【《数控机床伺服系统常见故障及处理技术探究》7900字（论文）】.docx

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1、【机床伺服系统常见故障及处理技术分析目录一、数控机床伺服系统的组成和作用错误!未定义书签。M机床电气控制技术的发展概况错误!未定义书签。1.2伺服系统在数控加工中的作用及组成错误!未定义书签。13伺服系统的基本要求和特点错误!未定义书签。1.3.1伺服系统基本要求错误!未定义书签。13.2伺服系统的主要特点错误!未定义书签。133伺服系统的分类错误!未定义书签。二、数控机床伺服系统常见故障错误!未定义书签。2.1 故障的表现形式错误!未定义书签。2.2 各类故障的排除方法错谀!未定义书签。2.2.1 超程错误!未定义书签。2.2.2 过戮错谀!5书签。2.2.3 富动错误书签。224爬行错谀!

2、未定义书签。225振动错误!未定义书签。2.2.6 伺服电机不转错谀!未定义书签。2.2.7 位置误差超差错误!未定义书签。2.2.8 漂移错谀!未定义书签。2.2.9 回基准点故障错误!未定义书签。三、伺服系统常见故障的诊断及处理方法错谀!未定义书签。3.1 机床不能返回基准点错误!未定义书签。3.2 机床在返回基准点时发出超程警报错误!未定义书签。3.3 伺服系统中位置检测装置伺服系统参数的故障处理错误!未定义书签。四、伺服系统故障诊断及处理技术的发展错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。摘要随着科技与工业的发展.金属制造业龙括度的要求越来越高,而数控机床作为现代金国加工的主要工具,

3、在工厂环境下里够长期稳定的总精度加工就变得尤为季要，工厂加工环境亘杂多娈等一系列的不利因素使得设备精度很难糅持稳定,而其中一大部分精度问题可以通过伺股控制来改善。目前.防若我国经济快速发展.为提升我国的综合竞争力,数控技术研究也进入了快速发展的阶段.何时.也面临若技术创新能力及市场占有率有待提高等一系列的挑源本文结合歙控技术的国内外发雇现状及相关发展趋势研究.以及对国内外颗控系统种类及特点分析,通过多种检冽手段,针对数控机床内股参题的优选与实效分析,实现加工精度的改善,具体完成了如下任务：叙述了国内外散控机床的发展历史和数控系统的种类特点以及数控技术的发展趋势。对数控机床伺服控制系琉技术进行研

4、究。通过对数控机床数字控制系统（CNC）的瑛件组成以及注制单元这行研究,将典型伺服电机控制模型和数控机床进给系统想结合.数日机床控制中的技术难点与解决方法。针对数控机床在使用过程中.容易对产品汨工精度造成影响的咫行、振动及振纹、圆度差等难题做出分析.并提出了通过调整驱动器输出扭矩及相关参数等解决方法,对激控机床同眼系统控制技术进行研究和分析。现将我在使用数控机床过程中运常遇到的i给伺服系统故障的分析和排除方法写于此，希望本文能为我国敬控技术的推厂应用有所拶助。关键词：数匹机床；控制系统；故障分析；闭环伺服系统一、数控机床伺服系统的组成和作用1.1 机床电气控制技术的发展概况传统机床电气控制是继

5、电器接触式控制系统，由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，实现对机床的启动、停车、有极谓速等控制。继电器接触式控制系统的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强、价格低，因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前,在我国继电器接触式控制仍然是机床和其他机械设备最基本的电气性制形式之一。为解决占机械总加工星80%左右的单件和小批量生产的自动化难题,50年代出现了数控机床。它综合应用了电子、计算机、检测、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就,它是典型的机电一体化产品。数控机床经过40年来的发展,品种日益增多，性能不断完善,其以轮廓控制的数控机床和带有自动换刀装置和工作台能自动转位的数控加工中

6、心发展更为迅速。数控机床由控制介质、数控装黄、同服系统和机床本体等部分组成,其中同服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之-O1.2 伺服系统在数控加工中的作用及组成在自动控制系统中,把输出量能以一定准确度跟精输入量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位造和速度作为控制量的自动控制系统,又称为随动系统。伺服系统由伺服驱动装置和驱动元件(或称执行元件伺服电机)组成.高性能的伺服系统还有检测装苴.反馈实际的输出状态。数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装署的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动,并保证动作的快速和准确,这就要求高

7、质量的速度和位置伺服。以上指的主要是进给同服控制，另外还有对主运动的伺服控制，不过控制要求不如前者高。敬控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于同服系统。指令林冲躯动电路-*执行元件一机床图1.1.伺服电机控制原理图1.3伺服系统的基本要求和特点131伺服系统基本要求(I)稳定性好：稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态。(2)精度高：同服系统的精度是指输出呈挖浪随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床,要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高，允许的信差一般都在0.010.001mm之间O(3H央速响应性好：快速响应性是伺服系统动态品质

8、的标志之一,即要求跟踪指令信号的响应要快,一方面要求过渡过程时间短,一般在2(X)n以内,甚至小于几十亳秒；另一方面.为满足超调要求,要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大。132伺服系统的主要特点(I)精确的检测装苦：以组成速度和位置闭环控制。(2)有多种反馈比较原理与方法:根据检测装告实现信息反馈的原理不同.伺服系统反馈比较的方法也不相同。目前常用的有脉冲比较、相位比较和偏值比较3种。(3)高性能的伺服电动机(简称伺服电机)：用于高效和复杂型面加工的数控机床，伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大.以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够

9、大的输出力矩且运转平稳,以便在与机械运动部分连接中尽呈减少中间环节。(4)宽调速范围的速度调节系统,即速度同服系统：从系统的控制结构看,数控机床的位告闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统,具内部的实际工作过程是把位管控制输入转换成相应的速度给定信号后，再通过调速系统驱动同服电机，实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。133伺服系统的分类伺服系统按具驱动元件划分,有步进式伺服系统，直流电动机(尚称直流电机)伺服系统、交流电动机(附称交流电机)伺服系统。按控制方式划分,有开环伺服系统、闭环同服系统和半闭环伺服系统等.

