1、摘要進給驅動系統的性能在一定程度上決定了數控系統的性能，直接影響了加工工件的精度。對它做好良好的維護與維修，是數控機床的關鍵。介紹步進驅動系統的原理和主要特性作簡單介紹后，列出了步進驅動系統的主要故障及排除，并列出相應維修實例。簡介了進給伺服驅動系統，列出了進給伺服驅動系統的主要報警及處理、主要故障及排除，并列出了維修實例。關鍵詞；進給系統、診斷、維修。數控機床進給系統的故障診斷與維修前言進給驅動系統的性能在一定程度上決定了數控系統的性能，決定了數控機床的檔次，因此，在數控技術發展的歷程中，進給驅動系統的研制和發展總是放在首要的位置。數控系統所發出的控制指令，是通過進給驅動系統來驅動機械執行部

2、件，最終實現機床精確的進給運動的。數控機床的進給驅動系統是一種位置隨動與定位系統，它的作用是快速、準確地執行由數控系統發出的運動命令，精確地控制機床進給傳動鏈的坐標運動。它的性能決定了數控機床的許多性能，如最高移動速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。一、數控機床對進給驅動系統的要求（一）調速范圍要寬調速范圍rn是指進給電動機提供的最低轉速nmin和最高轉速nmax之比，即：rn=nmin/nmax。在各種數控機床中，由于加工用刀具、被加工材料、主軸轉速以及零件加工工藝要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進給驅動系統必須具有足夠寬的無級調速范圍（通常大于110000）。尤其在低

3、速（如0.1r/min）時，要仍能平滑運動而無爬行現象。（二）定位精度要高使用數控機床主要是為了：保證加工質量的穩定性、一致性，減少廢品率；解決復雜曲面零件的加工問題；解決復雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等。數控機床是按預定的程序自動進行加工的，避免了操作者的人為誤差，但是，它不可能應付事先沒有預料到的情況。就是說，數控機床不能像普通機床那樣，可隨時用手動操作來調整和補償各種因素對加工精度的影響。因此，要求進給驅動系統具有較好的靜態特性和較高的剛度，從而達到較高的定位精度，以保證機床具有較小的定位誤差與重復定位誤差（目前進給伺服系統的分辨率可達1m或0.1m，甚至0.01m）；同時進給驅動

4、系統還要具有較好的動態性能，以保證機床具有較高的輪廓跟隨精度。（三）快速響應，無超調為了提高生產率和保證加工質量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快。一方面，在啟、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短進給系統的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。一般電動機的速度從零變到最高轉速，或從最高轉速降至零的時間在200ms以內，甚至小于幾十毫秒。這就要求進給系統要快速響應，但又不能超調，否則將形成過切，影響加工質量；另一方面，當負載突變時，要求速度的恢復時間也要短，且不能有振蕩，這樣才能得到光滑的加工表面。要求進給電動機必須具有較小的轉動慣量和大的制動轉

5、矩，盡可能小的機電時間常數和起動電壓。電動機具有4000r/s2以上的加速度。(四)低速大轉矩，過載能力強數控機床要求進給驅動系統有非常寬的調速范圍，例如在加工曲線和曲面時，拐角位置某軸的速度會逐漸降至零。這就要求進給驅動系統在低速時保持恒力矩輸出，無爬行現象，并且具有長時間內較強的過載能力，和頻繁的起動、反轉、制動能力。一般，伺服驅動器具有數分鐘甚至半小時內1.5倍以上的過載能力，在短時間內可以過載46倍而不損壞。（五）可靠性高數控機床，特別是自動生產線上的設備要求具有長時間連續穩定工作的能力，同時數控機床的維護、維修也較復雜，因此，要求數控機床的進給驅動系統可靠性高、工作穩定性好，具有較強

