摘要：伺服係統是CNC係統和機床的聯係環節。數控機床技術水平的提高依賴於進給和主軸驅動的改善。並要求伺服係統有一定的故障診斷能力。
關鍵詞：伺服係統,主軸進給,故障診斷
SUMMARY：ServoSystemisactlinkofCNCSystemandmachine.TheCNCmachinetechniqueleveldependsonthefeedandspindledrive’simprove.Andrequiresservosystemhasacapabilitytodiagnosethetrouble.
KEYWORDS：ServoSystem
，mainspindlefeed,diagnosethetrouble
前言：伺服驅動係統（ServoSystem）簡(jian)稱(cheng)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)
，是(shi)一(yi)種(zhong)以(yi)機(ji)械(xie)位(wei)置(zhi)或(huo)角(jiao)度(du)作(zuo)為(wei)控(kong)製(zhi)對(dui)象(xiang)的(de)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，例(li)如(ru)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)等(deng)。使(shi)用(yong)在(zai)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)要(yao)求(qiu)具(ju)有(you)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)快(kuai)、定位準確、轉動慣量。（使(shi)用(yong)在(zai)機(ji)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)較(jiao)大(da)
，為(wei)了(le)能(neng)夠(gou)和(he)絲(si)杠(gang)等(deng)機(ji)械(xie)部(bu)件(jian)直(zhi)接(jie)相(xiang)連(lian)。伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)有(you)一(yi)種(zhong)專(zhuan)門(men)的(de)小(xiao)慣(guan)量(liang)電(dian)機(ji)，為(wei)了(le)得(de)到(dao)極(ji)高(gao)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)。但(dan)這(zhe)類(lei)電(dian)機(ji)的(de)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)低(di)，當(dang)使(shi)用(yong)在(zai)進(jin)給(gei)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)中(zhong)時(shi)，必(bi)須(xu)加(jia)減(jian)速(su)裝(zhuang)置(zhi)。轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)反(fan)映(ying)了(le)係(xi)統(tong)的(de)加(jia)速(su)度(du)特(te)性(xing)
，在(zai)選(xuan)擇(ze)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)時(shi)，係(xi)統(tong)的(de)轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)不(bu)能(neng)大(da)於(yu)電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)的(de)3倍。）jiaodadengtedian
，zheleizhuanyongdedianjichengweisifudianji。dangran，qijibengongzuoyuanliheputongdejiaozhiliudianjimeiyoushenmebutong。gaileidianjidezhuanyongqudongdanyuanchengweisifuqudongdanyuan，youshijianchengweisifu，yibanqineibubaokuodianliu、速度和/或位置閉環。

一概述
sifuxitongshiyijixieyundongdequdongshebei

，diandongjiweikongzhiduixiang，yikongzhiqiweihexin
，yidianlidianzigonglvbianhuanzhuangzhiweizhixingjigou

，zaizidongkongzhililundezhidaoxiazuchengdedianqichuandongzidongkongzhixitong。zheleixitongkongzhidiandongjidezhuanju、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現運動機械的運動要求。具體在數控機床中，伺服係統接收數控係統發出的位移、速度指令，經變換、放調與整大後，由電動機和機械傳動機構驅動機床坐標軸
、主zhu軸zhou等deng，帶dai動dong工gong作zuo台tai及ji刀dao架jia，通tong過guo軸zhou的de聯lian動dong使shi刀dao具ju相xiang對dui工gong件jian產chan生sheng各ge種zhong複fu雜za的de機ji械xie運yun動dong，從cong而er加jia工gong出chu用yong戶hu所suo要yao求qiu的de複fu雜za形xing狀zhuang的de工gong件jian。作zuo為wei數shu控kong機ji床chuang的de執zhi行xing機ji構gou，伺si服fu係xi統tong將jiang電dian力li電dian子zi器qi件jian

