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维修电工技师论文
广东省技师(高级技师)职务申请
评审论文
论文题目:
数控机床伺服系统的故障分析及处理
姓名:
单位:
原技术工种名称:
维修电工
拟申报级别:
二级
申报时间:
2016年3月20日
广东省人力资源和社会保障厅制
数控机床伺服系统的故障分析及处理
【摘要】随着加工制造的行业越来越广泛应用,意味着数控机床的应用就会越来越多,以前是采用模具来成形,但现在慢慢开始转变采用直接加工成装配品。
伺服系统是联系数控系统和机床的中间环节,伺服系统的故障是数控机床中较为重要的故障。
结合实际工作中数控机床的故障现象,介绍伺服系统最常见的故障类型;根据故障定位方法判断故障发生部位;通过伺服系统故障诊断实例进行说明并提出处理办法。
关键词:
数控机床;伺服系统;故障分析
前言
进给伺服系统是数控机床的重要组成部分。
它的作用是:
接受数控系统发出的进给位移和速度指令信号,由伺服驱动电路作一定的转换和放大后,经伺服驱动装置和机械传动机构,驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件[1]进行工作进给或快速进给。
进给伺服系统的性能直接决定了机床的加工精度、定位精度、运动速度等重要指标。
因此,进给伺服系统故障是数控机床非常常见的故障之一。
当数控机床进给伺服系统出现故障时,通常有三种表现方式:
在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息;在进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元[2]的故障;进给运动不正常,但无任何报警信息。
【摘要】···················································1
【前言】···················································2
【正文】···················································4
一、常见故障及原因分析··································4
1.超程················································4
2.过载················································4
3.窜动················································4
4.爬行················································5
5.振动················································5
6.伺服电机不转········································5
7.位置误差············································6
8.漂移················································7
二、故障分析···········································7
3、故障诊断综合实例···································9
四、结论···············································10
【参考文献】··············································11
【正文】
1、常见故障及原因分析
数控机床进给伺服系统的常见故障有8种,如下所述:
1超程
超程一般分为硬超程与软超程。
超程报警后,挡块撞击行程开关的是硬超程;未撞击,为软超程。
超程报警机理:
软限位(软超程):
实际坐标大于软限位参数,发生软件报警。
硬限位(硬超程):
实际坐标大于硬限位行程,发生硬件报警。
超程解除一般做法是,手动将机床沿超程的反方向退回,检查确定无危险时,按复位键重新启动,若警报依旧,则为软超程。
2过载
当进给运动的负载过大、频繁正反向运动及进给传动链润滑状态不良时,均会引起过载报警。
一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。
同时,在强电柜中的进给驱动单元上,用指示灯提示驱动单元过载、过电流等信息。
3窜动
在进给时出现窜动现象的原因:
1)测速信号不稳定,如测速装置故障、测速反馈信号干扰等;
2)速度控制信号不稳定或受到干扰;
3)接线端子接触不良;
4)进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。
4爬行
发生在启动加速段或低速进给时,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:
伺服电动机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,造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步,从而使进给运动忽快忽慢,产生爬行现象。
5振动
机床振动周期是否与进给速度有关:
1)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;
