伺服电机系统常见故障及维修
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摘要: 检测器件是数控机床伺服系统的重要组成部分，用以检测各控制轴的位移和速度，在实际使用中，由于磨损和污染，经常会出现检测器件故障，造成伺服电机系统无法驱动机床正常运行。 　　1．机械振荡(加／减速时) 　　引 ...
检测器件是伺服系统的重要组成部分，用以检测各控制轴的位移和速度，在实际使用中，由于磨损和污染，经常会出现检测器件故障，造成伺服电机系统无法驱动机床正常运行。
　　1．机械振荡(加／减速时)
　　引发此类故障的常见原因有：
　　①脉冲编码器出现故障。此时应检查速度检测单元反馈线端子上的电压是否在某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器；
　　②脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节；
　　③测速发电机出现故障。修复，更换测速机。维修实践中，测速机电刷磨损、卡阻故障较多，此时应拆下测速机的电刷，用纲砂纸打磨几下，同时清扫换向器的污垢，再重新装好。
　　2．机械运动异常快速(飞车)
　　此类故障，应在检查位置控制单元和速度控制单元的同时，还应检查：①脉冲编码器接线是否错误；②脉冲编码器联轴节是否损坏；③检查测速发电机端子伺服电机是否接反和励磁信号线是否接错。
　　3．主轴不能定向移动或定向移动不到位
　　此类故障，应在检查定向控制电路的设置调整、检查定向板、主轴控制印刷电路板调整的同时，还应检查位置检测器(编码器)的输出波形是否正常来判断编码器的好坏(应注意在设备正常时测录编码器的正常输出波形，以便故障时查对)。
　　4．坐标轴进给时振动
　　应检查电机线圈、机械进给丝杠同电机的连接、伺服系统、脉冲编码器、联轴节、测速机。
　　5．出现NC错误报警
　　NC报警中因程序错误，操作错误引起的报警。如FANUC6ME系统的Nc出现090.091报警，原因可能是：①主电路故障和进给速度太低引起；②脉冲编码器不良；③脉冲编码器电压太低(此时调整电源15V电压，使主电路板的+5V端子上的电压值在4.95-5.10V内)；④没有输人脉冲编码器的一转信号而不能正常执行参考点返回。
　　6．伺服系统报警
　　伺服系统故障时常出现如下的报警号，如FANUC6ME系统的416、426、436、446、456伺服报警；STEMENS880系统的1364伺服报警；STEEMENS8系统的114、104等伺服报警，此时应检查：①轴脉冲编码器反馈信号断线、短路和信号丢失，用示渡器测A、B相一转信号，看其是否正常；②编码器内部故障，造成信号无法正确接收，检查其受到污染、太脏、变形等。
　　(1)西门子伺服电机维修之OH报警。OH为速度控制单元过热报警，发生这个报警的可能原因有：
　　①印制电路板上S1设定不正确。
　　②伺服单元过热。散热片上热动开关动作，在驱动器无硬件损坏或不良时，可通过改变切削条件或负载，排除报警。
　　③再生放电单元过热。可能是Q1不良，当驱动器无硬件不良时，可通过改变加减速频率，减轻负荷，排除报警。
　　④电源变压器过热。当变压器及温度检测开关正常时，可通过改变切削条件，减轻负荷，排除报警，或更换变压器。
　　⑤电柜散热器的过热开关动作，原因是电柜过热。若在室温下开关仍动作，则需要更换温度检测开关。
　　(2)西门子伺服电机维修之OFAL报警。数字伺服参数设定错误，这时需改变数字伺服的有关参数的设定。对于FANUC0系统，相关参数是，，8123以及等；对于10/11/12/15系统，相关参数为，，以及等。
　　(3)西门子伺服电机维修之FBAL报警。FBAL是脉冲编码器连接出错报警，出现报警的原因通常有以下几种：
　　①编码器电缆连接不良或脉冲编码器本身不良。
　　②外部位置检测器信号出错。
　　③速度控制单元的检测回路不良。
　　④与机械间的间隙太大。
　　(2)伺服驱动器上的7段数码管报警FANUCC系列、α/αi系列数字式交流伺服驱动器通常无状态指示灯显示，驱动器的报警是通过驱动器上的7段数码管进行显示的。根据7段数码管的不同状态显示，可以指示驱动器报警的原因。
