数控进给故障与排除(2)

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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