6、的溫度、濕度、振動等環境適應能力，具有很強的抗干擾的能力。二、步進驅動系統常見故障及排除步進驅動系統簡單來說，包括有步進電動機和步進驅動器。（一）步進電動機原理簡介及分類1. 步進電動機原理簡介步進電動機流行于70年代，該系統結構簡單、控制容易、維修方面，且控制為全數字化；是一種能將數字脈沖轉化成一個步距角增量的電磁執行元件；能很方便地將電脈沖轉換為角位移，具有較好的定位精度，無漂移和無積累定位誤差的優點，能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列，可作同步電動機使用。隨著計算機技術的發展，除功率驅動電路之外，其它部分均可由軟件實現，從而進一步簡化結構。因此，至今國內外對這種系統仍在進一步開發。但是，由于步進

7、電動機基本上是用開環系統，精度不高，不能應用于中高檔數控機床；步進電動機耗能大，速度低(遠不如交、直流電動機)。因此，目前步進電動機僅用于小容量、低速、精度要求不高的場合，如經濟型數控，打印機、繪圖機等計算機的外部設備。步進電動機是一種同步電動機，其結構同其它電動機一樣，由定子和轉子組成，定子為激磁場，其激磁磁場為脈沖式，即磁場以一定頻率步進式旋轉，轉子則隨磁場一步一步前進。2. 步進電動機分類步進電動機按轉矩產生的原理可分為反應式、永磁式及混合式步進電動機；從控制繞組數量上可分為二相、三相、四相、五相、六相步進電動機；從電流的極性上可分為單極性和雙極性步進電動機；從運動的型式上可分為旋轉、直

8、線、平面步進電動機。(二） 步進電動機的驅動電路控制方式1.步進電動機的驅動電路控制方式步進電動機繞組的驅動電路，單極性電流一般采用圖2-1雙管串聯電路,雙極性電流一般采用圖2-1的h橋電路;對于三相混合式步進電動機則采用三相逆變橋電路,見圖2-1圖2-1 步進電動機驅動電路（三）步進驅動裝置常見故障及排除正如前所述，步進驅動是開環控制系統中最常選用的伺服驅動系統。開環進給系統的結構較簡單，調試、維修、使用都很方便，工作可靠，成本低廉。在一般要求精度不太高的機床上曾得到廣泛應用。使用過程中，步進驅動系統常見如下故障：1.電動機過熱報警，可能原因及故障排除見表2-1。表2-1：步進電動機過熱的報

9、警綜述故障現象可能原因排除措施有些系統會報警，顯示電動機過熱。用手摸電動機，會明顯感覺溫度不正常，甚至燙手工作環境過于惡劣，環境溫度過高重新考慮機床應用條件，改善工作環境參數選擇不當，如電流過大，超過相電流根據參數說明書，重新設置參數電壓過高建議穩壓電源2.工作過程中停車，在工作正常的狀況下，發生突然停車的故障。引起此故障的可能原因見表2-2。表2-2 工作過程中停車的故障綜述 可能原因檢查步驟排除措施驅動電源故障用萬用表測量驅動電源的輸出更換驅動器驅動電路故障發生脈沖電路故障電動機故障繞組燒壞更換電動機電動機線圈匝間短路或接地用萬用表測量線圈間是否短路雜物卡住可目測消除外界的干擾因素3.無力

10、或者是出力降低或稱“悶車”，即在工作過程中，某軸有可能突然停止，俗稱“悶車”，可能原因見表2-3。 表2-3：“悶車”的可能原因及排除措施故障部位可能原因排除措施驅動器端故障電壓沒有從驅動器輸出來檢查驅動器，確保有輸出驅動器故障更換驅動器電動機繞組內部發生錯誤電動機端故障電動機繞組碰到機殼，發生相間短路或者線頭脫落電動機軸斷更換電動機電動機定子與轉子之間的氣隙過大專業電動機維修人員調整好氣隙或更換電動機外部故障電壓不穩重新考慮負載和切削條件會造成“悶車”的原因可能是：負載過大或切削條件惡劣重新考慮負載和切削條件 4.步進電動機失步或多步，此故障引起的可能現象是工作過程中，配置步進驅動系統的某軸

