数控机床进给伺服系统的故障诊断毕业设计.pdf

1目目录录摘要.21前言.32数控机床伺服系统的概念、工作原理及组成.42.1数控机床伺服系统的概念.42.2伺服系统的工作原理.42.3伺服系统的组成.52.4 进给伺服系统的设计.62.5 进给伺服系统的分析.72.5.1 数控机床进给驱动性能.82.5.2 进给伺服系统的性能分析.113 数控机床进给伺服系统常见故障诊断与维护方法.163.1进给伺服系统的构成与原理.173.2 进给伺服系统常见故障.153.3.1 超程.163.3.2 过载.163.3.3 爬行.163.3.4 震动.163.3.5 位置误差超差.163.3.6 漂移.163.3.7 伺服电机不转.173.3 进给伺服系统的故障仿真与分析.184 R560 数控加工中心 MITSUBISHI 60S 系统的进给伺服系统的维修方案.195 CAK4085di 数控车床伺服系统 FANUC OTD 系统的维修方案.206 数控机床的日常维护保养及注意事项.21参考资料.222摘要故障诊断是一门综合性技术,它涉及现代控制理论、信号处理与模式识别、计算机科学、人工智能、电子技术、统计数学等学科。微电子技术和计算机技术日新月异的发展使得现代制造系统日趋复杂,这就对制造业中的重要加工设备一数控机床故障诊断的要求也越来越高,而数控机床进给伺服系统是数控机床重要的组成部分,所以研究数控机床进给伺服系统故障诊断有着重要的意义。本文设计的内容为数控机床维修的条件、机床故障诊断与排除分析的方法以及机床的保养和典型机床的故障维修，在陈老师的耐心指导下，为我们介绍了数控机床的原理与应用，并且讲解了数控机床的维修方法与注意事项以及实际工作的方法和如何解决的问题，从而使我们的毕业设计圆满成功，这次毕业设计是我受益匪浅。数控机床的伺服系统是连接数控系统(CNC)数控机床主体的关键部分,其性能直接关系到数控机床执行件的静态和动态特性、工作精度、负载能力、响应快慢及负载能力。关键词：故障诊断数控机床进给伺服系统3数控机床进给伺服系统的故障诊断与维护数控机床进给伺服系统的故障诊断与维护1前言故障诊断,全称是状态监测与故障诊断,最早用于机械设备的故障诊断川。故障诊断的历史源远流长,早期当设备比较简单时,人们通常利用个人经验,依靠感官,借助简单工具进行工况监视和故障诊断,这是传统的故障诊断随着工业进程的不断推进、科学技术的不断发展,机械设备越来越复杂,主要体现在设备的自动化程度高、智能化水平高以及通信手段先进等方面,此时设备故障所表现出来的系统的非线性、高噪声干扰以及复杂的故障信息结构等都为故障诊断带来较大的困难。因此,故障诊断的重要性日益突出,并越来越受到人们的重视。在人类科技发展的历史长河中,由于设备的零部件发生故障或失效而导致严重后果的案子有很多，所以故障诊断真的很重要。42.数控机床伺服系统的概念，工作原理及组成2.12.1 伺服系统的概念伺服系统的概念伺服系统的概念数控机床伺服系统是以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统,又称随动系统、伺服系统或拖动系统。它是数控装置和机床机械传动部件的连接环节,是数控机床的重要组成部分,也是关键部件,包含机械传动、电气驱动、检测、自动控制等方面的内容,故称之为数控机床三大组成部分之一。一般来说,数控机床伺服系统指的是进给伺服系统,它接受来自插补装置或插补软件生成的进给脉冲指令,经过一定的信号变换及电压、功率放大,将其精确转化为机床工作台相对于切削刀具运动,直接反映机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。当要求机床有螺纹加工、准停和恒线速加工等功能时,就对主轴提出了相应的位置控制要求,此时主轴驱动控制系统可称为主轴伺服系统。2.22.2 伺服系统的工作原理伺服系统的工作原理机械传动部件、驱动单元、执行元件和检测反馈等环节组成了数控机床的伺服系统。服驱动系统由驱动控制单元和驱动元件组成,机械传动系统由机械传动部件和执行元件组成,检测装置由检测元件和反馈电路组成,其原理图如图 1 所示。伺服系统是一个反馈控制系统,以指令脉冲为输入给定值与反馈脉冲进行比较,利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节,以消除偏差,使被调量跟踪给定值。所以伺服系统的运动来源于偏差信号,必须具有负反馈回路,始终处于过渡过程状态。伺服系统必须有一个不断输入能量的能源,外加负载可视为系统的扰动输入。