分享数控系统典型故障分析

小黄豆

一、位置偏差过大报警在 FANUC系统中出现有 4＊0及 4＊1（其中＊代表轴号）的报警。报警解释是位置偏差达大。
/ {) I  a4 T9 e　　在 SINUMERIK810系统中有104＊报警号出现（其中＊也是代表轴号），报警解释是DAC已达到了极限。
　　这两个报警有相似的地方，为此我们来讨论一下这个报警产生的原因及处理办法。
　　实际上这是位置环中的一个问题，我们讨论位置环，就应有一个共同的语言，那就是讨论偏差计数器，如图12-5所示，以后讨论位置环问题，仍要用这个图来分析。
* J9 v5 b$ Z3 y　　是来自于 NC，这是经过插补运算后，由 NC向各轴发出的脉冲，这个脉冲的个数，代表NC要求各轴移动的距离。而这个脉冲的频率是NC要求这个轴运行的速度。它向这个位置偏差计数器进行的是加法计数。
, z1 w# s  }  x) L　　是来自于脉冲编码器的反馈脉冲，这个反馈脉冲的个数，代表电机已经实际转过的角度，或者说是工作台运行的实际距离。而fb人的频率是代表脉冲编码器旋转的速度。它通过同步、四分频等控制和转换后送到偏差计数器中去，是减计数。那么在偏差计数器中一加一减，代表的是NC要求这个轴运行的距离还有多少没有走出来。如果这个数愈大，则表明这个距离比NC的要求差的远，这个数小则表明比要求的距离近了。因此把这个数进行D／A转换，转换成模拟量是代表速度指令。距离目标远时，要以快速接近目标，距离目标近时，就要慢慢地接近目标，可以保证准确停车。依此可知D／A转换后的数值是速度调节器的给定信号。速度调节器信号是在一10V～＋10V之间，正常给定电压是在6～8V之间（当然也可是负的，负的代表的是反转）。
! Q$ t1 s+ T- G9 k: q　　偏差计数器中的数若增大，一方面说明位置偏差过大，另一方面可能是达到了 D／A转换的极限值。表明伺服系统没有按着NC所要求的速度运行。另外，这个数过大，各轴不同时，也要产生形状的偏差。也就是形状，位置公差均可能超差。因此数控机床中对这个数的大小进行了限制。
! P1 N$ e9 R' n/ k+ y- M$ g" I, q　　在FANUC6的系统中设定了参数074～105（或422到430对第5轴）这个参数就是根据工艺要求及加工精度设定的参数。这个参数中的内容就是偏差计数器的值一旦超过了这个值就报警，这个值是我们可以进行修改的，一旦报警，我们在设定的参数改一下值，改大一些，就可以不报警，但是，前面我们已经说过了，这个值有一个极限值，再者，这个值对加工零件的位置与形状的精度有密切的关系，所以这种修改参数的办法，应是参数设置不合理或者是参数丢失才采用。
0 t/ R7 f; n: G- ?* c) P, l/ A" q　　下面再看 SINUMERIK810，它对这个偏差计数器的限定是用 D／A转换器的极限来限定的，它的输出是速度调节器给定，因此，它所用的机床参数是限定最大速度给定值，所用的MD是MD268*，MD268*是最大转速的额定值，输入范围是0～8192，标准值是8192，其单位为VELO（D／A转换的单位）。它的解释是：用这一输入确定转速额定值输出最大电压值，它根据转速调节器内可能有的额定值极限进行调节（通常10V）超出极限，则停止插补，并发出报警104＊。我们通过这一段的叙述，SINUMERIK810的104＊报警，实际上也是由同一种原因产生的报警，应该说与FANUC所给报警的内容基本一样，但也有差别；那就是报警的输出点不同，报警内容的限定参数也不同。所谓输出点不同，就是我们还要在SINUMERIK810报警中，考虑到 D／A转换器是否还有问题，这个硬件有问题，也会出现这种情况，例如产生固定为1的故障，即s-a-1。
　　偏差计数器中数值增大的原因：我们知道fg是加计数，fb是减计数，如果fg=fb，那么偏差计数器中的数就会不变，即使变也就是士 1个 VELO。如果fg＞fb，那么，肯定的说，在偏差计数器中的数会愈来愈大。不久，就可以超出给定的限定参数值。
: A3 X( T" t! T, J4 C　　数值增大的时机：首先是加速过程。也就是当给定某轴速度时，电机还没有转起来，这时只有fg向偏差计数器中加数，而电机缓慢启动，反馈的fb很小，减计数少，那么偏差计数器中的值就不断增长；当电机转到正常所要求的转数时，偏差计数器中的值不会再上升。当然，如果当fg=fb时，电机还在作加速度上升，那么可能出现反馈脉冲频率大于给定的频率，即fb＞fg，这时偏差计数器中的值，可能还会下降，因为减数大了。最后，总会达到一个平衡，即fb=fg，而且运行是稳定的，偏差计数器中的值，经过D／A转换，所得到的给定速度时，恰好产生出以fb作为反馈频率的频率值，等于给定fg的频率值。
7 p. ~; d" |3 B) E0 |) j* ^　　所以第一个问题可能出在加减速时报警，那么就是加减速不够快，因此要对加减速进行调节参数。当然这是在加减过程中出现的，也就是一启动某一个轴，还没转起来，就出现这个报警，就要想到是不是这个问题影响的。
