数控进给故障与排除(7)

常 驱动器有故障 用更换法，判断驱动器是否有故更换驱动器 障

8. 窜动 在进给时出现窜动现象，其可能原因及排除见表4-24。 表4-24：进给过程中窜动的可能原因和排除综述 可能原因 位置反馈信号不稳定 位置控制信号不稳定 检查步骤 测量反馈信号是否均匀与稳定 排除措施 确保反馈信号正常、稳定 在驱动电动机端测量位置控制信号确保位置控制信号正常稳定 是否稳定 做好屏蔽处理 紧固好螺钉，同时检查其接线是否正常 检查紧固的螺钉是否松动等 位置控制信号受到干扰 测试其位置控制信号是否有噪声 接线端子接触不良 如果窜动发生在正、反向机械传动系统不良，如反向间隙过大 进行机械的调整，排除机械故运动的瞬间 障 伺服系统增益过大 依参数说明书，正确设置参数

9. 发生在起动加速段或低速进给时的爬行 一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动或伺服的转动不同步，从而使进给忽快忽慢，产生爬行现象。其可能原因及排除见表4-25。 表4-25 爬行现象的可能原因及排除综述 可能原因 检查步骤 排除措施 进给传动链的润滑状态不听工作时的声音，观察工作状态 做好机床的润滑，确保润滑的电良 动机工作正常并且润滑油足够 伺服系统增益过低 外加负载过大 检查伺服的增益参数 校核工作负载是否过大 依参数说明书正确设置相应参数 改善切削条件，重新考虑切削负载 更换联轴器 联轴器的机械传动有故障 可目测联轴器的外形 10. 伺服电动机不转 数控系统至进给驱动单元除了速度与位置控制信号外，还会有控制信号，也叫使能信号或伺服允许信号，一般为DC+24V继电器线圈电压。造成伺服电动机不转的可能原因及排除见表4-26。 表4-26：伺服电动机不转的故障综述 可能原因 检查步骤 排除措施 速度、位置控制信号未输测量数控装置的指令输出端子的信号是否确保控制信号已正常出 正常 输出 使能信号是否接通 通过CRT观察I/O状态，分析机床 PLC梯确保使能的条件都能形图（或流程图），以确定进给轴的启动条具备，并且使能正常 件，如润滑、冷却等是否满足。 如果伺服电动机本身带有制动电磁阀，应检确保制动电磁阀能正26

制动电磁阀是否释放

查阀是否释放，确认是因为控制信号没到位常工作 或是电磁阀有故障 进给驱动单元故障 伺服电动机故障 用交换法，可判断出相应单元是否有故障 更换伺服驱动单元 更换伺服电动机 例一台配套某系统的进口立式加工中心，在加工过程中发现某轴不能正常移动。

分析与处理过程：通过机床电器原理图分析，该机床采用的是HSV-16型交流伺服驱动。 现场分析、观察机床动作，发现运行程序后，测量其输出的速度信号和位置控制信号均正常。在观察PLC状态，发现伺服允许信号没有输入。 依次排查，

“刀库给定值转换/定位控制”板原理图逐级测量，最终发现该板上的模拟开关（型号DG201）已损坏，更换同型号备件后，机床恢复正常工作。

11. 定位超调 也叫位置“过冲”现象。其可能原因及排除措施见表4-27。 表4-27：位置“过冲”故障综述 可能原因 加减速时间设定不当 检查步骤 排除措施 依次检查数控装置或伺服驱动器上依照参数说明书，正确设置个位置环比例增益设置不的这几个参数的设置是否与说明书参数 要求相同 当 速度环比例增益设置不当 速度环积分时间设置不当