11、突然停頓，而后，又繼續走動。此故障的可能原因具體綜述見表2-4。表2-4：步進電動機失步或多步的可能原因及排除措施可能原因檢查步驟排除措施負載過大，超過電動機的承載能力重新調整加工程序切削參數負載忽大忽小是否毛坯余量分配不均勻等調整加工條件負載的轉動慣量過大，啟動時失步、停車時過沖可在不正式加工的條件下進行試運行，判斷是否有此想象發生重新考慮負載的轉動慣量傳動間隙大小不均進行機械傳動精度的檢驗進行螺距誤差補償傳動間隙產生的零件有彈性變形重新考慮這種材料的工件的加工方案（四）步進電動機常見故障及維修常見故障見表2-5。表2-5：步進電動機常見故障綜述故障現象可能原因排除措施電動機尖叫cnc中與伺

12、服驅動有關的參數設定、調整不當引起的正確設置參數電動機不能旋轉保險絲是否熔斷更換保險絲動力線短線確保動力線連接良好參數設置不當依照參數說明書，重新設置相關參數電動機卡死主要是機械故障，排除卡死的故障原因，經驗證，確保電動機正常后，方可繼續使用生銹或故障更換步進電動機電動機發熱異常動力線r、s、t連線不搭配正確連接r、s、t線三、進給伺服驅動系統介紹（一）進給伺服驅動系統的組成及分類1.進給伺服驅動系統的組成數控機床的伺服系統一般由驅動控制單元，驅動單元，機械傳動部件，執行機構和檢測反饋環節等組成。驅動控制單元和驅動單元組成伺服驅動系統。機械傳動部件和執行機構組成機械傳動系統。檢測元件和反饋電路

13、組成檢測裝置，也稱檢測系統。進給伺服系統的任務就是要完成各坐標軸的位置控制。數控系統根據輸入的程序指令及數據，經插補運算后得到位置控制指令，同時，位置檢測裝置將實際位置監測信號反饋于數控系統，構成全閉環或半閉環的位置控制。經位置比較后，數控系統輸出速度控制指令至各坐標軸的驅動裝置，經速度控制單元驅動伺服電動機滾珠絲杠傳動實現進給運動。伺服電動機上的反饋裝置將轉速信號反饋回系統與速度控制指令比較，構成速度反饋控制。因此，進給伺服系統實際上是外環為位置環、內環為速度環的控制系統。對進給伺服系統的維護及故障診斷將落實到位置環和速度環上。組成這兩個環的具體裝置有：用于位置檢測的有光柵、光電編碼器、感應

14、同步器、旋轉變壓器和磁柵等；用于轉速檢測的有測速發電動機或光電編碼器等。2.進給伺服驅動系統的分類按伺服進給系統使用的伺服類型，半閉環、閉環數控機床常用的伺服進給系統可以分直流伺服驅動系統和交流伺服驅動系統兩大類。下面將分別按直流伺服驅動系統、交流伺服驅動系統來闡述其維修與維護的相關知識。（二）直流進給驅動系統的介紹1.交流伺服系統的組成交流伺服系統主要由下列幾個部分構成，如圖3-1所示。（1）交流伺服電動機。可分為永磁交流同步伺服電動機，永磁無刷直流伺服電動機、感應伺服電動機及磁阻式伺服電動機；（2）pwm功率逆變器。可分為功率晶體管逆變器、功率場效應管逆變器、igbt逆變器（包括智能型ig

15、bt逆變器模塊）等。（3）微處理器控制器及邏輯門陣列。可分為單片機、dsp數字信號處理器、dsp+cpu、多功能dsp（如tms320f240）等；（4）位置傳感器（含速度）。可分為旋轉變壓器、磁性編碼器、光電編碼器等；（5）電源及能耗制動電路；（6）鍵盤及顯示電路；（7）接口電路。包括模擬電壓、數字i/o及串口通訊電路（8）故障檢測，保護電路。鍵盤、顯示rs232i/odsp邏輯門陣列模擬輸入電源、制動igbt逆變器交流伺服電動機故障檢測、保護位置傳感器圖3-1 交流伺服系統組成2.交流伺服電動機的簡介交流伺服電動機可依據電動機運行原理的不同，分為感應式（或稱異步）交流伺服電動機、永磁式同步