10、实际上数控系统也分成开环、闭环和半闭环3种类型，就是与伺服系统这3种方式相关。I.开环系统图I是开环系统构成图.它主要由驱动电路,执行元件和机床3大部分组成。常用的执行元件是步进电机,通常称以步进电机作为执行元件的开环系统为步进式伺服系统.在这种系统中,如果是大功率驱动时,用步进电机作为执行元件。驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动执行元件所需的信号。2.闭环系统闭环系统主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成O其沟成框图如图2所示。在闭环系统中,检测元件将机床移动部件的实际位置检测出来并转换成电信号反饿给比较环节。常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅和编

11、码盘等。通常把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统；把安装在工作台上的检测元件组成的伺服系统称为闭环系统。由于丝杠和工作台之间传动误差的存在，半闭环伺服系统的精度要比闭环伺服系统的精度低一些。图1.2伺服系统闭环系统比较环节的作用是将指令侑号和反馈信号进行比较.两者的差值作为伺服系统的跟随误差,经驱动电路,控制执行元件带动工作台继续移动,直到跟随误差为零,根据进入比较环节信号的形式以及反馈检测方式，闭环（半闭环）系统可分为脉冲伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统3种二、数控机床伺服系统常见故障2.1 故障的表现形式一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息;二是迸给伺

12、服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障;三是运动不正常,但无任何报警。机床的操作及维修人员可以根据报警信息以及该机床进给同服系统的工作原理查找原因,排除故障。2.2 各类故障的排除方法在数控机床运行中进给伺服系统常出现故障有：超程.过载.窜动.爬行.振动.伺服电机不转.位置误差.漂移.回基准点故障等。下面我们逐一叙述这些故障的成因。2.2.1超程超程是机床厂家为机床设定的保护措施.一般有软件超程、硬件超程和急停保护三种,不同机床所采用的措施会有所区别。硬件超程为防止在回零之前手动误搽作而设S.急停是最后一道防线.当硬件超程限位保护失败时它会起到保护作用，软件限位在建立机床坐标系后（机床

13、回零后）生效，软件限位设置在硬件限位之内。超程的具体恢至方法.不酉的系统有所区别,根据机床的说明书即可排除。2.2.2 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润滑状态和过载检测电路不良时,都会引起过截报警。一般会在CRT上显示伺服电机过戟、过热或过流的报警,或电气柜的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过流信息。2.2.3 宙动在进给时出现窜动现象.即在切削过程中,进给谜度应均匀时.突然出现加速现象。产生的原因可能有：测速信号不稳定,如测速装爸、测速反馈信号干扰等;速度控制信号不稳定或受到干扰：接线端子接触不良,如噱丝松动等。当窜动发生在由正向运动向反向运动转换的眦

14、间时,一般是由进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。排除方法是逐一检声上述可能故障点，找到故障确定原因加以排除即可。2.2.4 爬行发生在起动加速段或低速进给时,虽然进给电机和丝杆是匀速旋转的.工作台却有可能是一快一慢或一跳一停地运动,这种现象叫做“爬行”现象。一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低以及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是.同服电机和滚珠丝杠连接用的联轴器,如连接松动或联轴器本身有缺陷,如裂纹等，造成滚珠丝杠转动和伺服电机的转动不同步，从而使退给运动忽快忽慢，产生偎行现象。2.2.5 振动当发现某一进给轴振动时,首先要分析机床振动周期是否与进给速度有关。如

15、与进给速度有关,振动一般与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关;若与进给速度无关.振动一般与位道坏增益太高或位连反馈故障有关:如振动在加减速过程中产生。往往是系统加减时间设定过小所致。根据上述原因，定位和排除故障。2.2.6 伺服电机不转数控系统至进给单元除了速度控制信号外,还有使电控制信号.使能信号是进给动作的前提,可参考具体系统的信号连接说明书。检查便能信号是否接通,通过P1.C梯形图,分析轴使能的条件：检查数控系统是否发出速度控制信号;对带有电磁制动的伺服电动机应检查电磁制动是否释放:检查进给单元故降:检查同服电机故障C2.2.7位置误差超差当伺服运动超过允许的误差范圉时,数控系统就会

16、产生位置误差过大报警,包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要原因：系统设定的允差范围过小：伺服系统增益设置不当;位苦检测装爸有污染;退给传动链累积误差过大;主轴箱垂直运动时平衡装置不稳。2.2.8漂移当指令为零时，坐标轴仍在移动，从而造成误差通过漂移补偿或驱动单元上的零速调整来消除。基准点是机床在停止加工或交换刀具时.机床坐标轴移动到一个预先指定的准确的位置,机床返回基准点是数控机床启动后首先必须进行的操作,然后机床才能转入正常工作。机床不正确返回基准点是数控机床常见的故障之一。机床返回基准点的方式随机床所配用的数控系统不同而异，但多数采用栅格方式（用脉冲编码器作位置检测元件的机床）或磁性接近开关