、控製、驅動及保護等集為一體，並隨著數字脈寬調製技術、特種電機材料技術
、微(wei)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)及(ji)現(xian)代(dai)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)，經(jing)曆(li)了(le)從(cong)步(bu)進(jin)到(dao)直(zhi)流(liu)，進(jin)而(er)到(dao)交(jiao)流(liu)的(de)發(fa)展(zhan)曆(li)程(cheng)。數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)中(zhong)的(de)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)種(zhong)類(lei)繁(fan)多(duo)，本(ben)文(wen)通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)其(qi)結(jie)構(gou)及(ji)簡(jian)單(dan)歸(gui)分(fen)，對(dui)其(qi)技(ji)術(shu)現(xian)狀(zhuang)及(ji)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)作(zuo)簡(jian)要(yao)探(tan)討(tao)。
1伺服驅動係統的作用：
伺服驅動係統是CNC裝置和機床的聯係環節。CNC裝zhuang置zhi發fa出chu的de控kong製zhi信xin息xi，通tong過guo伺si服fu驅qu動dong係xi統tong，轉zhuan換huan成cheng坐zuo標biao軸zhou的de運yun動dong，完wan成cheng程cheng序xu所suo規gui定ding的de操cao作zuo。伺si服fu驅qu動dong係xi統tong是shi數shu控kong機ji床chuang的de重zhong要yao組zu成cheng部bu分fen。伺si服fu驅qu動dong係xi統tong作zuo用yong有you：
（1）伺服驅動係統具有放大控製信號的能力；
（2）根據CNC裝置發出的控製信號對機床移動部件的位置和速度進行控製。
2數控機床對伺服驅動係統的要求：
數控機床集中了傳統的自動機床，精密機床和萬能機床三者的優點
，將高效率，高精度和高柔性集中於一體。
（1）可逆運行
（2）速度範圍寬
（3）具有足夠的傳動剛性和速度穩定性
（4）響應快速並無超調
（5）高精度
（6）低速度大轉矩
二伺服驅動係統的分類
數控機床的伺服驅動係統按其用途和功能分為進給驅動係統和主軸驅動係統
；按其控製原理和有無位置檢測反饋環節分為開環係統和閉環係統；anqudongzhixingyuanjiandedongzuoyuanlifenweidianyesifuqudongxitonghedianqisifuqudongxitong。dianqisifuqudongxitongyoufenweizhiliusifuqudongxitonghejiaoliusifuqudongxitong。
1.進給驅動與主軸驅動
jingeiqudongshiyongyushukongjichuanggongzuotaihuodaojiazuobiaodekongzhixitong
，kongzhijichuanggezuobiaozhoudeqiexuejingeiyundong
，bingtigongqiexueguochengsuoxudezhuanju。zhuzhouqudongkongzhijichuangzhuzhoudexuanzhuanyundong，weijichuangzhuzhoutigongqudonggonglvhesuoxudeqiexueli。yibandi，duiyujingeiqudongxitong，zhuyaoguanxintadezhuanjudaxiao、調節範圍的大小和調節精度的高低，以及動態響應速度的快慢。對於主軸驅動係統
，主要關心其是否具有足夠的功率、寬的恒功率調節範圍及速度調節範圍。
2.開環控製和閉環控製
數控機床伺服驅動係統的基本組成如圖所示。數控機床的伺服驅動係統按有無反饋檢測單元分為開環和閉環兩種類型(見數控機床伺服驅動係統分類)
，zheliangzhongleixingdesifuqudongxitongdejibenzuchengbuwanquanxiangtong。danbuguanshinazhongleixing，zhixingyuanjianjiqiqudongkongzhidanyuandoubibukeshao。qudongkongzhidanyuandezuoyongshijiangjingeizhilingzhuanhuaweiqudongzhixingyuanjiansuoxuyaodexinhaoxingshi
，zhixingyuanjianzejianggaixinhaozhuanhuaweixiangyingdejixieweiyi。

開環伺服驅動係統由驅動控製單元、執行元件和機床組成。通常，執行元件選用步進電機。執行元件對係統的特性具有重要影響。
閉環伺服驅動係統由執行元件、驅動控製單元、機床，以及反饋檢測單元
、比bi較jiao控kong製zhi環huan節jie組zu成cheng。反fan饋kui檢jian測ce單dan元yuan將jiang工gong作zuo台tai的de實shi際ji位wei置zhi檢jian測ce後hou反fan饋kui給gei比bi較jiao控kong製zhi環huan節jie，比bi較jiao控kong製zhi環huan節jie將jiang指zhi令ling信xin號hao和he反fan饋kui信xin號hao進jin行xing比bi較jiao，以yi兩liang者zhe的de差cha值zhi作zuo為wei伺si服fu係xi統tong的de跟gen隨sui誤wu差cha經jing驅qu動dong控kong製zhi單dan元yuan
，驅qu動dong和he控kong製zhi執zhi行xing元yuan件jian帶dai動dong工gong作zuo台tai運yun動dong。
在CNC係統中，由於計算機的引入
，比較控製環節的功能由軟件完成
，從而導致係統結構的一些改變，但基本上還是由執行元件

