伺服系统故障实例及诊断方法

【例2-8】 某数控立铣，配备FANUC3MA数控系统，位置检测装置为与伺服电动机同轴连接的编码器。

故障现象：在运行过程中，Z轴产生31号报警。

故障检查与分析：查维修手册，31号报警为误差寄存器的内容不正确。根据31号报警提示，把误差设定值放大，将31号报警对应的机床参数由2000改为5000，然后用手摇脉冲发生器驱动Z轴，31号报警消除，但又产生了32号报警。32号报警表示为Z轴误差寄存器的内容超过±32767，或数/模转换的命令值超出了-8192～+8191的范围。为此将设定的机床参数由5000再改为3000，32号报警消除，但31号报警又出现。反复修改机床参数，均不能排除故障。误差寄存器是用来存放指令值与位置反馈值之差的，当位置检测装置或位置控制单元发生故障时，就会引起误差寄存器的超差，为此，将故障定位在位置控制上。位置控制信号可以用诊断号800（X轴）、801（Y轴）和802（Z轴）来诊断。将三个诊断号调出，发现800号X轴的位置偏差在-1与-2间变化，801号Y轴的位置偏差在+1与-1间变化，而802号的Z轴位置偏差为0，无任何变化，说明Z轴位置控制有故障。为进一步定位故障是在Z轴控制单元还是在编码器上，采用交换法，将Z轴和Y轴驱动装置和反馈信号同时互换，Z轴和Y轴伺服电动机不动，此时，诊断号801数值变为0，802号数值有了变化，这说明Z轴位置控制单元没有问题，故障出在与Z轴伺服电动机同轴连接的编码器上。

故障处理：更换编码器，故障排除。

【例2-9】 数控铣床伺服电动机声响异常故障实例分析及处理。

故障现象：自动或手动方式运行时，发现机床工作台Z轴运行振动异响现象，尤其是回零点快速运行时更为明显。故障特点是，有一个明显的劣化过程，即此故障是逐渐恶化的。故障发生时，系统不报警。

故障检查与分析：该机床为上海第四机床厂生产的XK715F型工作台不升降数控立式铣床，数控系统采用了FANUC 7CM数控系统。

1）由于系统不报警，且CRT及现行位置显示器显示出的Z轴运行脉冲数字的变化速度还是很均匀的，故可推断系统软件参数及硬件控制电路是正常的。

2）由于振动异响发生在机床工作台的Z轴方向（主轴上下运动方向），故可采用交换法进行故障部位的判断。经交换法检查，可确定故障部位在Z轴直流伺服电动机与滚珠丝杠传动链一侧。

3）为区别机、电故障部位，可拆除轴电动机与滚珠丝杠间的挠性联轴器，单独通电测试轴电动机（只能在手动方式操作状态进行）。检查结果表明，振动异响故障部位在Z轴直流伺服电动机内部（进行此项检查时，须将主轴部分定位，以防止平衡锤失调造成主轴箱下滑运动）。

4）经拆机检查发现，电动机内部的电枢电刷与测速发电机转轴电刷磨损严重（换向器表面被电刷粉末严重污染）。

故障处理：将磨损电刷更换，并清除粉末污染影响。通电试机，故障消除。

【例2-10】 FANUC 3M系统数控铣床轴向伺服故障处理。

故障现象：机床在加工或快速移动时，X轴与Y轴电动机声音异常，Z轴出现不规则的抖动，并且当主轴起动后，此现象更为明显。

故障检查与分析：当机床在加工或快速移动时，Z轴、Y轴电动机声音异常，Z轴出现不规则的抖动，而且在加工时主轴起动后此现象更为明显。从表面看，此故障属干扰所致。分别对各个接地点和机床所带的浪涌吸收器件作了检查，并做了相应处理。起动机床并没有好转。之后又检查了各个轴的伺服电动机和反馈部件，均未发现异常。又检查了各个轴和CNC系统的工作电压，都满足要求。只好用示波器查看各个点的波形，发现伺服板上整流块的交流输入电压波形不对，往前循迹，发现一输入匹配电阻有问题，焊下后测量，阻值变大，换一相应电阻后机床正常。

【例2-11】 XK71 SF数控铣床Y轴电动机故障的处理。(https://www.xing528.com)

故障现象：机床按程序加工切削运行时，Y轴存在正方向运行正常，而反方向声响异常的故障现象，系统不报警。

故障检查与分析：数控系统配置FANUC 7CM系统，伺服电动机采用FANUC公司的大惯量无环流直流伺服电动机。分析认为：①由于系统不报警，且CRT显示出来的Y轴正、反向位移脉冲的数字变化速率是均匀的，故可排除系统软件参数及硬件控制电路的故障；②检测加工件尺寸基本符合图样要求，只是表面粗糙度略大，故又可排除伺服速度控制单元电路故障；③在外部检查中，发现Y轴直流伺服电动机温升较高，测其负载电流又远低于额定设定值参数，可排除电动机负载过重的故障；④为区别机械、电气故障，拆开电动机与滚珠丝杠间的弹性联轴器，单独通电试Y轴电动机，结果表明，故障部位在电动机一侧；⑤用手盘动电动机转子时，能明显地感觉到正转时手感轻松，而反转时手感较重，且有一种阻滞的感觉；⑥将电动机拆卸解体检查，发现定子永久磁钢有一块松动脱落，与转子有摩擦痕迹；⑦经检查，电动机定子的永久磁钢是采用强力胶贴接的，故使用中应严禁撞击或振动，尤其是拆装检修过程中更应注意，以防发生此类故障。