图图 1 1 伺服闭环控制系统原理图伺服闭环控制系统原理图52.32.3 伺服系统的组成伺服系统的组成数控机床进给伺服系统主要由两个部分构成一是伺服驱动控制系统,二是机械传动机构。机械进给传动机构一般由滚珠丝杠、减速齿轮、机床导轨和工作台拖板等组成,对于伺服驱动控制系统,按其反馈信号可分为开环、半闭环和全闭环三种控制方式。对于开环伺服系统一般由步进电动机驱动,它由步进电动机驱动器与步进电动机组成。闭环伺服系统则分为直流电动机和交流电动机两种驱动方式,并且均为双闭环系统,内环是速度环,外环是位置环。速度环中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件,它由减速调节器、电流调节器及功率驱动放大器等部分组成。位置环由数控系统装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。根据其位置检测信号所取部位的不同,闭环伺服系统又可分为半闭环与全闭环两种,如图所示。电流环电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数,其反馈信号一般在伺服系统内连接完成,因此不需接线与调整。速度环速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分调节器,其、调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统导轨、传动机构的传动刚度与传动间隙等机械特性,一旦这些特性发生明显变化时,首先需要对机械传动系统进行修复工作,然后重新调整速度环调节器。图图 2 2 闭环伺服系统闭环伺服系统6位置环位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环路。位置环将影响坐标轴的位置精度及工作精度。其中有两方面的工作,一是位置测量元件的精度与数控系统脉冲当量的匹配问题,测量元件单位移动距离发出的脉冲数目经过外部倍频电路和或数控系统内部倍频系数的倍频后,要与数控系统规定的分辨率相符。二是位置环增益系数正确设定与调节。前馈控制环与位置反馈相反,它是将指令值取出部分预加到后向的调节电路,其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。要注意的是,前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。2.42.4 数控机床进给伺服系统的设计数控机床进给伺服系统的设计1传动系统总体设计用于数控机床的伺服机构有开环、半闭环、闭环和混合伺服几种方式。开环系统主要多用在经济型数控系统或老设备的数控改造;混合伺服方式只有在大型机床中使用。在半闭环方式中,机床定位精度很大程度取决于滚珠丝杠的精度,通过选用高精度的滚珠丝杠,辅以螺距误差补偿等措施,半闭环完全可以满足普通精度级的加工中心的定位精度的要标。对定位精度特别高的加工中心来说,由于螺距误差补偿受丝杠温度变化的影响和反向间隙补偿受工件重量变化的影响,半闭环方式已不能满足其精度要求。这时则要求考虑采用全闭环的方式进行伺服系统的设计,但其设计和调整技术难度较大,只有在大型、精密数控机床中采用。2滚珠丝杠副的选择与计算，滚珠丝杠副尺寸规格的确定丝杠导程计算:丝杠导程的选择一般根据设计目标快速进给的最高速度为 vmax、伺服电机的最高设定转速 nmax及电机与丝杠的传动比 i 来确定,基本丝杠导程应满足下式:Pvmaxi nmax 根据系统的精度要求,进而确定数控机床的脉冲平均值及伺服电机每转发出的脉冲数为 b=Ph i,从而为编码器提供选择依据。精度选择:滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度,在滚珠丝杠精度参数中,导程误差对机床定位精度影响最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意300mm行程变动量V300P应小于目标设定位的定位精度值的1/3 1/2,并在最后精度验算中最终确定。滚珠丝杠尺寸规格确定:滚珠丝杠副设计时一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠副的尺寸规格,同时作必要的压杆稳定性校核、临界转速校核、7刚度校核、转动惯量校核。对闭环系统,还须核算其谐振频率。