数控机床伺服系统故障维修措施探讨

覃家金

摘 要：伺服系统作为数控机床的核心，保障机床正常运转，一旦发生故障，影响范围及后果极大。文章介绍了数控机床伺服系统的组成和分类以及伺服系统故障类型，阐述了数控机床伺服系统常见故障的基本维修流程和常用维修方法，最后归纳总结了数控机床伺服系统常见故障处理措施。

关键词：数控机床 伺服系统 故障 维修

Discussion on Maintenance Measures for Failure of Servo System of CNC Machine Tool

Tan Jiajin

Abstract：As the core of CNC machine tools， the servo system guarantees the normal operation of the machine tools. Once a failure occurs， the scope of influence and the consequences are great. The article introduces the composition and classification of CNC machine tool servo system and the types of servo system faults， expounds the basic maintenance process and common repair methods of common faults of CNC machine tool servo system， and finally summarizes the common fault handling measures of CNC machine tool servo system.

Key words：CNC machine tool， servo system， failure， maintenance

数控机床的工作核心是伺服系统，数控机床伺服系统是机床机械传动部件与数控系统的枢纽，伺服系统在机床动态运行中处于频繁的启动、制动等动作过程，故障率是最高的，因此伺服系统的稳定性、可靠性，直接影响零件加工的质量和效率。如何解决数控机床维修技术难题是数控机床维修领域面临的重大问题。

1 数控机床伺服系统

数控机床伺服系统由驱动单元、执行件、机械传动部件和检测反馈环节等组成[1]。数控机床伺服系统的类型，按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置，可分为开环数控系统和闭环数控系统;按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类，可分为直流伺服系统和交流伺服系统;按进给驱动和主轴驱动分类，可分为进给伺服和主轴伺服系统;按反馈比较控制方式分类有脉冲数字比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统[2]。伺服系统将接收到的位移等信号，经过转换、放大处理后，由机械传动系统驱动相应的机床主轴和刀架进行工作，從而完成相应精度动作。

2 数控机床伺服系统的故障类型

伺服系统的故障一般分为进给伺服系统故障和主轴伺服系统故障[3]。

2.1 进给伺服系统故障

（1）超程：运动行程超过软限位或开关限位设定范围时，会发生超程报警。（2）电机不转：使能控制信号丢失、无速度控制信号外，均可导致伺服电机不转。（3）窜动：信号不稳、接线端子接触不良、速度控制信号不稳或受干扰，均可引起窜动现象。（4）过载：频繁正反转、润滑不良、负载过大时，均会引起过载报警。（5）机床振动：机床高速运动，导致振动，振动问题源于速度问题，可查询速度环。（6）爬行：外加负载过大、伺服系统增益低、传动链润滑不良、联轴器联接松动、联轴器本身的缺陷，均可造成爬行现象。

2.2 主轴伺服系统故障

（1）过载：频繁正反转、输入电源缺相、切削用量过大等。（2）干扰：屏蔽和接地不良、外界电磁干扰、反馈信号或主轴转速指令信号受干扰。（3）运动不匹配：编码器脉冲反馈信号不准确等。（4）转速异常：主轴转速超出规定范围值。（5）噪声异常：主轴在运行中有振动和异常声响。（6）准停抖动：换刀和退刀时，主轴定位抖动。（7）主轴不转：主轴电动机在运行中不转。

3 数控机床伺服系统常见故障的基本维修流程

数控机床伺服系统在进行故障维修时，与机床维修的基本思路是一样的，基本上采取“望、闻、问、切、施”维修流程步骤，“望、闻、问”是为了了解故障现象，“切”是为了分析故障原因，查找故障部件，“施”是为了解决实际故障问题。具体实施流程如下：

（1）望：故障出现时，人们首先习惯性采用肉眼进行初步查看，判定看到的机床运行情况和报警信息。（2）闻：电气元件在承载超负荷时，可能会发生元件的烧毁，用嗅觉感知故障问题所在，也是故障诊断的方式之一。（3）问：维修人员到达现场，当看到的或嗅到的不能判明故障所在时，维修技术人员有必要询问现场操作人员的基本机床问题，包括听到的机床异常响声或异常运行状况等。（4）切：在进行前些步骤的初步诊断后，为了进一步了解故障问题，维修技术人员可操作相关检测仪器仪表，深度把脉故障原因，最终明确故障所在。（5）施：故障问题明确后，准备维修方案，准备数据资料，准备相应维修工具，采取相应匹配的维修方法对故障进行处理，最后进行功能测试，解决故障问题。

4 伺服系统常见故障的常用维修方法

（1）部件替换法。部件替换法又称模块交换法，由于伺服系统环节都是模块化设计，模块之间具有互换性，可采取部件替换法进行故障的预判断。（2）线路短接法。系统电路中某一元件烧毁时可能造成短路，可采用万用表检测元件的进线端和出线端，查找是否短接，从而找出故障原因。（3）使能条件法。伺服电机需要满足使能条件才能工作，可通过改变使能条件进行检查，判断和排除故障原因。（4）参考电压法。如某轴发生故障时，为判定驱动模块或电机模块故障，可脱开速度环，检查位置环。（5）参数试验法。如数控机床出现爬行故障时，可能是由于伺服系统增益过低，需要通过改变参数来验证问题。（6）测量法。当系统中各元件经过检查后发现无物理结构问题，可选择检查其电压和电流值，判定是否因电压与电流不足，造成的故障问题。