12. 回参考点故障。 回参考点故障一般分为找不到参考点和找不准参考点两类，前一类故障一般是回参考点减速开关产生的信号或零位脉冲信号失效，可以通过检查脉冲编码器零标志位或光栅尺零标志位是否有故障。后一类故障时参考点开关档块位置设置不当引起的，需要重新调整档块位置。可能原因见表4-28。 表4-28：回参考点故障综述 可能原因 检查步骤 排除措施 回参考点减速开关产生的信号可以通过PLC观察相应点数确保信号正常 或零位脉冲信号失效。 是否有输入 脉冲编码器或光栅尺硬件有故检验其是否有输出信号 障 更换反馈装置 参考点开关档块位置设置不当 通过目测观察，挡块是否合理 合理设置调整挡块

13. 开机后电动机产生尖叫（高频振荡），往往是CNC中与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的。排除措施是，重新按参数说明书设置好相关参数。

例：某进口立式加工中心，在用户更换了SIEMENS 611A双轴模块后，开机X、Y出现尖叫声，系统与驱动器均无故障。 分析与处理过程：SIEMENS 611A驱动器开机时出现尖叫声的情况，在机床首次调试时经常遇到，主要原因是驱动器与实际进给系统的匹配未达到最佳值而引起的。 对于这类故障，通常只要通过驱动器的速度环增益与积分时间的调解即可进行消除，具体方法为：

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1) 根据驱动模块及规格，对驱动器的调解器板的S2进行正确的电流调解器设定。 2) 将速度调解器的积分时间Tn调解电位器（在驱动器正面），逆时针调制极限（Tn≈39ms）。

3) 将速度调节器的比例Kp调节电位器（在驱动器正面），调整至中间位置（Kp≈7～10） 4) 在以上调整后，即可以消除伺服的尖叫声，但此时动态性较差，还须进行下一步调整。

5) 顺时针慢慢旋转积分时间Tn调节电位器，减小积分时间，直到电动 机出现振荡声。 6) 逆时针稍稍旋转积分时间Tn调解电位器，使震荡声恰好消除。 7) 保留以上位置，并做好记录。

本机床经以上调整后，尖叫声即消除，机床恢复正常工作。

14. 加工工件尺寸出现无规律变化，其可能原因与排除见表4-29。 表4-29：加工工件尺寸出现无规律变故障综述 可能原因 干扰 弹性联轴器未能锁紧 检查步骤 首先应排除干扰的措施 排除措施 做好屏蔽及接地的处理 锁紧弹性联轴器 机械传动系统的安装、连接与精例如，机床的反向间隙过大，调整机床，或进行反向间隙补度不良 检查相应的机床传动精度值 偿与螺距温差补偿 伺服进给系统参数的设定与调整检查伺服参数 不当 正确设置参数 例：配套某系统的数控车床，在工作过程中，发现加工工件的X向尺寸出现无规律的变化。 分析与处理过程：数控机床的加工尺寸不稳定通常与机械传动系统的安装、连接与精度，以及伺服进给系统的设定与调整有关。在本机床上利用百分表仔细测量X轴的定位精度，发现丝杠每移动一个螺距，X向的实际尺寸总是要增加几十微米，而且此误差不断积累。 根据以上现象分析，故障原因似乎与系统的“齿轮比”、参数计数器容量、编码器脉冲数等参数的设定有关，但经检查，以上参数的设定均正确无误，排除了参数设定不当引起故障的原因。

为了进一步判定故障部位，维修时拆下X轴伺服，并在轴端通过划线做上标记，利用手动增量进给方式移动X轴，检查发现X轴每次增量移动一个螺距时，轴转动均大于360°。同时，在以上检测过程中发现伺服每次转动到某一固定的角度上时，均出现“突跳”现象，且在五“突跳”区域，运动距离与轴转过的角度基本相符（无法精确测量，依靠观察确定）。 根据以上实验可以判定故障是由于X轴的位置监测系统不良引起的，考虑到“突跳”仅在某一固定的角度产生，且在无“突跳”区域，运动距离与轴转过的角度基本相符。因此，可以进一步确认故障与测量系统的电缆连接、系统的接口电路无关，原因是编码器本身的不良。 通过更换编码器试验，确认故障时由于编码器不良引起的，更换编码器后，机床恢复正常。