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宝马X5主动转向系统故障灯点亮
     一辆行驶里程约3万km，搭载型号为N55的的宝马X5SUV。该车因主动转向系统故障灯点亮而进厂检修。
故障诊断：接车后，试车验证故障，故障现象确实存在。接通点火开关至ON位置，仪表盘上的主动转向系统故障灯点亮，中央信息显示屏提示&主动转向系统失灵！转向时请注意&；尝试转动转向盘，转向沉重。
连接ISTA，调取故障代码，得到故障代码006137，含义为主动转向系统伺服电动机位置传感器故障。该故障代码为当前故障且无法清除。根据故障代码的提示，决定先检查主动转向（AL）控制单元和转向器之间的线路。目测检查AL控制单元与转向器之间的线束，没有发现问题；检查转向器上伺服电动机位置（AFS ）传感器的导线连接器X13772，插接牢固，且没有进水腐蚀的痕迹。
对照电路图（图1），分别测量AL控制单元导线连接器X13718的端子27、端子26和端子25与导线连接器X13772的端子2、端子5和端子6之间的电阻，均为0.6&O，正常。用适配器连接导线连接器X14036，在线测量导线连接器X14036的端子1和端子2之间的电压，为 7.5 V，正常；测量端子1和端子4之间的电压，为7.38 V（不正常，正常电压的参考值为6.8 V，端子4传输的信号以脉宽调制方式发送，准确数值需要用示波器检测）。断开导线连接器X14036，测量AFS传感器的电阻，测得端子1和端子2之间的电阻为164 k&O（正常），端子1和端子4之间的电阻为&（不正常，参考值为200 k&O），端子2和端子4电阻为&（正常），端子1与搭铁之间的电阻为1&O（正常）。
用适配器连接X14036导线连接器，用示波器查看导线连接器X14036端子1和端子4的波形，示波器只有电压显示，没有波形输出（图2，波形为一条直线），与正常车的波形（图3）进行对比，可知故障确实存在。
查阅相关资料可知，AFS传感器的波形，不只在车辆起动后才有，只要车辆被唤醒，就应该有波形。根据上述检查结果分析可知，AFS传感器有电压输入，且搭铁正常，却没有信号输出，因此判断AFS传感器有问题。
故障排除：由于AFS传感器（图4）没有独立的配件可供更换，于是只能更换转向器总成，清除故障代码，并对AL控制单元进行匹配后试车，故障彻底排除。
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?主轴驱动系统常见故障及处理数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统，它的性能直接决定了加工工件的表面质量，因此，在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得很重要。――；――。――。5.1 主轴驱动系统概述主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。5.1.1 数控机床对主轴驱动系统的要求机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。机床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。在20纪60-70年代，数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求：（1） 调速范围宽并实现无极调速为保证加工时选用合适的切削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。特别对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1100，恒功率调速范围也可达130，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min。主轴变速分为有级变速、无级
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数控维修--SIEMENS 伺服系统的故障诊断二