额定动载荷是指一批相同规格的滚珠丝杠经过运转一百万次后,90%的丝杠副(螺纹表面或滚珠)不产生疲劳剥伤(点蚀)时的轴向载荷。在实际运用中额定动载荷值可按下式计算 C=fhfdfHfnPd 式中,fh为寿命系数,按滚珠丝杠预期寿命选取;fd为载荷性质系数,按工作载荷性质选取;fh为动载荷硬度影响系数,按滚珠及滚道表面硬度选取;fh 为转速系数,按丝杠平均转速nd 选取;Pd 为平均轴向载荷。在计算出额定动载荷后,就可按额定动荷从样本中选取滚珠丝杠的公称直径和型号,并进而计算其预紧力和行程补偿值。丝杠安装方式的选择还包括丝杠支承方式确定和丝杠专用轴承的选择,滚珠丝杠不同的支承方式对丝杠的刚度、回转精度,临界转速有很大的影响,一般根据丝杠的长度、回转精度、刚度要求及转速选择不同的安装方式。3丝杠的校核计算，压杆稳定性校核:轴向固定的长丝杠在承受压缩负载时,应校核其压杆稳定性,临界压缩负载可按下式进行校核计算。Fcr=f12EIL20K1 Fmax 式中,E 为丝杠材料的弹性模量;I 为最小惯性截面矩;L0 为最大受压长度(m);K1 为安全系数,可取 K1=1/3;Fmax 为最大轴向载荷(N);f1 为丝杠支承方式系数,根据丝杠安装方式选择。丝杠临界转速校核:长丝杠在高速条件下工作,为防止弯曲共振,应验算其临界转速 ncrncr=30f22 L2cEIAK2 nmax 式中,A 为丝杠最小截面积;Lc 为临界转速计算长度;为材料的密度;nmax 为最高工作转速;K2 为安全系数,可取 K2=0.8;f2为丝杠支承方式系数,根据支承方式选择。2.52.5 数控机床进给伺服系统的分析数控机床进给伺服系统的分析2.5.12.5.1 数控机床进给驱动伺服性能数控机床进给驱动伺服性能图图 3 3 直流电机驱动的进给系统数学模型直流电机驱动的进给系统数学模型注:Pr(S)一一输入信号 Nr(S)一一内部扰动信号 Tgr(S)一一外界干扰扭矩 X(S)一一8输出位移 k 一一位置放大器增益 k 一一速度放大器增益 R 一一电机电枢回路总电阻 L一一电机电枢回路总电感kd一一电机扭矩系数Jd一一电机转动惯量fd一一电机粘性阻尼系数 Ce 一一电机反电动势系数 Cn 一一速度反馈系数 i 一一电机至丝杠减速比 Ks 一一机械传动部件归算到丝杠上的刚度 J:一一机械传动部件归算到丝杠上的转功惯量 fs一一机械传动部件归算到丝杠上的粘性阻尼系数 kt 一一丝杠螺母传动比 Cx 一一位工反馈系数伺服精度的高低是用伺服误差的大小来衡量的。所谓伺服误差就是伺服系统在稳态时指令位置和实际位置之差,它反映了系统的稳态质量。最近 IL 年在分析伺服误差时出现了伺服刚度的概念。伺服刚度是指在干力作用下进给琢动系统抵抗位置偏差的能力,也就是伺服马达为消除这位置偏差而产生扭矩或力与位置偏差之比。但是这些文献在推导伺服刚度时所用的千扰力函数都是阶跃数,因而确切地说这个伺服刚度实际上是伺服静刚度。其实伺服系统在动态千扰力作用下存在着伺服动刚度的间题。另外,系统内部扰动对伺服误差的影响也应加以分析。为了求出伺服误差必须先求出系统分别在输入信号和内外扰动信号作用下产生的物出响应,然后根据线性系统的叠加原理将这些响应叠加起来求出实际位置,用指令位置减去实际位置,最后得到伺服误差。按照以上步骤求出的伺服误差如下。22211114312510621341122143125106213411211211212221122126111162264sinsinjGjGaaajaaaLJdJsktikkkjGaaajaaaJKsiKjKJdLKsRiJktjGtjGNNrLJdJsaktikkktjGgrFFgrJsJdLaiKsRktpraatsndrsnd9gFr 一一作用在工作台上的值定千扰力 gFr 尹 51。:t 一一作用在工作台上的周期干扰力Nr一一速度环给定中的国定内扰动Nr产sin。:t一一速度环给定中的周期内扰动(16)式中的第一项是由斜坡输入引起的,称为速度误差,第二项是由稳态干扰力引起的,称为伺服静刚度误差,由恒定内扰动信号引起的,扰差误。第三项是由动态干扰力引起的,称为伺服动刚度误差,称为静内扰误差,第五项是由周期内扰动信号引起的,第四项是称为动内下面分别对各项误差加以讨论。1.速度误差由斜坡输入信号产生的伺服误差称为速度误差,它由下式表达:CnikCkZCkkkdCefdRktiCkkkKvkdCefdRCkkfsRiCkkkdCefdRsCkkkdCefdRfsRiktiCkkkaaKvKvpraaprtxxXnndxxndnndnndnndxxndv,1224545（17）速度误差系数故：即速度误系差数 Kv 等于系统增益 zx2.