機床進給伺服系統常見故障及排除方法有哪些？

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伺服系統是數控裝置和機床主機的聯繫環節，它用於接收數控裝置插補器發出的進給脈衝或進給位移量信息，經過一定的信號轉換和電壓、功率放大，由伺服電機帶動傳動機構，最後轉化為機床工作台相對於刀具的直線位移或迴轉位移。

為了提高數控機床的性能，對機床用進給伺服系統提出了很高的要求。由於各種數控機床所完成的加工任務不同，所以對進給伺服系統的要求也不盡相同。以下是小編整理的伺服系統常見故障和排除方法。

【超程】當進給運動超過由軟體設定的軟限位或由限位開關設定的硬限位時，就會發生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內容，根據數控系統說明書，即可排除故障，解除報警。

【過載】當進給運動的負載過大，頻繁正、反向運動以及傳動鏈潤滑狀態不良時，均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電動機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電櫃中的進給驅動單元上、指示燈或數碼管會提示驅動單元過載、過電流等信息。

【竄動】在進給時出現竄動現象：測速信號不穩定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等；速度控制信號不穩定或受到干擾；接線端子接觸不良，如螺釘鬆動等。當竄動發生在由正方向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由於進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。

【爬行】發生在起動加速段或低速進給時，一般是由於進給傳動鏈的潤滑狀態不良、伺服系統增益低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是：伺服電動機和滾珠絲杠聯接用的聯軸器，由於聯接鬆動或聯軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉動與伺服電動機的轉動不同步，從而使進給運動忽快忽慢，產生爬行現象。

【機床出現振動】機床以高速運行時，可能產生振動，這時就會出現過流報警。機床振動問題一般屬於速度問題，所以就應去查找速度環；而機床速度的整個調節過程是由速度調節器來完成的，即凡是與速度有關的問題，應該去查找速度調節器，因此振動問題應查找速度調節器。主要從給定信號、反饋信號及速度調節器本身這三方面去查找故障。

【伺服電動機不轉】數控系統至進給驅動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC24V繼電器線圈電壓。伺服電動機不轉。

常用診斷方法有：

檢查數控系統是否有速度控制信號輸出；

檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態，分析機床PLC梯形圖(或流程圖)，以確定進給軸的起動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足；

對帶電磁製動的伺服電動機，應檢查電磁製動是否釋放；

進給驅動單元故障；

伺服電動機故障。

深度解析編碼器的作用，以及常見伺服編碼器

伺服編碼器是工業機器人技術核心伺服電機的必配，對於伺服電機性能乃至機器人性能的作用極為關鍵。不僅僅是工業機器人，伺服電機在自動化應用已越來越廣泛。隨著工業機器人大熱，而其中的伺服編碼器也成為自動化行業關注的焦點之一。

（圖片來自於網路）

工業編碼器的市場大致可分為自動化加工應用類（FA)編碼器、過程式控制制及記錄類(PA)編碼器、高精度測量類編碼器、數字信息化應用類編碼器、安全保護類編碼器、內置儀錶類編碼器等等，其中在自動化加工應用類編碼器中，又由於伺服電機的熱度分出了電機反饋專用型編碼器—伺服反饋編碼器和矢量變頻反饋編碼器。由於近年來伺服電機的迅猛發展和工業機器人熱點，有關伺服編碼器的話題很熱，也頗有困惑與爭議。我在此伺服編碼器簡介系列的介紹中，與網友們共同探討伺服編碼器的各種特點與爭論疑點。

伺服電機與變頻電機根本的不同是必須配有編碼器反饋，在每一個時刻的位置環、速度環和電流環的三閉環控制。如下圖：

伺服反饋編碼器對伺服電機的重要特性具有決定性的影響：

1， 定位精度

2， 速度穩定性

3， 帶寬，它決定驅動指令的響應時間和抗干擾性能

4， 伺服剛性

5， 電機尺寸

6, 功率損耗

7， 噪音與發熱

8， 安全性

其中特別是伺服編碼器在輸出信號特徵上與普通編碼器的不同：

1，驅動換向信號組：伺服編碼器（同步伺服電機）與普通編碼器不同的第一個特點，是要提供啟動電流換向的感測信號反饋。在同步伺服電機的啟動時，電極啟動位置由編碼器提供，對應每組UVW繞組的位置反饋，以確定電機繞線組線圈驅動電流相位。當伺服控制需要加速、減速時，通過驅動電流相位的提前量與滯後量，控制電機的加速與減速轉換，以達到對電機加速度正與反的控制。