15. 伺服电动机开机后即自动旋转。造成此故障的可能原因及排除见表4-30。 表4-30：伺服电动机开机后即自动旋转故障综述 可能原因 干扰 位置反馈的极性错误 检查步骤 首先应排除干扰的措施 用万用表测量反馈端子 排除措施 做好屏蔽及接地的处理 正确连接反馈线 加工之前，确保无外力使机床发生移动 由于外力使坐标轴产生了位置偏 移 28

驱动器、测速发电动机、伺服电检查相应的位置反馈信号 动机或系统位置测量回路不良 电动机故障 驱动器故障 确保信号正常 用交换法依次检查电动机和更换好的电动机 驱动器是否有故障 更换好的驱动器 例：一台配套SIEMENS 某系列的交流伺服驱动系统的卧式加工中心，在开机调试时，出现

手动按下刀库回转按钮后，刀库即高速旋转，导致机床报警。 分析与处理过程：根据故障现象，可以初步确定故障是由于刀库交流驱动器反馈信号不正确或反馈线脱落引起的速度环正反馈或开环。测量确认该伺服反馈线已连接，但极性不正确；交换测速反馈极性后，刀库动作恢复正常。

4.5.2 各种进给伺服驱动维修实例 例1：（小范围移动正常、大范围移动出现剧烈振动的故障维修）

故障现象：配置某系统的数控车床后，开机后，只要Z轴一移动，就出现剧烈震荡，CNC无报警，机床无法正常工作。

分析与处理过程：经仔细观察、检查、发现该机床的Z轴在小范围（约2.5mm以内）移动时，工作正常，运动平稳无振动；但一旦超过以上范围，机床即发生激烈振动。 根据这一现象分析，系统的位置控制部分以及伺服驱动器本身应无故障，初步判定故障在位置检测器件，即脉冲编码器上。 考虑到机床为半闭环结构，维修时通过更换进行了确认，判定故障原因是由于脉冲编码器的不良引起的。

为了深入了解引起故障的根本原因，维修时作了一下分析与试验：

1) 在伺服驱动器主回路断电的情况下，手动转动轴，检查系统显示，发现无论正转、反转，系统显示器上都能够正确显示实际位置值，表明位置编码器的A、B、-A、-B信号输出正确。

2) 由于本机床Z轴丝杠螺距为5mm，只要Z轴移动2mm左右即发生移动，因此，故障原因可能与转子的实际位置有关，即脉冲编码器的转子位置检测信号C1、C2、C4、C8信号存在不良。

根据以上分析，考虑到Z轴可以正常移动2.5mm左右，相当于实际转动180°，因此，进一步判定故障的部位是转子位置检测信号中的C8存在不良。

按照上例同样的方法，取下脉冲编码器后，根据编码器的连接要求（见下表4-31），在引脚N/T、J/K上加入DC5V后，旋转编码器轴，利用万用表测量C1、C2、C4、C8，发现C8的状态无变化，确认了编码器的转子位置检测信号C8存在故障。 表4-31：

引脚 A 信号 A B B C D E F G H J/K L M N/T P R S C1 -A -B Z -Z 屏蔽 +5V C4 C8 0V C2 0H1 0H2 进一步检查发现，编码器内部的C8输出驱动集成电路已经损坏；更换集成电路后，重新安装编码器，并按上例同样的方法调整能够转子角度后，机床恢复正常。

例2：配套某系统的数控车床，在工件运行中，被加工零件的Z轴尺寸逐渐变小，而且每次的变化量与机床的切削力有关，当切削力增加时，变化量也会随之变大。 分析与处理过程：根据故障现象分析，产生故障的原因应在伺服与滚珠丝杠之间的机械连接上。由于本机床采用的是联轴器直接连接的结构形式，当伺服与滚珠丝杠之间的弹性联轴器