伺服静刚度误差由稳态干扰力(如导轨的库伦摩擦力等)产生的伺服误差称为伺服静刚度误差,它由下式表达:RktickkkkiRktKLJJaKjKjFgrjxwnndSds226伺服静刚度（18）jK 是伺服系统表现在工作台上的直线刚度,若转换为电机轴上的伺服刚度则为radNmRktickkkktiKjKjdxvnd2（19）10应当注意,伺服静刚度与机械传动部件的动特性无关,它与结构静刚度是两个不同的概念。伺服静刚度和系统启动前坛益是从不同角度得出的两个概念,但它们在单脉冲能否启动和定位精度方面所起的作用应该是一致的。把(19)式的 Kdj 和(13)式的 29 加以比较,发现两者的数学表达式是一样的,所以这两个概念应该统一。3.伺服动刚度误差由动态干扰力(如铣削力的周期分量等)产生的伺服误差称为伺服动刚度误差。它的大小与干扰力的频率有关,由下式表达:式中32122432505234122JdKikJKJdLRKiJkaaajaaajKdjKdjFgrjdeSsf（20）Kd(wj)称为进给驱动系统的伺服动刚度。它是一个复数,既说明输出位移与干扰力幅值之比,又说明两者的相位差。在伺服误差中,主要关心输出位移的幅值,故可称Kd(wj)的模为伺服动刚度 Kd,即jKKdc（21）由(20)式可以看出，W=0 时的伺服动刚度即为伺服静刚度 Kj。伺服动刚度的倒数称为伺服动柔度,它的频率特性如图 8 所示。图 4 表明,伺服动案度比伺服静柔度大。它有一个峰值,这个峰值出现在机械传动部件的固有频率附近。因此,当外界干扰力的频率井立一子洲陈公(门 d 众少图 4 司服动柔度的频率牡接近机械传动部件的固有频率时,伺服动刚度误差很大。考虑到在轮廓控制的数控机上,切削力变化较大的脉动频率往往在20赫兹以下,所以机械传动部件的固有频率最好远大于 20 赫兹图图 4 4 伺服动案度伺服动案度与与伺服静柔度伺服静柔度的比较的比较112.5.22.5.2 进给伺服系统的性能分析进给伺服系统的性能分析在数控机床中,进给伺服系统接受计算机给出的位量指令,经过变换及放大后,驱动工作台移动。数控机床进给伺服系统的性能决定了机床的工作性能,要求定位精度高,速度调节快。为了保证机床的正常工作,对数控机床进给伺服系统性能及影响性能的因素进行分析。为了分析问题方便,在建立数控机床进给伺服系统的数学模型时,用集中分数代替分布分数,用定常参数代替时变分数,用等效的线性特性代替非线性特性,用单自由度力学系统代替多自由度力学系统,从工程和实用的角度出发,忽略次要因素的影响。1.伺服电动机的数学模型直流伺服电动机的等效电路如图 1 所示。若输入信号为电枢电压 UA,输出为电动机转角(t)。则构成的传递函数框图如图 5 所示。图图 5 5直流伺服电动机的等效电路直流伺服电动机的等效电路图图 6 6直流伺服电动机传递函数框图直流伺服电动机传递函数框图直流伺服电动机的等效传递函数为 MEMAAMAMMMEMAAMAMKMAMASMSASASASsAKKIRfLIRJTKKIRLJTKKfIRKKITITIKIUIIG1212LA 为电枢总电感,KM 为电动机电势常数,JM 为电动机轴上的转动惯量,fM 为电动机黏性阻尼系数,KM 为电动机的力矩系数。2.机械传动装置的数学模型图图 7 7机械传动装置的原理图机械传动装置的原理图图 7 为机械传动装置的原理图,将整个机械传动装置的刚度、惯量、阻尼折算到丝杠上。输入信号为电动机转角(t),输出信号为丝杠的输出转角s(t),其传递函数为:SSsSSSSSKIfJKII1式中:Js 为折算到丝杠轴上的总转动惯量;fs 为折算到丝杠上的黏性阻尼系数;i 为电动机轴到丝杠的传动比即丝杠转速与电动机转速之比;Ks 为折算到丝杠上的扭转刚度。设工作台的位移为 X(t),丝杠的导程为 Fs,则 SSSSIFIX14.32机械传动装置的传递函数 GJ(s)为13 SSnsssSnnSSSJJKKJfiFKnIsIKIIXIG200222014.322由此可见,机械传动系统是个固有频率为n,阻尼化为的二阶振荡环节。3.数控机床进给伺服系统的数学模型数控机床进给伺服系统的结构框图如图 8 所示。在进给伺服系统中,一般采用比例调节器(P)或比例积分调节器(PI),为分析问题方便,采用比例调节器;功率放大器通常是一个延迟环节,由于滞后时间很短,把它视为比例环节。因此,速度调节器和功率放大器合并为一个环节,用速度放大器表示。