應對這樣的位置反饋要求，伺服編碼器換向信號組主要有以下三種形式：

帶有UVW信號

一圈一個周期的正餘弦的CD信號（模擬量單圈絕對值信號）

數字量單圈絕對值編碼器信號

下圖是這三種不同換向信號的光電碼盤

2，高解析度輸出的信號組：電機轉速與加速平穩性要求的感測反饋，需要編碼器輸出的高解析度信號組。在高速旋轉過程中，要求採樣周期儘可能短，而在很短的採樣周期內可分辨讀取的變化量信號足夠多，才能得到精確的速度反饋信息。這就需要編碼器具有高解析度以獲得單位時間內更多的角度變化分辨，確定速度計算的精度。

伺服編碼器輸出的這組作為高解析度的信號常見的也有以下幾種：

2500線方波脈衝信號——四倍頻

2048線AB相正餘弦信號——細分

高位數的數字串列信號——17位、19位、22位、25位高解析度等等。

3，電子標籤與安全保護。編碼器在電機上安裝初始位置的寄存，便於每次電機啟動。以及提供各種參數保存、校驗碼、預設報警等等。如果選用絕對值編碼器，宜選用具有雙向數字化信號的介面，可實現電機安裝初始化時控制器向編碼器寫入電子標籤並保存，例如電機轉子原點位置的坐標旋轉並該單電機永久性保存初始位置。

4，綜合特性：精度與輸出刷新周期。伺服電機的加速度、加加速度響應及精度的感測反饋的重要貢獻，也就是伺服的剛性.——這才是伺服編碼器綜合性能的核心要素。這需要編碼器在有高解析度的同時還具有高精度，這個高精度包括角度位置的精度與輸出刷新周期、反饋時間與執行到位時間差的時差高精度。

伺服的剛性：

剛性一詞，原本出自於聯軸器，指聯軸器兩端輸入軸與輸出軸的聯結是剛性的還是柔性的，如果是剛性聯接，那麼輸入軸旋轉時，輸出軸在旋轉角度與時間響應上沒有任何損失。而如果是柔性的聯接，由於有柔性彈性，在角度與時間響應上會有損失，或振蕩。在伺服控制中，伺服剛性是指輸入伺服控制指令到系統輸出的速度與位置的執行到位能力，尤其是在快速的變加速度中指令輸入與系統執行輸出到位的響應程度。或者說伺服的「聽話程度」。

伺服剛性取決於編碼器的精度、輸出刷新率，到伺服電機的軸系精度、伺服運算與輸出響應，力矩與負載的變化、調製補償演算法等等很多因素，由於伺服演算法獲得信息的來源是編碼器信號的反饋，因此要做好伺服剛性首先就是要有合適的伺服編碼器性能與之匹配，這其中最主要的就是編碼器的精度與信號輸出刷新時間。目前市場上對伺服編碼器精度理解常常僅以編碼器的解析度來理解，事實上編碼器的解析度與精度是兩個概念，而信號輸出的刷新周期，也就是編碼器的各種數字信號比較，也是市場上議論的焦點，在本系列的後面幾篇我試圖來與網友們討論交流這些問題.

5,全閉環編碼器：直驅伺服電機（DD馬達）和直線驅動電機無需減速機構，直接輸出力矩與位置定位，其所配的編碼器為角度編碼器或直線光柵尺，它們是全閉環編碼器。需要經過減速裝置的伺服電機，其所配的編碼器是半閉環編碼器，由於減速機構的加工精度、安裝精度、齒隙、使用磨損、溫度環境帶來的變化，如需要有更高的精度，需要再配直線光柵尺，或者低速端加裝多圈絕對值編碼器，構成全閉環（或類全閉環）編碼器。另外在多電機協調同步控制時，有各個電機全閉環編碼器的同步對比，才能夠確保操作同步的可靠性。

6，內置電子多圈計數器功能：在加有減速機的半閉環情況下，為省去加裝全閉環編碼器，而利用伺服尾部編碼器的旋轉圈數計數器和編碼器的角度位置，來推算出減速機輸出端（低速端）的定位位置。定位精度有限，受制於減速裝置精度、齒隙與環境溫度等，以及演算法等等多重因素。

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