16、電動機、永磁式無刷直流伺服電動機、和磁阻同步交流伺服電動機。這些電動機具有相同的三相繞組的定子結構。目前市場上的交流伺服電動機產品主要是永磁同步伺服電動機及無刷直流伺服電動機。四、進給伺服驅動系統常見故障及排除（一）進給伺服系統常見的故障及處理1.機床振動指的是機床在移動式或停止時的振蕩、運動時的爬行、正常加工過程中的運動不穩等等。故障可能是機械傳動系統的原因，亦可能是伺服進給系統的調整與設定不當等等。（1）開停機時振蕩的故障原因、檢查和處理方法見下表4-1。表4-1 機床振動的原因與檢查、處理方法項目故障原因檢查步驟措施1位置控制系統參數設定錯誤對照系統參數說明檢查原因設定正確的參數2速度控

17、制單元設定錯誤對照速度控制單元說明或根據機床廠提供的設定單檢查設定正確設定速度控制單元3反饋裝置出錯反饋裝置本身是否有故障更換反饋裝置反饋裝置連線是否正確正確連接反饋線4電動機本身有故障用替換法，檢查是否電動機有故障如有故障，更換電動機5振動周期與進給速度成正比故障原因：機床、檢測器、不良，插不精度差或檢測增益設定太高若插補精度差，振動周期可能為位置檢測器信號周期的1或2倍；若為連續振動，可能是檢測增益設定太高。檢查與振動周期同步的部分，并找到不良部分更換或維修不良部分，調整或檢測增益2.機床定位精度或加工精度差 機床定位精度或加工精度差可分為定位超調、單脈沖進給精度差、定位點精度不好、圓弧插

18、補加工的圓度差等情況。其故障的原因、檢查和處理方法見表4-2。表4-2 機床定位精度和加工精度差的原因與檢查、處理方法項目故障原因檢查步驟措施超調1加/減速時間設定過小檢測起、制動電流是否已經飽和延長加/減速時間設定2與機床的連接部分剛性差或連接不牢固檢查故障是否可以通過減小位置環增益改善減小位置環增益或提高機床的剛性單脈沖精度差1需要根據不同情況進行故障分析檢查定位時位置跟隨誤差是否正確若正確，見第2項，否則第3項2機械傳動系統存在爬行或松動檢查機械部件的安裝精度與定位精度調整機床機械傳動系統3伺服系統的增益不足調整速度控制單元扮傻姑娘的相應旋鈕，提高速度環增益提高位置環、速度環增益定位精度

19、不良1需根據不同情況進行故障分析檢查定位是位置跟隨誤差是否正確若正確，見第2項，否則第3項2機械傳動系統存在爬行或松動檢查機械部件的安裝精度與定位精度調整機床機械傳動系統3位置控制單元不良更換位置控制單元板（主板）更換不良板4位置檢測器件（編碼器、光柵）不良檢測位置檢測器件（編碼器、光柵）更換不良位置檢測期間（編碼器、光柵）5速度控制單元控制板不良維修、更換不良板圓弧插補加工的圓度差1需根據不同情況進行故障分析測量不圓度，檢查周向上是否變形，45方向上是否成橢圓若軸向變形，則見第2項，若45方向上成橢圓，則見第3項2機床反向間隙大、定位精度差測量各軸的定位精度與反向間隙調整機床，進行定位精度、