根据系统的工作原理,将数控机床进给伺服系统各环节的传递函数组合起来如图 9 所示。图图 8 8 进给伺服系统组成框图进给伺服系统组成框图图图 9 9 系统的函数传递框图系统的函数传递框图4.进给伺服系统的传递函数通过简化,求出数控机床伺服系统的传递函数为14式中 nMnnVAnAnMnnVAnnVAnnAPAAAASSSTTTTKKKTTTKKKTKKKTKKKKKKKISTSITSITSITSITKIRIXIG2221214232221210234455.进给伺服系统的性能分析数控机床进给伺服系统的性能主要从系统的稳定性、响应特性和稳态误差 3 个方面去衡量。(1)系统的稳定性稳定性是控制系统正常工作的必要条件,因此是最主要的特性,为了保证稳定性往往需要牺牲一些响应速度。系统动态特性的设计一般都是以稳定性要求为中心来进行的,若采用劳斯稳定判据,列出系统特征方程式的各项系数劳斯表,由于电动机电枢回路的电感量和电动机的反电动势很小,可忽略不计,即 LA=0,KB=0,因此系统的特征多项式为TMs4+(KAKvKn+2TMn+1)s3+2(KAKvKn+1)n+TM 2n2+(KAKvKn+1)2ns+KPKAK0K1KvKn 2n=0由此可见,影响系统稳定性的因素有位置调节增量 K1、速度反馈系数 Kv、位量反馈系数KP、机械传动装置的扭转刚度 Ks、惯量 Js、阻尼系数 fs、电动机的力矩系数为 KM、速度放大增量 Kn 和电枢回路总电阻。由劳斯判据分析可看出:增大 K1、Kn、KM、KP 对稳定性不利;提高 Ks、fs、Kv、KA 和降低 Js 对稳定性有利。153.数控机床进给伺服系统的故障诊断与维护3.3.1 1 进给伺服系统的构成和原理进给伺服系统的构成和原理构成数控机床的伺服系统一般由驱动单元、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行元件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。可参看下图：原理伺服系统是一个反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给定值与反馈脉冲进行比较，利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。进给伺服系统的任务是完成各坐标轴的位置和速度控制，在整个系统中它又分为：位置环、速度环、电流环。在数控机床运行中进给伺服系统出现故障有三种表现形式：一是在 CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是进给伺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伺服系统的工作原理查找原因，排除故障。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及排除方法。3.3.2 2 数控机床进给系统常见故障数控机床进给系统常见故障3.3.2 2.1.1超程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操作而设置，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（机床回零后）生效，软件限位设置在硬件限位之内。超程的具体恢复方法，不同的系统有所区别，根据机床的说明书即可排除。163.3.2 2.2.2过载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，都会引起过载报警。一般会在 CRT 上显示伺服电机过载、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。3.3.2 2.3.3爬行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，伺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，从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象。3.3.2 2.4.4震动震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，振动一般与位置环增益太高或位置反馈故障有关；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。