5 数控机床伺服系统的常见故障处理

5.1 进给伺服系统故障处理

（1）TMP指示灯红：检查驱动器是否过热，电动机是否过载。（2）DIS指示灯黄：检查驱动器使能信号（+ENA/-ENA）是否连接正确。（3）LED指示灯绿，电机不动：检查+INHIBIT和-INHIBIT 端口是否接错，命令信号地和驱动器信号地是否相连。（4）电机转动，LED灯闪烁：检查电机相位设定开关是否正确，传感器电压值是否在范围值内。（5）驱动器LED灯不亮：检查供电电压是否小于最小电压值。（6）LED灯保持红色：检查驱动器输入电压是否过压、欠压，电动机相间是否短路，电动机是否过载发热。（7）传动系统定位精度不稳：检查丝杠螺母是否安装正确。（8）传动系统定位误差较大：检查丝杠螺距是否误差过大，电机与丝杠之间的连接是否松动。（9）电机失速：检查速度反馈极性是否接反，编码器电源是否失电。（10）参考点定位误差过大：检查接近开关是否安装正确，接近开关与检测体之间的间隙是否足够，接近开关是否出现故障。（11）螺纹加工不能重复：检查主轴与主轴编码器间的机械连接是否正常。（12）电机高速旋转时出现偏差计数器溢出错误：检查电机、电缆是否有破损，动力电缆和编码器电缆的配线是否正确，电机偏差计数器溢出是否错误，增益设置是否正确，电机负载是否在允许范围内。（13）返回参考点动作不正确：检查逻辑接近开关是否要更换，触点开关是否复位。（14）电机在一个方向上比另一个方向跑得快：检查无刷电机相位是否搞错，测试/偏差开关是否打在测试位置，偏差电位器位置是否正确。（15）伺服电机在有脉冲输出时不运转：检查控制模式是否处于位置控制模式，编码器电缆线是否配置错误，带制动器的伺服电机其制动器是否已经打开，Run指令是否正常，监视控制器面板确认脉冲指令是否输入，监视控制器脉冲是否正常输出，输入脉冲与指令脉冲的设置是否一致，偏差计数器复位信号是否输入。

5.2 主轴伺服系统故障处理

（1）主轴不动且无任何报警：检查机械负载是否过大，主轴与电动机的连接是否过松，刀具或工件是否装夹好，动力线是否连接正常，使能信号是否正常，驱动器或电动机是否损坏。（2）主轴速度指令無效：检查动力连线是否正常，CNC电路板是否损坏;检查反馈信号是否正常，反馈线连接是否正常，主轴驱动器参数是否设定不当。（3）速度偏差过大：检查反馈连线是否正常，反馈装置是否损坏，动力线连线是否正常，动力电压是否正常，机床切削负载是否过大，制动电路是否正常，电机、驱动器是否损坏。（4）主轴振动或噪声过大：检查电源系统是否断相或电压不正常，负载是否过大或润滑不良，传动带是否过紧，轴承、齿轮是否损坏，机床间隙是否正常，预紧螺钉是否松动。（5）主轴在加/减速时工作不正常：检查相关参数设置是否正常，反馈装置是否正常，电动机与负载间的惯量是否匹配。（6）主轴转速出现随机波动：检查屏蔽和接地是否正常，主轴转速指令信号、反馈信号是否受到干扰。（7）主轴不能进行变速：检查CNC参数设置是否不当，加工程序编程是否错误，D-A转换电路、速度模拟输入电路是否出故障。（8）螺纹乱牙：检查编码器是否正常，联轴器是否松动或断裂，主轴转速是否不稳，加工程序是否有问题。（9）主轴定位点不稳定：检查限位开关是否损坏，反馈线连接是否不良，编码器是否正常。（10）主轴出力不足：检查传动带间隙，主轴电动机是否有故障。（11）主轴不能正常工作：检查松紧刀检测是否到位，主轴齿轮档位是否到达，切削是否过载，驱动器是否过热，主轴电动机模块是否出错、主机机械部分是否损坏。

6 结语

数控机床是国家制造业发展保障，解决好机床维修问题可极大助推国家经济发展，本文简单介绍了数控机床伺服系统故障类型、故障维修方法，着重讲述了数控机床伺服系统的常见故障维修措施，为数控机床故障维修提供一些借鉴。

课题基金：2019年度广西职业教育教学改革研究项目《“工匠精神”引领下高职课程的教学改革探究——以广西英华国际职业学院（数控机床及维护）课程为例》（项目编号：GXGZJG2019B113）。

参考文献：

[1]王娜，郭春亮，王金亮，等.数控机床伺服进给系统的常见故障及检测方法[J].齐齐哈尔大学学报，2009.

[2] 李毅，贺占红.数控机床伺服系统类型分类之研究[J].科学与财富，2013，000（004）：107-107.

[3]孙建.数控机床伺服系统常见故障分析与处理[J].建筑工程技术与设计，2013，000（004）：320-320.