2)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;
3)如振动在加减速过程中产生,往往是系统加减速时间设定过小造成的[3]。
6伺服电动机不转
数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外,还有使能控制信号,一般为DC±24V继电器线圈电压。
1)检查数控系统是否有速度控制信号输出;
2)检查使能信号是否接通。
通过CRT观察I/O状态,分析机床PLC梯形图(或流程图),以确定进给轴的启动条件,如润滑、冷却等是否满足;
3)对带电磁制动的伺服电动机,应检查电磁制动是否释放;
4)进给驱动单元故障;
5)伺服电动机故障[4];
7位置误差
当伺服轴运动超过位置允差范围时,数控系统就会产生位置误差过大的报警,包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。
主要原因如下:
1)系统设定的允差范围过小;
2)伺服系统增益设置不当;
3)位置检测装置有污染;
4)进给传动链累积误差过大;
5)主轴箱垂直运动时平衡装置(如平衡油缸等)不稳[5]。
8漂移
当指令值为零时,坐标轴仍移动,从而造成位置误差。
零点漂移会使机床绝对坐标与实际位置之间产生误差,轻则导致所加工的工件报废,重则导致刀具和机床床身的损坏[6]。
通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。
2、故障分析
当进给伺服系统发生故障时,数控系统显示报警信号,伺服放大器报警灯会亮。
根据报警信息综合分析报警现象,查找报警原因,排除非报警因素,找到故障所在之处。
由于伺服系统是由位置环和速度环组成的,当伺服系统出现故障时,为了快速定位故障部位,可以采用如下两种方法:
a)模块交换法
数控机床有些进给轴的驱动单元具有相同的当量,如立式加工中心x轴和y轴的驱动单元往往是一致的,当其中的某一轴发生故障时,可以用另一轴来替代,观察故障的转移情况,快速确定故障的部位。
图1和图2为采用模块交换法故障诊断的方法。
其中,X和Y针型插座为CNC系统位置控制模块至x轴和y轴驱动模块的控制信号,包括速度控制信号和伺服使能信号等;XM和YM为伺服电动机接线端子;XF和YF为伺服电动机检测装置的反馈信号。
b)外接参考电压法
当某轴进给发生故障时,为了确定是否为驱动单元和伺服电动机故障,可以脱开位置环,检查速度环。
3、故障诊断综合实例
a)故障现象
某采用FANUCOT数控系统的数控车床,开机时全部动作正常,伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行,加工的零件精度全部达到要求。
当机床正常工作5~7h后,z轴出现剧烈振荡,CNC报警,机床无法正常工作。
这时,即使关机再启动,只要手动或自动移动z轴,在所有速度范围内,都发生剧烈振荡。
但是,如果关机时间足够长(如第二天开机),机床又可以正常工作5~7h,并再次出现以上故障,如此周期性重复。
b)分析故障产生的原因根据以上故障现象,首先从大的方面考虑,分析可能的原因不外乎机械、电气两个方面。
在机械方面,可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶,或者滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化,导致进给系统的不稳定。
在电气方面,可能是由于某个元器件的参数变化,引起系统的动态特性改变,导致系统的不稳定。
c)维修步骤
1)松开z轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械连接,在z轴无负
载的情况下,运行加工程序,以区分是机械故障还是电气故障。
经试验发现故障仍然存在,但发生故障的时间有所延长。
因此,可以确认故障为电气原因,并且和负载大小或温升有关。
2)将CNC的x轴和z轴的速度给定和位置反馈互换,即利用CNC的x轴指令控制机床的z轴伺服和电动机运动,CNC的z轴指令控制机床的x轴伺服和电动机运动,以判别故障发生在CNC或伺服。
经更换发现,此时CNC的z轴(带x轴伺服及电动机)运动正常,但x轴(带z轴伺服及电动机)运动时出现振荡。
据此,可以确认故障在z轴伺服驱动或伺服电动机上。
3)恢复第二步CNC和x、z伺服间的正常连接后,将x、z的PCB板经过调整设定后互换。
经互换发现,这时x轴工作不正常,z轴故障现象消失。
检修Z的PCB板,故障修复。
4、结论
在实际生产过程中,数控机床的进给伺服系统可能还会有更加复杂的故障原因,这就要求维修人员具有较广的知识面,胆大心细,有明确的目的和完整的思路,进行细致的操作,充分运用维修知识,进行故障排查和维修,提高机床的使用率。
【参考文献】
[1]冯荣军.数控机床故障诊断与维修[M].北京:
中国社会劳动保障出版社,2007.
[2]彭跃湘.数控机床故障诊断及维护[M].北京:
清华大学出版社,2007.
[3]周荃.常见数控机床伺服系统故障分析[J].新技术新工艺,2010(5).
[4]韩祥凤,王振.数控机床伺服系统故障实例分析[J].2009(4).
[5]李世班,房玉胜.数控机床伺服系统故障诊断分析[J].2005(5).
[6]姚敏强,史时喜,王晓余,等.数控机床故障诊断维修技术[M].北京:
电子工业出版社,2007.
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