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未能缩紧时，丝杠与之间将产生相对滑移，造成Z轴进给尺寸逐渐变小。

解决联轴器不能正常缩紧的方法是压紧锥形套，增加摩擦力。如果联轴器与丝杠、之间配合不良，依靠联轴器本身的缩紧螺钉无法保证锁紧时，通常的解决方法是将每组锥形弹性套种的其中一个开一条0.5mm左右的缝，以增加锥形弹性套的收缩量，这样可以解决联轴器与丝杠、之间配合不良引起的松动。

例4：实际移动量与理论值不符的故障维修

故障现象：某数控车床，用户在加工过程中，发现X、Z轴的实际移动尺寸与理论值不符。 分析与处理过程：由于本机床X、Z轴工作正常，故障仅是移动的实际值与理论值不符，因此可以判定机床系统、驱动器等部件均无故障，引起问题的原因在于机械传动系统参数与控制系统的参数匹配不当。

机械传动系统与控制系统匹配的参数在不同的系统中有所不同，通常有电子齿轮比、指令倍乘系数、检测被乘系数、编码器脉冲数、丝杠螺距等。以上参数必须统一设定，才能保证系统的指令值与实际移动之相符。

在本机床中，通过检查系统设定参数发现，X、Z轴伺服的编码器脉冲数与系统设定不一致。在机床上，X、Z轴的的型号相同，但内装式编码器分别为每转2000脉冲与2500脉冲，而系统的设定值正好与此相反。

据了解，故障原因是用户在进行机床大修时，曾经拆下X、Z轴伺服进行清理，但安装时未注意到编码器的区别，从而引起了以上问题。对X、Z进行交换后，机床恢复正常工作。

例5：测量系统故障的维修

故障现象：某卧式加工中心，当X轴运动到某一位置时，液压自动断开，且出现报警提示：Y轴测量系统故障。断电再通电，机床可以恢复正常工作，但X轴运动到某一位置附近，均可能出现同一故障。

分析与处理过程：该机床为进口卧式加工中心，配套SIEMENS 6RA系列直流伺服驱动。由于X轴移动时出现Y轴报警，为了验证系统的正确性，拔下了X轴测量反馈电缆试验，系统出现X轴测量系统故障报警，因此，可以排除系统误报警的原因。

检查X轴在出现报警的位置及附近，发现它对Y轴测量系统（光栅）并无干涉与影响，且仅移动Y轴亦无报警，Y轴工作正常。再检查Y轴电缆插头，光栅读数头和光栅尺状况，均未发现异常现象。

考虑到该设备属大型加工中心，电缆较多，电柜与机床之间的电缆长度较长，且所有电缆均固定在电缆架上，随机床来回移动。根据上述分析，初步判断由于电缆的弯曲，导致局部断线的可能性较大。

维修时有意将X轴运动到出现故障点位置，人为移动电缆线，仔细测量Y轴上每一根反馈信号线的连接情况，最终发现其中一根信号线在电缆不断移动的过程中，偶尔出现开路现象；利用电缆内的备用线替代断线后，机床恢复正常。

例6：驱动器未准备好的故障维修

故障现象：一台配套SIEMENS 6RA26**系列直流伺服驱动系统的卧式加工中心，在加工过程中突然停机，开机后面板上的“驱动故障”指示灯亮，机床无法正常起动。

分析与处理过程：根据面板上的“驱动故障”指示灯亮的现象，结合机床电器原理图与系统PLC程序分析，确认机床的故障原因为Y轴驱动器未准备好。

检查电柜内驱动器，测量6RA26**驱动器主电路电源输入，只有V向有电压，进一步按机床电器原理图对照检查，发现6RA26**驱动器进线快速熔断器的U、W相熔断。用万用表

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