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現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)常采用全閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)，而且是三環(huán)控制。由里向外分別是電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。圖1為典型的全閉環(huán)伺服系統(tǒng)控制方式示意圖。

    通常，電流反饋由電流互感器或串在電動(dòng)機(jī)電源上的電流檢測(cè)器構(gòu)成；速度反饋由測(cè)速電機(jī)或電機(jī)編碼器構(gòu)成；位置反饋由光柵尺、磁柵或旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成。在遇到機(jī)床各進(jìn)給軸或主軸運(yùn)動(dòng)故障時(shí)，依據(jù)圖1所示控制流程，用交換法或排除法，可以判斷大部分反饋或與反饋有關(guān)的前向通道的控制故障以及部分機(jī)械傳動(dòng)方面的故障。
    1.SA6/3000 3m數(shù)控外圓磨床X軸、TZ2916數(shù)控鏜銑床B軸產(chǎn)生軌跡誤差監(jiān)控報(bào)警SA6/3000 3m數(shù)控外圓磨床采用FAGOR8055數(shù)控系統(tǒng)，故障現(xiàn)象為：手動(dòng)移動(dòng)X軸時(shí)，該軸高速移動(dòng)，然后報(bào)警。但是在利用操作面板上的1μm按鍵移動(dòng)時(shí)，X軸平穩(wěn)移動(dòng)，但不停止，且跟隨誤差始終為1μm。由此可推斷，驅(qū)動(dòng)裝置及伺服電機(jī)均正常，由于跟隨誤差不能隨X軸移動(dòng)而消除，可大概確定無(wú)位置反饋信號(hào)。由圖1可知△θ=θr－θf(wàn)，手動(dòng)移動(dòng)X軸時(shí)，θf(wàn)為0，θr不斷增大，則△θ不斷增大，Vr= Kθ?△θ就變得很大，造成電機(jī)快速移動(dòng)，直至△θ超出允許值，產(chǎn)生軌跡誤差監(jiān)控報(bào)警。若用1μm按鍵移動(dòng)時(shí)，由于△θ=θr= 1μm，可知跟隨誤差始終不變，Vr= Kθ?△θ=Kθ/1000，因而X軸能平穩(wěn)移動(dòng)，且△θ也未超出誤差允許值，機(jī)床不會(huì)報(bào)警。將Z軸位置編碼器與X軸位置編碼器互換后，X軸恢復(fù)正常，Z軸出現(xiàn)相同故障，因而確定X軸位置編碼器出故障。
    在維修TZ2916數(shù)控鏜銑床的B軸工作臺(tái)齒圈時(shí)，出現(xiàn)B軸軌跡誤差監(jiān)控報(bào)警，運(yùn)用上述方法，確定B釉旋轉(zhuǎn)編碼器可能出故障。經(jīng)詢問(wèn)，原因是為了維修方便，將編碼器拆了下來(lái)，故B軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)生了此故障。在將電機(jī)編碼器進(jìn)行信號(hào)倍頻后作為位置反饋信號(hào)提供給數(shù)控系統(tǒng)，如圖1虛線①所示，從而滿足了閉環(huán)要求（半閉環(huán)），維修時(shí)，使B軸轉(zhuǎn)了起來(lái)。
    2.BP200數(shù)控鏜銑床X軸劇烈抖動(dòng)，產(chǎn)生靜態(tài)誤差監(jiān)控報(bào)警某進(jìn)口BP200數(shù)控鏜銑床X軸移動(dòng)時(shí)劇烈抖動(dòng)，產(chǎn)生靜態(tài)誤差監(jiān)控報(bào)警。從圖1可見，其△θ和△V應(yīng)該是或大或小、或正或負(fù)，與實(shí)際狀態(tài)值相符。首先從位置環(huán)分析，由于θr是穩(wěn)定的，且θf(wàn)因X軸的劇烈抖動(dòng)，數(shù)據(jù)變化無(wú)規(guī)律，使△θ=θr－θf(wàn)異常。為排除測(cè)量系統(tǒng)本身故障而輸出異常數(shù)據(jù)，導(dǎo)致抖動(dòng)產(chǎn)生。采用替換法分別排除了鋼尺及讀數(shù)頭的故障，確定了測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題。分析圖1控制原理，假設(shè)一開始△θ過(guò)大，造成Vr= Kθ?△θ很大，電機(jī)快速移動(dòng)，使θf(wàn)迅速增大，且超過(guò)θr，使得△θ<0，Vr<0，電機(jī)又反向移動(dòng)。這樣，就形成了抖動(dòng)。經(jīng)過(guò)分析，只有齒輪間隙可造成△θ變大，經(jīng)檢查傳動(dòng)部分，存在不小的間隙，排除此間隙后，機(jī)床恢復(fù)正常。
    3.EC-300數(shù)控鏜銑床Z軸移動(dòng)出現(xiàn)大的偏差，但沒(méi)有報(bào)警美國(guó)HAAS公司EC-300數(shù)控鏜銑床Z軸曾經(jīng)出現(xiàn)給出移動(dòng)1mm指令，實(shí)際只移動(dòng)了0.3mm，再繼續(xù)向前移動(dòng)，又能保證1mm的移動(dòng)距離，且機(jī)床沒(méi)有報(bào)警。初步分析，是由反向間隙造成的，經(jīng)查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床是通過(guò)電機(jī)編碼器給出的位置反饋，如圖1虛線①所示。此為半閉環(huán)控制方式，根據(jù)故障現(xiàn)象分析，應(yīng)該是閉環(huán)以外的部分出現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，判定滾珠絲杠有軸向竄動(dòng)。用百分表測(cè)量，確實(shí)是滾珠絲杠出現(xiàn)軸向竄動(dòng)，經(jīng)處理后故障消失。
    4. BP200數(shù)控鏜銑床Y軸電機(jī)嘯叫，而后產(chǎn)生電機(jī)編碼器報(bào)警
    該故障常發(fā)生在Y軸靜止時(shí)。從實(shí)際狀態(tài)值可以看到電機(jī)速度實(shí)際值大幅上升，然后報(bào)警。由于是在靜止?fàn)顟B(tài)，一開始，懷疑電機(jī)嘯叫是由于電機(jī)速度實(shí)際值非正常上升引起，而電機(jī)速度實(shí)際值上升可能是由于編碼器電纜受電磁干擾所致，因此另找一根屏蔽電纜試驗(yàn)，故障依舊，因而排除了電磁干擾的原因。后來(lái)發(fā)現(xiàn)電機(jī)嘯叫時(shí)，有高頻振動(dòng)現(xiàn)象，因此分析電機(jī)編碼器出錯(cuò)有可能是由電機(jī)高頻振動(dòng)造成的，而電機(jī)速度實(shí)際值的非正常上升也是電機(jī)高頻振動(dòng)的實(shí)際反映。但由于該電機(jī)時(shí)而也能正常工作，故電機(jī)編碼器應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。將電機(jī)與負(fù)載脫開，改為半閉環(huán)工作，故障依舊，從而排除了機(jī)械方面的原因。有可能是速度環(huán)參數(shù)匹配的問(wèn)題。由圖2可知，速度環(huán)的速度增益值Kp過(guò)大（L1曲線），很容易造成速度在調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不下來(lái)。在適當(dāng)降低Kp值后，電機(jī)嘯叫現(xiàn)象消失。