3.3.2 2.5.5位置误差超差位置误差超差当伺服运动超过允许的误差范围时，数控系统就会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；位置检测装置有污染；进给传动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时平衡装置不稳。3.3.2 2.6.6 漂移漂移当指令为零时，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。3.3.2 2.7.7伺服电机不转伺服电机不转数控系统至进给单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，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。检查使能信号是否接通，通过 PLC 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；检查进给单元故障；检查伺服电机故障。目前，闭环或半闭环数控机床常用的伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机两种。直流伺服电机17伺服系统要定期对电刷、换向器、测速电机（速度检测装置）电刷进行检查。检查要在数控机床断电，电机完全冷却的状态下进行，步骤如下：1、取下橡胶刷帽，用螺丝刀拧下刷盖并取出电刷。2、测量电刷的长度，如 FANUC 直流电机的电刷由 10mm 磨损到 5mm 时，必须更换同型号的电刷。3、检查电刷的弧形接触面是否有深沟或裂痕，电刷弹簧上有无打火痕迹，如果有，进一步检查电机换向器表面，并分析造成这种情况的原因，比如是电机工作条件恶劣，还是电机本身封闭不良。4、用洁净的压缩空气导入电刷的刷孔，吹净粘在孔壁上的电刷粉末，如果难以吹净，可以用螺丝刀刀尖轻轻清理，注意不要碰到换向器的表面。5、重新装上电刷，拧紧刷盖。如果更换了新电刷，应使电机空运行一段时间，以使电刷表面和换向器表面相吻合。6、检查测速电机时应卸下电机后盖，露出测速电机。7、检查测速电机电刷长度、连接是否牢固，检查铜头的表面积碳是否严重，如果严重，可使电机在低速时，用金相砂纸清理铜头积碳，之后用螺丝刀刀尖或其他类似工具将铜头槽内的积碳清理掉。交流伺服电机不存在电刷的维护问题，所以称之为免维护电机。但这并不是说交流伺服电机绝对不出故障。交流伺服电机常见故障有接线故障,转子位置检测元件故障,电磁制动故障等。交流电机故障判断方法有：（1）、电阻测量：用万用表测量电枢的电阻，看三相之间电阻是否一致，用兆欧表检测绝缘状况。（2）、电机检查：先将机械装置（比如丝杆）与电机脱开，用手转动电机转子，正常时感觉有一定得均匀阻力，如果旋转过程中，出现不均匀的阻力，应更换电机进行确认。注意：1、在检查交流伺服电机时，对采用编码器识别电机旋转方向的，如连接部分无定位标记，则编码器不能随便拆离，以避免相位错位。对采用霍尔元件识别电机旋转方向的应注意开关的接线顺序，以免旋向辨别错误。2、日常生产中，不要敲击电机上安装检测元件的部位（一般在电机尾部），因为伺服电动机在定子中埋设热敏电阻，作为过热报警检测，出现报警时，应检查热敏电阻是否正常。183.3.3 3 进给伺服系统的故障仿真进给伺服系统的故障仿真定位超调的故障维修故障现象，在 X 轴定位时，发现 X 轴存在明显的位置“过冲”现象，最终定位位置正确，系统无报警。故障分析，机型：采用 SIEMENS810M 的龙门加工中心。理论原因分析：由于系统无报警，坐标轴定位正确，可以确认故障是由于伺服驱动器或系统调整不良引起的。故障诊断，X 轴位置“过冲”的实质是伺服进给系统存在超调。引起超调的原因有多种，如：加减速时间过长、速度环比例增益太低、速度环积分时间过长等等。通过检查，确认该机床是由于速度环比例增益过低和速度环积分时间过长引起的超调。图图 1010 速度环积分时间过长时系统阶跃响应速度环积分时间过长时系统阶跃响应故障仿真此故障是由于系统速度环 P-I 控制器中的比例环节比例增益过低、速度环积分时间过长引起的。根据以上故障现象，取速度环积分时间增大 5 倍后进行仿真，见图 10 所示。其中曲线 1 代表给定输入信号，曲线 2 为系统正常时位置输出信号，信号 3 为速度环积分时间过长时位置输出信号。