数控维修--SIEMENS 伺服系统的故障诊断二
提问者:朱桂曦
3．6SC610系列常见故障及处理6SC610伺服驱动器最常见的故障是电源模块与调节器模块的故障。电源模块(G0)上设有4个故障指示灯，由下到上依次为V1、V2、V3、V4、各指示灯代表的含义如下：V1：驱动器发生报警(&S故障)。V2：驱动器&15V辅助电源故障。V3：直流母线过电压。V4：驱动器端子63/64未加使能信号。调节器模块中对于每一轴都设有4个故障指示灯，由上到下依次为V1(V5、V9)，V2(V6、V10)，V3(V7、V11)，V4(V8，V12)。其中，V1、V2、V3、V4为第一轴；V5、V6、V7、V8为第二轴；V9、V10、V11、V12为第三轴。各指示灯代表的含义如下：V1(V5、V9)：测速反馈报警。V2(V6、V10)：速度调节器达到输出极限。V3(V7、V11)：驱动器过载报警(I2t监控)。V4(V8，V12)：伺服电动机过热。当驱动器发生报警时，相应的报警指示灯亮，在不同的故障情况下，故障指示灯的显示及可能的原因见.以上故障中，最常见的有以下几种：1)速度调节器监控V2(V6、V10)指示灯亮。故障原因有：①驱动器或电动机的三相电源线或电枢线相序错误，驱动器功率模块上的L1、L2、L3未与电动机的U、V、W端子一一对应。②控制电缆连接不良。调节器模块到各功率板模块间的信号通过一副扁平电缆相连接，电缆一端50芯插头插在调节器模块的X211插座上，另一端16芯(或34芯)插头插在功率模块的X211插座上，当此电缆连接不良时，将产生&速度监控报警。③电动机反馈电缆和电动机电枢线连接错误，测速反馈电缆与功率模块、电动机必须一一对应。④反馈电缆中的信号线断，这时将产生&速度监控报警，同时电动机严重振荡。2)运转过程中速度监控和I2t同时报警，V2(V6，V10)和V3(V7，V11)指示灯同时亮。可能的原因有：1)功率模块与电动机不匹配，在功率模块驱动能力不足时，功率管长时间处于最大负载状态，导致I2t监控与速度监控报警。2)功率模块和电动机的匹配正确，但负载转矩大于电动机的额定转矩，导致功率模块长时间都处于过载状态，导致I2t监控、速度监控和电动机过热报警，V4(V8，V12)指示灯亮。3)由于机械部分的装配问题，导致电动机连续过载，引起I2t和速度监控报警。判断电动机是否过载、机械部分是否调试得当，可采用以下方法：用万用表的直流电压档，&+表笔接测试孔，&&表笔接调节器模块对应轴的W测试孔。在驱动器工作状态下测量电压值，这一电压值应在0~&10V范围，符号表示电流的方向，其中10V对应于调节器模块设定的电流量最大值Imax。例如，电动机为1FT(电动机额定电流Ie=15.6A)，功率模块选用A40(40/80A)，调节器模块设定的最大电流为Imax=54.4A，从W测试孔测得的电压值为2.8V，则通过下式可算出电动机实际工作电流为驱动器在起动和制动过程中，将在最大电流Imax下进行起动和制动，在正常工作时计算电流不得大于电动机额定电流Ie，否则将产生I2t监控。1．61lA系列伺服驱动系统的基本组成61lA系列产品为SIEMENS公司在6SC610基础上改进的模拟型交流伺服驱动产品，驱动器直流母线电压为600V/625V，可以直接与380V/400V电网连接。伺服进给轴最大输出转矩可达185Nm，额定转速从1500r/min到8000r/min；主轴最大输出功率可达76kW，最高转速可达到18000r/min。61lA交流伺服驱动器主要由如下组件组成：(1)电源模块61lA电源模块有非受控电源(UE)模块与可控电源(I/R)模块两种基本结构形式，用来提供伺服驱动的DC600V/625V直流母线电压。非受控电源模块(UE)，主回路采用二极管整流，通过制动电阻释放因电动机制动，电源波动产生的能量，保持直流母线电压的基本不变，因此，一般用于小功率，特别是制动能量较小的场合。可控电源模块(I/R)，主回路采用晶体管整流，PWM闭环控制，它可以通过再生制动方式，将直流母线上的能量回馈电网，用于大功率、制动频繁、回馈能量大的场合。