、反饋檢測單元、比較控製環節、驅動控製單元和機床組成。
3.直流伺服驅動與交流伺服驅動
70年代和80年nian代dai初chu，數shu控kong機ji床chuang多duo采cai用yong直zhi流liu伺si服fu驅qu動dong。直zhi流liu大da慣guan量liang伺si服fu電dian機ji具ju有you良liang好hao的de寬kuan調tiao速su性xing能neng，輸shu出chu轉zhuan矩ju大da，過guo載zai能neng力li強qiang，而er且qie，由you於yu電dian機ji慣guan性xing與yu機ji床chuang傳chuan動dong部bu件jian的de慣guan量liang相xiang當dang，構gou成cheng閉bi環huan後hou易yi於yu調tiao整zheng。而er直zhi流liu中zhong小xiao慣guan量liang伺si服fu電dian機ji及ji其qi大da功gong率lv晶jing體ti管guan脈mai寬kuan調tiao製zhi驅qu動dong裝zhuang置zhi，比bi較jiao適shi應ying數shu控kong機ji床chuang對dui頻pin繁fan啟qi動dong、製動

，以及快速定位
、切削的要求。但直流電機一個最大的特點是具有電刷和機械換向器，這限製了它向大容量
、高電壓、高速度方向的發展，使其應用受到限製。
進入80niandai
，zaidianjikongzhilingyujiaoliudianjitiaosujishuqudeletupoxingjinzhan，jiaoliusifuqudongxitongdajujinrudianqichuandongtiaosukongzhidegegelingyu。jiaoliusifuqudongxitongdezuidayoudianshijiaoliudianjirongyiweixiu，zhizaojiandan，yiyuxiangdarongliang、gaosudufangxiangfazhan，shiheyuzaijiaoeliedehuanjingzhongshiyong。tongshi，congjianshaosifuqudongxitongwaixingchicunhetigaokekaoxingjiaodulaikan
，caiyongjiaoliudianjibizhiliudianjijianggengheli。
三數控機床伺服係統的故障診斷
數控機床伺服係統故障占機床總故障的比率較高。由於伺服係統涉及的環節較多，加之種類繁多
、技術原理各具特色，給維修診斷帶來困難，因此歸納一些故障診斷方法很有必要。
數控機床坐標軸的移動定位是由位置伺服係統來完成的。位置伺服係統一般采用閉環或半閉環控製。(半)閉環控製的特點就是任一環節發生故障都可能導致係統定位不準確、不(bu)穩(wen)定(ding)或(huo)失(shi)效(xiao)。診(zhen)斷(duan)定(ding)位(wei)故(gu)障(zhang)環(huan)節(jie)就(jiu)成(cheng)為(wei)維(wei)修(xiu)的(de)關(guan)鍵(jian)。根(gen)據(ju)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)原(yuan)理(li)和(he)係(xi)統(tong)接(jie)口(kou)的(de)特(te)性(xing)
，對(dui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)分(fen)解(jie)判(pan)斷(duan)，已(yi)成(cheng)為(wei)行(xing)之(zhi)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)法(fa)。
1主軸伺服係統的故障及診斷方法
當主軸伺服係統發生故障時
，通常有三種表現形式：一是在CRT或操作麵板上顯示報警信息或報警內容；二是在主軸驅動裝置上用警報燈數碼管顯示主軸驅動裝置的故障；三是主軸工作不正常

，但無任何報警信息，主軸伺服係統常見的故障有：
（1）、外界幹擾
由you於yu受shou電dian磁ci幹gan擾rao，屏ping蔽bi和he接jie地di措cuo施shi不bu良liang，主zhu軸zhou轉zhuan速su指zhi令ling信xin號hao或huo反fan饋kui信xin號hao受shou到dao幹gan擾rao
，使shi主zhu軸zhou驅qu動dong出chu現xian隨sui機ji和he無wu規gui律lv性xing的de波bo動dong。判pan別bie有you無wu幹gan擾rao的de方fang法fa是shi：當主軸轉速指令為零時，主軸仍往複轉動，調整零速平衡和漂移補償也不能消除故障。
（2）