由仿真结果可以看出，速度环积分时间过长时，会引起系统的过冲，从而造成定位超调。194.R560 加工中心 MITSUBISHI 60S 系统的进给伺服系统的维修方案故障现象一台型号为 R560 的钻铣数控加工中心，采用 MITSUBISHI 60S 系统(三菱系统)。该机床在正常工作过程中，系统突然停止工作，显示器出现“Z700001Y”和“S01P0018Y”报警。故障检查及分析“Z700001Y”报警表示 Y 轴伺服电动机绝对位置编码器无效，“S01P0018Y”报警表示 Y 轴伺服电动机绝对位置资料中的通信不能执行。通过这两条报警信息，可基定是 Y 轴伺服电动机绝对位置编码器原点位置发生异常所致。通过原理分析可知，造成原点位置异常的可能原因有:伺服电动机编码器的插头脱、伺服驱动装置损坏、数控系统(CNC)出现故障、伺服驱动器电池组失效、BUS LINK 连接线路故障，以及编码器本身出现故障等。通过对编码器插头、连接线路、数控系统、伺服驱动器电池组等进行检查，未发现异常。将另一台同型号机床的伺服驱动器模块装到故障机床上，显示出同样的报警信息。所以，引起此台数控机床故障的原因，基本可确定在编码器上。故障处理更换新的编码器，并对 Y 轴伺服电动机编码器进行绝对式伺服控制系统的原点设定后，故障消除。205.CAK4085di 数控车床伺服系统 FANUC OTD 系统的维修方案故障现象一台型号为 CAK4085di 的数控车床，采用 FANUC OTD 系统。该机床在正常加工过程中突然停机，同时显示器黑屏，按系统起动按钮无任何反应。故障检查及分析系统在工作中突然断电，同时显示器黑屏，无法重新起动系统。对这种故障现象，根据电气原理分析，应是 24 V 直流电源缺失。查 24 V 直流电源模块，发现有交流输入，无直流输出，初步判断是电源模块损坏造成此故障。更换电源模块系统重新起动，显示器亮一下后又黑屏。查电源模块，又损坏无输出。据此，判断该故障应是直流 24 V输出对地短路造成的。查电源板输出的各供电单元，发现供给 I/O 单元的直流 24 V 短路。进一步检查发现，I/O 单元内部直流 24 V 电源击穿短路，最终引起此故障。故障处理更换损坏的 I/O 板后，数控系统恢复正常。故障现象一台型号为 CAK4085di 的数控车床，采 用 FANUC OTD 系统。该机床数控系统通电后，屏幕显示正常，但在运行加工程序过程中，只要执行到换刀指令，数控系统就立即自动断电。3 2 故障分析与检查对数控系统进行检查，在自动断电后，发现电源模块上的红色报警灯亮。根据系统说明书对这个报警的解释，该灯亮表示电源模块输出有故障。该电源模块为数控系统及 PMC(可编程序机床控制器)的输入和输出提供电源。断电检查电源并没有发现问题，而此故障只是在系统换刀过程中出现，所以初步判断应是刀架发信盘电源短路或者是控制刀架电动机正反转的 PMC 输出负载有短路点。如果PMC 的输入或者输出回路有短路问题，马上就会使控制系统电源电压下降，数控系统检测到后，就会自动关机。根据机床控制原理图对刀架发信盘直流 24 V 电源线、刀位线及用于刀架正反转控制的 PMC 输出负载逐个进行检查，发现 PMC 一输出 Y2 1 控制的继电器续流二极管短路。故障处理将这个损坏的续流二极管更换后，机床恢复正常使用。216.数控机床的日常维护保养与注意事项(1)制订完善的数控系统日常维护的规章制度针对每台数控机床的具体性能和加工对象制定操作规程，建立工作与维修档案。根据数控机床各部件特点，建立日常维护保养计划，包括保养内容(如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水、气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等)及各功能部件和元器件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。(2)应尽量少开数控柜和强电柜的门在切削加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的印制线路或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。(3)定时清扫数控柜的散热通风系统应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过 55），造成过热报警或数控系统工作不可靠。