20、反向間隙的補償3位置環增益設定不當調整控制單元，使同樣的進給速度下各插補軸的位置跟隨誤差的差值在1%以內調整位置環增益以消除各軸間的增益差4各插補軸的檢測增益設定不良在項目3調整后，在45上成橢圓調整檢測增益5感應同步器或旋轉變壓器的接口板調整不良檢查接口板的調整重新調整接口板6絲杠間隙或傳動系統間隙測量、重新調整間隙調整間隙或改變間隙補償值3.位置跟隨誤差超差報警 伺服軸運動超過位置允差范圍時，數控系統就會產生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因及排除見表4-3。表4-3：位置跟隨誤差超差報警的原因及處理故障原因檢查步驟措施伺服過載或有故障查看伺服驅動器相應的報警

21、指示燈減輕負載，讓機床工作在額定負載以內動力線或反饋線連接錯誤檢查連線正確連接電動機與反饋裝置的連接線伺服變壓器過熱查看相應的工作條件和狀態觀察散熱風扇是否工作正常，作好散熱措施保護熔斷器熔斷輸入電源電壓太低用萬用表測量輸入電壓確保輸入電壓正常伺服驅動器與cnc間的信號電纜連接不良檢查信號電纜的連接，分別測量電纜信號線各引腳的通斷確保信號電纜傳輸正常干擾檢查屏蔽線處理好地線以及屏蔽層參數設置不當檢查設置位置跟隨誤差的參數，如：伺服系統增益設置不當，位置偏差值設定錯誤或過小依參數說明書正確設置參數速度控制單元故障都可以用同型號的備用電路板來測試現在的電路板是否有故障如果確認故障，更換相應電路板或

22、驅動器系統主板的位置控制部分故障編碼器反饋不良用手轉動電動機，看反饋的數值是否相符如果確認不良，更換編碼器機械傳動系統有故障如: 進給傳動鏈累計誤差過大或機械結構連接不好而造成的傳動間隙過大;排除機械故障，確保工作正常4.超程 當進給運動超過由軟件設定的軟限位或由限位開關決定的硬限位時，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，解除超程。具體情況見表4-4表4-4 超程故障的原因及排除故障現象可能原因排除措施系統出錯，提示某軸硬件超程零件太大，不適合在此機床上加工重新考慮加工次零件的條件伺服的超程回路短路此次檢驗超程回路，避免超程信號的誤輸入系統報警，提

23、示某軸軟超程程序錯誤重新編制程序刀具起點位置有誤重新對刀5.超過速度控制范圍（一般crt上有超速的提示）速度控制單元超速的原因及排除見表4-5：表4-5 超速的報警及處理故障原因檢查步驟排除措施測速反饋連接錯誤用萬用表測量各端子極性按相應端子連接好反饋線檢測信號不正確或無速度與位置檢測信號檢查聯軸器、與工作臺的連接是否良好正確連接工作臺與聯軸器之間的連接速度控制單元參數設定不當或設置過低檢查相應參數是否不當，如加減速捷速時間常數設置過小重新設置參數位置控制板發生故障檢查來自f/v轉速的速度反饋信號為輸入到速度控制單元工作是否正常更換位置控制板或驅動器（二）交流伺服電動機的故障診斷及維修1.交流

24、伺服電動機的基本檢查 原則上說，交流伺服電動機可以不需要維修，因為它沒有損壞。但由于交流伺服電動機內含有精密檢測器，因此，當發生碰撞、沖擊時可能會引起故障，維修實應對作如下檢查：（1）是否受到任何機械損傷？（2）旋轉部分是否可用手正常轉動？（3）帶制動器的，制動器是否正常？（4）是否有任何松動螺釘或間隙？（5）是否安裝在潮濕、溫度變化劇烈和有灰塵的地方？等等。2.交流伺服電動機常見的故障有：故障現象可能原因排除措施接線故障如：插座脫焊或端子接線松開虛焊，連接不牢固確保連接正常且穩定位置檢測裝置故障檢驗其是否有輸出信號更換反饋裝置得電不松開、失點不吸合制動電磁制動故障更換電磁閥轉子位置檢測裝置故

