伺服系统故障的实例与诊断

【例3-48】 Z轴抖动故障。

故障设备：德国TC1000卧式加工中心，采用SINUMERIK 850M数控系统。

故障现象：机床Z轴（立柱移动方向）因位置环发生故障，在移动Z轴时立柱突然以很快的速度向反方向冲去。位置检测回路修复后Z轴只能以很慢的速度移动（倍率开关置20%以下），稍加快点Z轴就抖动，移动越快抖动越严重。

故障检查与分析：先是考虑伺服系统有故障，但更换伺服驱动装置和速度环等器件均告失效。由于驱动电动机有很多保护环节，暂不考虑其有故障，因而怀疑机械传动有问题。通过检查润滑、轴承、导轨、导向块等均良好，且用手转动滚珠丝杠，立柱移动也轻松自如，滚珠丝杠螺母与立柱连接良好，滚珠丝杠螺母副也无轴向间隙，预紧力适度，进而怀疑在位置环发生故障时，由于撞车时速度很快，滚珠丝杠承受的轴向力很大，可能引起滚珠丝杠弯曲。低速时由于转矩和轴向力都不大，所以影响不大，而高速时由于转矩和轴向力都较大，加剧了滚珠丝杠的弯曲，使阻力大增，以致使Z轴不稳定，引起抖动。

故障处理：换上滚珠丝杠备件后试车，故障消除。经检测，原滚珠丝杠的弯曲超过了0.15mm/m。

【例3-49】 一卧式加工中心，采用SINUMERIK 8系统，带EXE光栅测量装置。运行中出现114号报警，同时伴有113号报警。

故障检查与分析：从报警的原因看，由于114号报警，引起113号报警，故障部位定位在位置测量装置。114号报警有两种可能：一是电缆断线或接地；二是信号丢失，前者可通过外观检查和测量来诊断，对后者主要是信号漏读，如果由于某种原因，使光栅尺输出的正弦信号幅度降低，在信号故障处理中，影响到被处理信号过零的位置，严重时会使输出脉冲挤在一起，造成丢失。因为光电池产生的信号与光照强度成正比，信号幅度下降无非是因为光源亮度下降或光学系统脏污所致。从尺身中抽出扫描单元，分解后看到，灯泡下的透镜表面呈毛玻璃状，指示光栅表面也有一层雾状物，灯泡和光电池上也有这种污物，这些污物导致了光源发光率下降和输出信号降低，通过对光栅的清洗可消除故障。

为了有效避免检测装置发生问题而导致机床出现故障，因此，在日常工作中，我们要注意对位置检测装置进行维护。如对光电编码器，我们一方面要防止它与主轴之间的连接出现松动；另一方面，还要为它防振、防污。对光栅主要是防振和防污。同样对于其他的位置检测装置，我们也必须采取相应的维护措施，以保证位置检测系统的可靠工作，从而减少或避免故障的发生。

【例3-50】 数控加工中心，出现报警1120、1121“Clamping monitoring”（卡紧监视）。

数控系统：西门子810M系统。

故障现象：机床在开机回参考点时，运动X、Y轴，各出现1120报警和1121报警，但Z轴运动正常。在按下X轴、Y轴运动按钮时，屏幕上的坐标数值不变，实际上伺服轴也没有动。故障检查与分析：因为伺服轴没有动，因此，怀疑伺服系统有问题。对伺服系统进行检查。这台机床使用的是西门子SIMODRIVE 611伺服控制器，X轴、Y轴共有一个伺服放大器模块，在按下X轴或Y轴运动按钮时，检查到伺服放大器有输入没有输出，确认是伺服放大器模块损坏。

故障处理：更换新的伺服放大器，机床恢复正常。

【例3-51】 数控加工中心，出现报警1042“DAC limit reached”（达到DAC极限）。

数控系统：西门子810M系统。

故障现象：机床一运动Z轴就出现1042报警。

故障检查与分析：西门子810系统的1042号报警是系统关于Z轴的伺服报警，指示DAC设定值比机床数据MD2682（最大DAC设定值）的值大。出现这个报警后，DAC的设定值不能再增加，因此，首先检查机床数据MD2682、MD3642和MD3682，都正常。