(4)经常监视数控系统用的电网电压如果超出正常电压范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。(5)定期更换存储器用电池电池电压过低，系统往往有报警提示，根据提示要定期更换，否则电压过低会使信息丢失而影响系统运行。(6)数控系统长期不用时的维护要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠。实践证明，在空气湿度较大的地区经常通电是降低故障率的一个有效措施。数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。合理的日常维护措施，可以有效地预防和降低数控机床故障的发生。22参考资料1于春生.韩昊数控机床编程及应用.北京:高等教育出版社，1994.2丁吴祖.育编数控机床.上海：上海交通大学出版社，1990.3王侃夫.数控机床故障诊断及维护,机械工业出版社,2000.4 林其骏.机床数控系统,中国科学技术出版社,2001.5毕承恩.等现代数控机床,机械工业出版社,1999.6 廖效果.数字控制机床,华中理工大学出版社,1996.7罗永顺、吴运新、范美芳.数控机床故障预报与诊断系统机床与液压，2001.8 张朝晖、袁建美、蒋洪明、用于动态测试的信号分析方法石油大学学报自然科学版,2003.4.R560 加工中心 MITSUBISHI 60S 系统的进给伺服系统的维修方案故障现象一台型号为 R560 的钻铣数控加工中心，采用 MITSUBISHI 60S 系统(三菱系统)。该机床在正常工作过程中，系统突然停止工作，显示器出现“Z700001Y”和“S01P0018Y”报警。故障检查及分析“Z700001Y”报警表示 Y 轴伺服电动机绝对位置编码器无效，“S01P0018Y”报警表示 Y 轴伺服电动机绝对位置资料中的通信不能执行。通过这两条报警信息，可基定是 Y 轴伺服电动机绝对位置编码器原点位置发生异常所致。通过原理分析可知，造成原点位置异常的可能原因有:伺服电动机编码器的插头脱、伺服驱动装置损坏、数控系统(CNC)出现故障、伺服驱动器电池组失效、BUS LINK 连接线路故障，以及编码器本身出现故障等。通过对编码器插头、连接线路、数控系统、伺服驱动器电池组等进行检查，未发现异常。将另一台同型号机床的伺服驱动器模块装到故障机床上，显示出同样的报警信息。所以，引起此台数控机床故障的原因，基本可确定在编码器上。故障处理更换新的编码器，并对 Y 轴伺服电动机编码器进行绝对式伺服控制系统的原点设定后，故障消除。5.CAK4085di 数控车床伺服系统 FANUC OTD 系统的故障维修方案故障现象一台型号为 CAK4085di 的数控车床，采用 FANUC OTD 系统。该机床在正常加工过程中突然停机，同时显示器黑屏，按系统起动按钮无任何反应。故障检查及分析系统在工作中突然断电，同时显示器黑屏，无法重新起动系统。对这种故障现象，根据电气原理分析，应是 24 V 直流电源缺失。查 24 V 直流电源模块，发现有交流输入，无直流输出，初步判断是电源模块损坏造成此故障。更换电源模块系统重新起动，显示器亮一下后又黑屏。查电源模块，又损坏无输出。据此，判断该故障应是直流 24 V 输出对地短路造成的。查电源板输出的各供电单元，发现供给 I/O 单元的直流 24 V 短路。进一步检查发现，I/O 单元内部直流 24V 电源击穿短路，最终引起此故障。故障处理更换损坏的 I/O 板后，数控系统恢复正常。故障现象一台型号为 CAK4085di 的数控车床，采 用 FANUC OTD 系统。该机床数控系统通电后，屏幕显示正常，但在运行加工程序过程中，只要执行到换刀指令，数控系统就立即自动断电。3 2 故障分析与检查对数控系统进行检查，在自动断电后，发现电源模块上的红色报警灯亮。根据系统说明书对这个报警的解释，该灯亮表示电源模块输出有故障。该电源模块为数控系统及 PMC(可编程序机床控制器)的输入和输出提供电源。断电检查电源并没有发现问题，而此故障只是在系统换刀过程中出现，所以初步判断应是刀架发信盘电源短路或者是控制刀架电动机正反转的 PMC 输出负载有短路点。如果 PMC 的输入或者输出回路有短路问题，马上就会使控制系统电源电压下降，数控系统检测到后，就会自动关机。根据机床控制原理图对刀架发信盘直流 24 V 电源线、刀位线及用于刀架正反转控制的 PMC 输出负载逐个进行检查，发现 PMC 一输出 Y2 1 控制的继电器续流二极管短路。故障处理将这个损坏的续流二极管更换后，机床恢复正常使用。