、過載
切削用量過大，頻繁正
、反轉等均可引起過載報警。具體表現為主軸電動機過熱、主軸驅動張製顯示過電流報警等。
（3）
、主軸定位抖動
主軸準停用於刀具交換，精鏜退刀以及齒輪換檔等場合
，有三種實現方式：
（1）機械準停控製
（2）磁性傳感器的電氣準停控製
（3）編碼器型的準停控製
（4）
、主軸轉速與進給不匹配
dangjinxingluowenqiexuehuoyongmeizhuanjingeizhilingqiexueshi
，huichuxiantingzhijingei，zhuzhourengjixuyunzhuandeguzhang。yaozhixingmeizhuanjingeidezhiling，zhuzhoubixuyoumeizhuanyigemaichongdefankuixinhao，yibanqingkuangxiaweizhuzhoubianmaqiyouwenti。keyiyongxialiefangfalaiqueding：1.CRT畫麵有報警顯示。2.通過CRT調用機床數據或I/O狀態，觀察編碼器的信號狀態，3.用每分鍾進給指令代替每轉進給來執行程序
，觀察故障是否消失。
（5）、轉速偏離指令值
當主軸轉速超過技術要求所規定的範圍時，要考慮：1.電動機過載。2.CNC係統輸出的主軸轉速模擬量（通常為0―+-10V）沒有達到與轉速指令對應的值。3.測速裝置有故障或速度反饋信號斷線。4.主軸驅動裝置故障。
（6）、主軸異常噪聲及振動
首先要區別異常噪聲及振動發生在主軸機械部分還是在電氣驅動部分。1.在減速過程中發生一般是又驅動裝置造成的，如交流驅動中的再生回路故障。2.在恒轉速時產生，可通過觀察主軸電動機自由停車過程中是否有噪音和振動的來區別
，如存在
，則主軸機械部分有問題3.檢查
振動周期是否與轉速有關。如無關，一般是主軸驅動裝置未調整好；如有關
，應檢查主軸機械部分是否良好，測速裝置是否不良。
（7）、主軸電動機不轉
CNC係統至主軸驅動裝置除了轉速模擬量控製信號外
，還有使能控製信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。1.檢查CNC係統是否有速度控製信號輸出。2.檢查能使信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態，分析機床PLC圖形（或流程圖）
，以確定主軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。3.主軸驅動裝置故障。4.主軸電動機故障。
四進給伺服係統的故障及診斷方法
1．超程
當進給運動超過由軟件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，根據數控係統說明書
，即可排除故障，解除報警。
2．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。
3．竄動
在進給時出現竄動現象：①測速信號不穩定，如測速裝置故障
、測速反饋信號幹擾等；②速度控製信號不穩定或受到幹擾；③jiexianduanzijiechubuliang，ruluodingsongdongdeng。dangcuandongfashengzaiyouzhengfangxiangyundongyufanxiangyundongdehuanxiangshunjianshi，yibanshiyouyujingeichuandongliandefanxiangjianxihuosifuxitongzengyiguodasuozhi。
4．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、伺服係統增益低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是：伺(si)服(fu)電(dian)動(dong)機(ji)和(he)滾(gun)珠(zhu)絲(si)杠(gang)聯(lian)接(jie)用(yong)的(de)聯(lian)軸(zhou)器(qi)，由(you)於(yu)聯(lian)接(jie)鬆(song)動(dong)或(huo)聯(lian)軸(zhou)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)缺(que)陷(xian)，如(ru)裂(lie)紋(wen)等(deng)
，造(zao)成(cheng)滾(gun)珠(zhu)絲(si)杠(gang)轉(zhuan)動(dong)與(yu)伺(si)服(fu)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)轉(zhuan)動(dong)不(bu)同(tong)步(bu)，從(cong)而(er)使(shi)進(jin)給(gei)運(yun)動(dong)忽(hu)快(kuai)忽(hu)慢(man)，產(chan)生(sheng)爬(pa)行(xing)現(xian)象(xiang)。
5．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er機ji床chuang速su度du的de整zheng個ge調tiao節jie過guo程cheng是shi由you速su度du調tiao節jie器qi來lai完wan成cheng的de
，即ji凡fan是shi與yu速su度du有you關guan的de問wen題ti
，應ying該gai去qu查zha找zhao速su度du調tiao節jie器qi，因yin此ci振zhen動dong問wen題ti應ying查zha找zhao速su度du調tiao節jie器qi。主zhu要yao從cong給gei定ding信xin號hao、反饋信號及速度調節器本身這三方麵去查找故障。
6．伺服電動機不轉
數控係統至進給驅動單元除了速度控製信號外，還有使能控製信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。伺服電動機不轉，常用診斷方法有：①檢查數控係統是否有速度控製信號輸出
；②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；③對帶電磁製動的伺服電動機，應檢查電磁製動是否釋放
；④進給驅動單元故障；⑤伺服電動機故障。
為了使數控係統能更好地加工零件，要加強對伺服係統及其故障診斷的了解。