根据经验，这个故障多半是伺服电动机不转或者反馈回路有问题。

这台机床的伺服系统采用的是西门子SIMODRIVE 611系统，在起动Z轴时检查伺服系统的指令输入信号，电压很高，但观察到Z轴并没有动，屏幕上Z轴的数值也没有变化。说明系统部分没有问题，位置反馈也没有问题。因为X轴和Y轴运动正常，说明伺服系统的电源模块没有问题。更换Z轴伺服放大器，故障依旧，说明放大器也没有问题。那么，能不能是伺服放大器上的参数设定板有问题呢？采用互换法与X轴的参数设定板对换，这时机床X轴运动时，出现1040报警，故障转移到X轴上，说明原Z轴的参数设定板损坏。

故障处理：更换参数设定板，机床恢复正常。

【例3-52】 英国G60RTX加工中心X轴抖动故障的处理。(www.xing528.com)

故障现象：该机床原系英国的二手加工中心，后经西门子840D改造，X、Y、Z、W、B等轴配用611D驱动装置和1 FK6型伺服电动机，其中X、Y、W三轴配用海德汉LB382型光栅尺，作全闭环控制。该机床X轴在运行时出现了抖动、过冲，停止时会来回振荡，使机床无法正常加工。打开X轴电动机输出传动部分罩壳，发现在X轴停止时，X轴电动机会大幅度来回摆动。

故障检查与分析：该机床在数控系统改造后X轴运行一直比较稳定，这次突然出现抖动和振荡现象，伺服参数发生变动的可能性较小，硬件上的故障可能性较大，常见的有以下几种原因：

1）速度控制器不良。这只要和其他轴相同的驱动模块进行交换就可确定。

2）光栅测量系统不良。可暂时取消光栅测量系统，改全闭环为半闭环。对611D型驱动系统，一般只要修改该轴有关参数以及该轴PLC程序段对测量系统的设定，无须改动硬件，如：

①如将X轴光栅测量系统暂时取消，改全闭环为半闭环，应对以下参数进行修改：

先输入如下口令：Startup→Set Password→SUNRISE→OK→Machine Data。

标准轴参数修改：Axis MD→用Axis+或Axis-选择各轴页面→设置：

MD30200 NUM-ENCS编码器数目从2改为1；

MD30240[1］ENC-TYPE编码器类型从1改为0；

MD31040[1］ENC-IS-DIRECT编码器直接安装在机床上从1改为0。

上述参数修改后，机床要断电，重新起动，参数才有效。

②修改该轴PLC程序段对测量系统的设定。

a）将装有SINUMERIK STEP S7 PLC编程软件的笔记本电脑，通过PC适配器与840D的NCU单元上的X122接口相连。

b）运行STEP S7编程软件，先进行PC设置：

Option→Set PG/PC Interface→选择PC适配器（MPI）→Select→PC适配器→Install→确定，Y→Close→Properties→Local Connection→选择通信口COMI，波特率19200→确定。并将PC适配器上的拨动开关拨至19200位。

c）在STEP S7编程软件下，打开该机床STEP S7 PLC程序文件，并在其BLOCKS子目录下打开X轴的PLC程序段FC45，在Network 1下有两句：

d）然后点选Online→PLC→Download，将修改后的FC45程序段下载到840D系统的PLC中，这样X轴将以半闭环的方式运行。

3）机械反向间隙变大。如果机械反向间隙过大，常会成为全闭环振荡的主要原因。本故障实例中，先按第2）点所述的方法暂时取消X轴的光栅测量系统，改全闭环为半闭环后，X轴不再出现抖动和振荡现象，但检查X轴的反向间隙，竟达22丝。进一步检查发现是由于X轴的滚珠丝杠轴承座中的轴向推力轴承的紧固螺母松动造成丝杠窜动，从而导致反向间隙变大。

故障排除：将X轴的滚珠丝杠轴承座中的轴向推力轴承的紧固螺母锁紧，使丝杠窜动量在1丝左右。恢复X轴光栅测量系统和全闭环控制，将X轴在各种速度下运行，不再出现抖动和振荡现象，故障被排除。