25、障 當霍爾開關或光電脈沖編碼器發生故障時，會引起失控，進給有振動。3.交流伺服故障判斷的方法有：(1)用萬用表或電橋測量電樞繞組的直流電阻，檢查是否斷路，并用兆歐表查絕緣是否良好。(2）將與機械裝置分離，用手轉動轉子，正常情況下感覺有阻力，轉一個角度后手放開，轉子又返回現象；如果用手轉動轉子時能連續轉幾圈并自由停下，該已損壞；如果用手不動或轉動后無返回，機械部分可能有故障。 4.脈沖編碼器的更換 如交流伺服的脈沖編碼器不良，就應更換脈沖編碼器。更換編碼器應按規定步驟進行（請參照相應安裝說明書）。注意，原聯接部分無定位標記的，編碼器不能隨便拆離，不然會使相位錯位；對采用霍爾元件換向的應注意開關的

26、出線順序。平時，不應敲擊上安裝位置檢測裝置的部位。另外，伺服一般在定子中埋設熱敏電阻，當出現過熱報警時，應檢查熱敏電阻是否正常。五、進給驅動系統的維護（一）直流伺服電動機的維護1.存放要求 不要將直流伺服電動機長期存放在市外，也要避免存放在適度高，溫度有急劇變化和多塵的地方，如需存放一年以上，應將電刷從電動機上取下來，否則容易腐蝕換向器，損壞。2.當機床長期不運行時的保養 當機床長達幾個月不開動的情況下，要對全部電刷進行檢查，并要認真檢查換向器表面是否生銹。如有銹，要用特別緩慢的速度，充分、均勻的運轉。經過12h后再行檢查，直至處于正常狀態，方可使用機床。3.電動機的日常維護 每天在機床運行時

27、的維護檢查。在運行過程中要注意觀察的旋轉速度；是否有異常的振動和噪聲；是否有異常臭味；檢查電動機的機殼和軸承的溫度；定期維護。由于直流伺服電動機帶有數對電刷，旋轉時，電刷與換向器摩擦而逐漸磨損。電刷異常或過度磨損，會影響工作性能，所以對直流伺服電動機的日常維護也是相當必要的。要每月定期對電刷進行清理和檢查。數控車床、銑床和加工中心的直流伺服應每年檢查一次，頻繁加、減速的機床（如沖床等）中的直流伺服應每兩個月檢查一次，檢查步驟如下：（1）在數控系統處于斷電狀態且已經完全冷卻的情況下進行檢查。（2）取下橡膠刷帽，用螺釘旋具刀擰下刷蓋取出電刷。（3）測量電刷長度，如fanuc直流伺服電動機的電刷由1

28、0mm磨損到小與5mm時，必須更換同型號的新電刷。（4）仔細檢查電刷的弧形接觸面是否有深溝或裂痕，以及電刷彈簧上有無打火痕跡。如有上述現象，則要考慮的工作條件是否過分惡劣或本身是否有問題。（5）用不含金屬粉末及水分的壓縮空氣倒入裝電刷的刷握孔吹凈粘在刷握孔壁上的電刷粉末。如果難以吹凈，可用螺釘旋具尖輕輕清理，直至孔壁全部干凈為止，但要注意不要碰到換向器表面。（6）重新裝上電刷，擰緊刷蓋。如果是更換了新電刷，要使空運性跑合一段時間，以使電刷表面與換向器表面溫和良好（二）交流伺服電動機的維護交流伺服電動機與直流伺服電動機相比，最大的優點是不存在電刷維護的問題。應用于進給驅動的交流伺服電動機多采用交流永磁同步電動機，其特點是磁極是轉子，定子的電樞繞組與三相交流電樞繞組一樣，但它有三相逆變器供電，通過轉子位置檢測其產生的信號去控制定子繞組的開關器件，使其有序輪流導通，實現換流作用，從而使轉子連續不斷地旋轉。轉子位置檢測器與轉子同軸安裝，用于轉子的位