    5. PD16數(shù)控平面鉆床Y軸偶爾快移，并產(chǎn)生41#跟隨誤差報(bào)警
    PD16數(shù)控平面鉆床曾經(jīng)發(fā)生Y軸快速移動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生41#跟隨誤差報(bào)警，但是伺服驅(qū)動(dòng)器未產(chǎn)生任何報(bào)警。該驅(qū)動(dòng)器如圖1虛線框所示，其接受NC系統(tǒng)給出的速度命令，并將電機(jī)編碼器反饋的速度信號(hào)處理后送回NC系統(tǒng)作為位置反饋信號(hào)。由故障現(xiàn)象可得：Vr增大是由于△θ增大，△θ增大是由于NC系統(tǒng)未接收到θf(wàn)數(shù)據(jù)所致，由于伺服驅(qū)動(dòng)器未產(chǎn)生任何報(bào)警，判定故障發(fā)生在速度信號(hào)倍頻處理、反饋通道或NC系統(tǒng)位置信號(hào)接收或處理部分，即圖1虛線①處。經(jīng)檢查，為伺服驅(qū)動(dòng)器θf(wàn)數(shù)據(jù)輸出接口處有接觸不良現(xiàn)象，處理后故障不再發(fā)生。
    可見，同樣的現(xiàn)象，故障原因不盡相同。只要充分利用伺服控制示意圖，就能定性地將故障部位大致確定。通常一臺(tái)新設(shè)備，頻繁出現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)故障，很有可能是參數(shù)匹配方面的問(wèn)題。若是一臺(tái)舊設(shè)備，出現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)故障，極有可能是外部原因造成的。此時(shí)切忌盲目動(dòng)手，應(yīng)先根據(jù)控制示意圖進(jìn)行分析，先易后難，先電氣后機(jī)械，例如從接口→測(cè)量元件→驅(qū)動(dòng)模塊→機(jī)械部件的順序進(jìn)行檢查，另外，電磁干擾、電源也可能造就此類故障。當(dāng)然，上述方法僅僅是控制理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的一個(gè)總結(jié)，不可能解決所有的問(wèn)題。還需要維修人員不斷地歸納總結(jié)。
 

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