故障大多是由于参考点减速开关接收信息故障或信号失效导致的。
2.进给伺服系统常见故障的维修处理
进给伺服系统故障，一般可通过参考操作说明排除，如果遇到参考操作说明无法排除的故障则需要具体问题具体分析解决。
当振动故障发生时可以对机械安装进行检查和调整，并保证伺服电机速度和位置检测的准确性，由于数控伺服系统中电子元件较多，因此还需要检查有无外部干扰影响，并且对驱动单元的参数进行排查，通过检查确定故障类型;
如果是机械故障则对机械故障予以及时解决，如果是电气故障则需要具体确认发生问题的位置，通过维修或者元器件更换等手段对伺服系统故障进行维修处理。
如果发生无法回参考点的现象，首先可以检查回参考点减速开关信号是否准确有效，并根据回参考点减速开关信号的问题采用原理分析法或追踪法分析等方法判断位置并及时的维修和处理。
主轴伺服系统故障及处理
1.主轴伺服系统的`故障类型
直流主轴伺服系统的故障主要表现为停转、速度异常、电机振动和主电路过电流报警等。
交流主轴伺服系统容易发生的故障主要表现为电机过势、熔丝熔断等，引发该类故障的主要原因时由于电机超载、接触不良或者冷却装置损坏导致的部分元件阻抗过高或者数控机床的浪涌吸收器发生故障。
2.主轴伺服系统常见故障的维修处理
主轴伺服系统出现故障时首先要确定主轴系统出现故障的类型及位置。当主轴电机不运转时首先需要确定数控系统是否有信号输出，再对I/O状态进行观察，并确定是否满足主轴的启动条件。
如果伺服电机带有电磁制动，还需要确定是否释放了电磁制动。如果主轴出现转速异常，首先要对机械传动机构进行检查，确保机床的动作无异常。
如果机械传动机构无异常则需要对主轴驱动器的电缆连接、主轴驱动器的状态指示灯等进行检查，并分析是否主轴驱动器出现问题。
如果以上原因均被排除，则很有可能是控制板出现故障。
当主轴高速转动振动过大时，多数是由于主轴驱动系统的电气部分故障导致，针对这种问题我们要根据电气原理图对主轴驱动与各处电气连接进行全面检查，确定故障部位并予以维修和处理。
结语
综上所述，数控机床伺服系统作为数控机床系统中最为复杂的系统，对数控机床的平稳运行和机械零件加工精度具有重要影响。
当数控机床伺服系统出现问题时，首先要根据故障现象判断故障类型，再通过一定的技术手段对故障位置进行排查，当确定故障原因和位置后，针对故障的类型进行合理的维修处理，提升数控机床运行的稳定性，保证数控机床所生产的工件质量，并提高数控机床的生产效率。
;这种验证方法，也可以用作对齐方法。 此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息，而Index信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而在此也不作为讨论的话题。 如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息，则可以考虑： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息； 3.调整旋变轴与电机轴的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果： 1.用示波器观察正余弦编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储正余弦编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将正余弦随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳； 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 3.用伺服驱动器读取由C、D信号解析出来的单圈绝对位置值，并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中； 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由编码器解析出来的与电角度相关的单圈绝对位置值与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现，而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要更换电机、正余弦编码器、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。 旋转变压器的相位对齐方式 旋转变压器简称旋变，是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的，相比于采用光电技术的编码器而言，具有耐热，耐振。耐冲击，耐油污，甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力，因而为武器系统等工况恶劣的应用广泛采用，一对极（单速）的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统，应用也最为广泛，因而在此仅以单速旋变为讨论对象，多速旋变与伺服电机配套，个人认为其极对数最好采用电机极对数的约数，一便于电机度的对应和极对数分解。 旋变的信号引线一般为6根，分为3组，分别对应一个激励线圈，和2个正交的感应线圈，激励线圈接受输入的正弦型激励信号，感应线圈依据旋变转定子的相互角位置关系，感应出来具有SIN和COS包络的检测信号。旋变SIN和COS输出信号是根据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果，如果激励信号是sinωt，转定子之间的角度为θ，则SIN信号为sinωt×sinθ，则COS信号为sinωt×cosθ，根据SIN，COS信号和原始的激励信号，通过必要的检测电路，就可以获得较高分辨率的位置检测结果，目前商用旋变系统的检测分辨率可以达到每圈2的12次方，即4096，而科学研究和航空航天系统甚至可以达到2的20次方以上，不过体积和成本也都非常可观。 商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐方法如下： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出； 2.然后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出； 3.依据操作的方便程度，调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置，或者旋变定子与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察旋变SIN信号的包络，一直调整到信号包络的幅值完全归零，锁定旋变； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，信号包络的幅值过零点都能准确复现，则对齐有效 。 撤掉直流电源，进行对齐验证： 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 这个验证方法，也可以用作对齐方法。 此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使这2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 需要指出的是，在上述操作中需有效区分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。由于SIN信号是以转定子之间的角度为θ的sinθ值对激励信号的调制结果，因而与sinθ的正半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号同相，而与sinθ的负半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号反相，据此可以区别判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周，对齐时，需要取sinθ由负半周向正半周过渡点对应的SIN包络信号的过零点，如果取反了，或者未加准确判断的话，对齐后的电角度有可能错位180度，从而有可能造成速度外环进入正反馈。 如果可接入旋变的伺服驱动器能够为用户提供从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息，则可以考虑： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.利用伺服驱动器读取并显示从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息； 3.依据操作的方便程度，调整旋变轴与电机轴的相对位置，或者旋变外壳与电机外壳的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果： 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储旋变随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将旋变随机安装在电机上，即固结旋变转轴与电机轴，以及旋变外壳与电机外壳； 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 3.用伺服驱动器读取由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值，并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中； 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现，而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要更换电机、旋变、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。
麻烦采纳，谢谢!