% _/ t, L' P" f; x  k　　其次，是电机转速的问题。fg是代表给定的速度，fb是代表电机实际转速，如果fg＞fb，那么这种稳定运行，也会很快出现这种报警，这种报警出现的快慢，决定于fg与fb的差值，这种差值愈小，那么报警出现的就晚一些，如果这个差值很大，那第这个报警就出现的早一些。
　　电机转速低的原因：如果正常给定是不变的，也就是偏差计数器中的值是不变的，也就是伺服系统的给定VCMD是不变的，而电机的转速不够，可能是电源电压不够，或者说伺服变压器给出的电压不够。电机的给定电压小，当然转速就下来了。在这里，我们就要考虑电源电压是否缺相，是否电压值已超出了十10％-一15％的运行范围，三相电源是否对称等。这就可以用万用表进行测量。
6 P+ L0 b1 j* [) p  @7 B　　这些地方如果不存在问题，那就应该考虑到电动机，电动机是否存在毛病；例如电机电刷是否接触良好。电机整流子表面是否良好，电机是否有转动不灵活的地方，轴承是否已经破碎，润滑不好。因为，电机要是有毛病，当然旋转起来也会丢转的。
　　再一个就要考虑，负载是否有问题。例如负载过大，或者夹具夹偏造成摩擦阻力过大等等问题。总之要检查作用在电机的作用力是否过大，而使电动机丢转过多，这项工作的检查一定要过细，避免以后事故扩大，以至出现受损面扩大的现象。
　　如果上述检查都没有发生问题，这时就要考虑伺服板和触发板上的问题。伺服板的速度调节器输出的值是否有问题，能不能通过调节KV就可以解决问题，因为KV加大，就是比例积分调节器的比例放大系数加大，这样就可以使在相同的给定下，使电动机转速加大一些。当然，我们也要去考虑整个调节器板是否有问题，也可以采用换板的方法，去试一下调节器板是否存在问题。这是一个很细致的工作，要求我们考虑的周到一些。
　　我们还应去分析下光电编码器的反馈是否正确，这可以通过光电编码器的反馈脉冲送人示波器去观察。
( Y, Z; n. |& t% W. G　　除此之外，还要注意各接线端子是否松动，虽然这是最简单的检查方法，但不可忽视。
　　在分析这些问题之前，一定要注意到由NC来的人的频率是否过高，也就是给定的速度是否过大，这一点在开始就要注意到。
5 W- P1 P- v" z1 Q! g5 O& O　　在这里，我们还要强调一下测速发电机的信号，当然很多系统中已不再采用测速发电机来对速度采样，而是采用光电编码器的M－T法来采样速度。但速度反馈对速度调节器的输出有重大关系，如果测速发电机的给出值过高就会使电动机达不到所要求的速，一定比所要求的速度低。因此，我们也一定要注意到这个环节的调节。这个环节容易出现问题，特别是测速发电机存在着很多隐患。
$ I* X4 w' `0 x. F5 @1 |' V　　二、机床爬行与振动在数控机床中有很多明显的不正常现象，但在有一些经济数控系统中，却没有报警，即使有时出现报警，报警的信息表明也不是你所看到不正常现象的报警。机床出现爬行与振动就是一个明显的例子。机床以低速运行时，机床工作台是蠕动着向前运动；机床要以高速运行时，就出现震动。
　　关于机床爬行有的书上写着：由于润滑不好，而使机床工作台移动时摩擦阻力增大。当电机驱动时，工作台不向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形，把电机的能量贮存在变形上。电动机继续驱动，贮存的能量所产的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始地这样运动，而产生了爬行的现象。然而事实并非如此，仔细看一下导轨面润滑的情况，就可以断定不是这个问题。
  y" x  \- Q+ u2 k! J0 w) x* j　　机床爬行和振动问题是属于速度的问题。既然是速度的问题就要去找速度环，我们知道机床的速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的。特别应该着重指出，速度调节器的时间常数，也就是速度调节器积分时间常数是以毫秒计的，因此，整个机床的伺服运动是一个过渡过程，是一个调节过程。
/ `9 ]3 l; D8 ~% P0 h$ M* {　　凡是与速度有关的问题，只能去查找速度调节器。因此，机床振动问题也要去查找速度调节器。可以从以下这些地方去查找速度调节器故障：一个是给定信号，一个是反馈信号，再一个就是速度调节器的本身。
　　第一个是由位置偏差计数器出来经D／A转换给速度调节器送来的模拟是VCMD，这个信号是否有振动分量，可以通过伺服板上的插脚（FANUC6系统的伺服板是X18脚）来看一看它是否在那里振动。如果它就是有一个周期的振动信号，那毫无疑问机床振动是正确的，速度调节器这一部分没有问题，而是前级有问题，向D／A转换器或偏差计数器去查找问题。如果我们测量结果没有任何振动的周期性的波形。那么问题肯定出在其他两个部分。
% V1 b9 N4 N+ k& R+ g　　我们可以去观察测速发电机的波形，由于机床在振动，说明机床的速度在激烈的振荡中，当然测速发电机反馈回来的波形一定也是动荡不已的。