故障处理：采用环氧树脂胶或其他强力胶，将脱落的磁体贴牢，故障消除。

【例2-12】 XK715F数控铣床的伺服系统故障诊断。

故障现象：手动方式工作中，当轴向选择Y轴运行操作时，手摇脉冲发生器（与倍率选择开关档位及手摇速度无关），系统即发生07号、25号故障报警，同时可明显地观察到工作台Y轴运行速度特别高，机床无法工作。

故障检查与分析：XK715F数控铣床配置的FANUC 7CM系统。07号、25号ALARM提示Y轴停止过程中误差量超过了允许值（Y轴停止时误差过大），故而引起速度控制单元发生异常。由于故障轴向明显，故可直接采用交换法以快速判断故障部位。此例故障可先采用交换法的第二项检查内容，即“伺服直流电动机与速度控制单元故障判断方法”进行检查。经检查后可知，故障部位在Y轴伺服电动机一侧。经拆卸解体检查，测速电机线组、旋转变压器线阻、内部线路连接、电动机转子线阻、电刷接触情况及外部航空插件等均无明显故障，故重新装配后空载试车（将电动机与滚珠丝杠的挠性联轴器脱开）故障仍旧存在。由于此故障部位仅局限在Y轴电动机上，故重新拆机检查。经分析，故障现象是Y轴停止，速度误差超限，肯定与速度环或位置环有关，反映在电动机内部即与测速发电机旋转变压器有关。为了快速判断故障部位，可继续采用交换法进行检查，即分别将X轴伺服电动机的旋转变压器、测速发电机与Y轴电动机的交换。当拆开X轴电动机的罩壳，准备拆卸测速发电机时，意外发现此电动机测速发电机的电刷架位置与Y轴的不同，正好相差一个90°的角度。因X轴电动机正常，故将Y轴电动机测速发电机的电刷架按X轴电动机的位置重新安装调整好，经通电试车（只能在手动方式下试车），Y轴运行正常。

故障处理：将Y轴电动机装于机床上，安装调好挠性联轴器，通电试车，故障排除。

说明：据了解，发生此类故障的原因，系维修人员在电动机维护保养时，不慎将此位置弄错。事实上这一类问题在维护保养过程中是极易发生的错误。应采用外部刻线标记加以避免。

【例2-13】 数控立式铣床05、07号故障报警的处理。

故障现象：自动方式运行中，系统因电网瞬间跳闸而中断，恢复供电后，NC重新通电开机时，当伺服单元主接触器（MCC）刚一吸合，即发生05、07号报警，经复位操作，系统无法正常（此类故障以前也时有发生，不同的是，经复位操作后能使系统恢复正常）。

故障检查与分析：该机床为上海第四机床厂生产的XK715F型数控立式铣床，数控系统采用了日本FANUC 7CM系统。05、07号ALARM系数控机床伺服系统发生异常，其故障原因很多，在外观检查中发现，Z轴逆变交流回路熔断器（30A）与控制熔断器（1.3A）同时断两相的故障现象，显然Z轴伺服控制电路内存在严重的短路性故障。采用分割法与电阻法检测时发现，有一块大功率逆变可控晶闸管模块（A50L=5000-0017、50A/400V）击穿短路。经分析，引起逆变模块烧损的原因，不外乎是电源电压瞬间过压、模块的触发电路异常、负载过重或短路以及组件质量欠佳。由于有些问题一时难下结论，例如：逆变组件的质量、电源瞬间过压等，又不能轻易更换价格昂贵的逆变模块，以免造成不必要的损失。经分析，该模块使用多年无异常，器件质量欠佳暂可排除，电网因故瞬间跳闸问题，以前也时有发生，估计还有其他原因。经详查，果然发现接触器（MCC）的放电常闭触点存在严重的烧蚀现象。估计此触点在断电瞬间因粘连不易脱开，从而引发负载电路的短路性故障的可能性极大。实际上起动接触器（MCC）触点的烧蚀有一个劣化过程，当其不太严重时，虽然也会导致系统中断，引发05、07号ALARM，但还不至于烧损模块。这就是上述故障现象中提示的，故障时有发生且能恢复的原因，当然，久而久之必然导致上述恶果。因此，检修中对MCC触点的检查，应是个不容忽视的环节。

故障处理：更换逆变模块的同时，将接触器（MCC）也同时更换，故障排除。

说明：事实表明，在维修中对于那些一时难以确定的疑难故障，为避免器件受损，应提倡采用原理分析法，势必找出“病症”的根源，这对于防范故障扩大，避免不必要的损失尤为重要。

另外，对于PCB板上损坏的元器件的更换问题，建议切勿盲目采用熔开焊点拆除原器件的更换方法。这是由于数控系统上广泛采用的PCB板，大多采用多层敷铜板，而板上器件的安装是在制造厂经特殊工艺（如压接成形、波峰焊接等）完成的，其内部电路走向及元器件的内部连接关系极为复杂，弄不好极易造成故障的扩大。为确保更换板上元器件的可靠进行，可采用下述经实践证明确实可行的方法。

对于多引脚的集成电路块，可在原损坏的集成电路引脚根部，用锋锐的小刀或薄锯片来回划几下，一般即可轻易地将其引脚折断（事实表明，对于一般的集成电路的引脚看似粗大，实际上其根部与塑封处的连接极为薄弱）。然后将新器件的引脚采用无感电烙铁（或普通电烙铁断电后使用）上好焊锡，再按电路要求分别焊在原折断的引脚上，检查一遍无虚焊或短路后，全部更换工作便告完成，而对于其他分立器件的更换（如阻容、电感、变压器、半导体器件等）就更简便了。因为一般分立元器件的开距都较大，故只需剪断原损坏器件的引脚，然后将新器件的引脚分别对齐原剪断的引脚焊好就行了。