电源模块由整流电抗器(内置式或外置式)、整流模块、预充电控制电路、制动电阻以及相应的接触器、检测、监控电路组成。驱动器与运行有关的重要参数，如：直流母线电压、辅助控制电源&15V电压、+5V电压，以及电源电压过低与缺相都在电源模块中进行监控，并作为&驱动器准备好的先决条件。电源模块带有预充电控制与浪涌电流限制环节，预充电完成后自动闭合主回路接触器，提供DC600V/625V直流回线电压。(2)进给驱动模块进给驱动模块主要由逆变主回路、速度调节器、电流调节器、使能控制电路和轴监控电路等部分组成。在结构上，进给驱动模块可以分为控制模块与功率模块两大部分，并分单轴模块与双轴两种类型。进给驱动模块逆变主回路的电源及辅助控制电源由电源模块提供，采用速度、电流双闭环模拟量控制。速度调节器采用自适应PI调节器，低速时能通过改变积分时间与比例增益使控制性能达到最佳。速度给定为&10V模拟量差动输入，速度反馈信号来自伺服电动机内置式IFU测速发电机，额定转速时的测速发电机输出电压为40V。速度调节器的比例增益(KP)、积分时间(TN)、速度漂移，以及测速反馈电压均可以通过独立的电位器进行调整与设定。电流调节器亦采用PI调节器，但调节器参数，如：电流极限、比例增益等，不能通过电位器调节，它必须通过模块上的设定开关使之与控制电动机相匹配。通过设定开关的设定或外部控制信号，驱动器还可以使进给轴进入电流(转矩)控制方式下运行。(3)主轴驱动模块主轴驱动模块可以与SIEMENS、IPH6、IPH4、IPH2主轴电动机配套，构成交流主轴驱动系统，具体性能见第7章&主轴驱动系统的故障诊断与维修中的相关内容。2．61lA系列伺服驱动系统的状态显示(1)电源模块的状态显示61lA系列伺服驱动器电源模块(UE或I/R)设有6个状态指示灯(LED)，其相对位置及其含义如下：V1－OO－V2V1：SPP(红)，辅助控制电源&15V故障指示灯。V3－OO－V4V2：5V(红)，辅助控制电源+5V故障指示灯。V5－OO－V6V3：EXT(绿)，电源模块未加&使能指示灯。V4：UNIT(黄)，电源模块准备好指示灯。V5：&(红)，电源模块电源输入故障指示灯。V6：UZK》(红)，直流母线过电压指示灯。当电源模块直流母线预充电完成，监控模块电源模块无故障时，电源模块准备好(UNIT)灯亮，其余指示灯灭，同时&准备好继电器吸合，并输出触点信号。V4指示灯不亮的原因有：①直流母线电压过高。②+5V电压太低。③输入电源过低或缺相。④与电源模块相连接的轴驱动模块存在故障。(2)标准进给驱动模块的状态显示标准进给模块设有&轴故障(H1)与电动机/电缆连接故障(H2)两个红色状态指示灯，其含义如下：H1(轴故障)指示灯亮，表明驱动器出现故障，可能的原因有：①速度调节器到达输出极限。②驱动模块超过了允许的温升。③伺服电动机超过了允许的温升。④电动机与驱动器电缆连接不良。H2(电动机/电缆连接故障)指示灯亮，表明监控电路检测来自伺服电动机的故障，可能的原因有：①测速反馈电缆连接不良。②伺服电动机内装式测速发电机故障。③伺服电动机内装式转子位置检测故障。(3)带扩展接口的进给驱动模块状态显示当使用扩展接口的进给驱动模块时，可以通过7段数码管指示驱动器的工作状态。7段显示的含义如下：参数板末插入驱动器。：脉冲使能(端子663)、速度控制使能(端子65)信号末加入。：脉冲使能(端子663)未加入，速度控制使能(端子65)信号已加入。：脉冲使能(端子663)已加入，速度控制使能(端子65)信号未加入。：脉冲使能、速度控制使能信号已加入。1：I2t监控，驱动器连续过载。2：转子位置检测器不良。3：伺服电动机过热。4：测速发电动机不良。5：速度控制器达到输出极限，引起I2t报警。6：速度控制器达到输出极限。7：实际电动机电流为零，电动机线联接不良。611伺服驱动器的故障与610系列基本相同，维修时可根据故障现象参见表5-25进行。1．611U/Ue数字式交流伺服驱动系统基本组成SIEMENS611U/Ue是目前SIEMENS常用的交流数字式伺服驱动系统，其基本结构与611A相似，采用模块化安装方式，主轴与各伺服驱动单元共用电源。用于进给驱动的伺服驱动模块有单轴与双轴两种结构型式，带有PROFIBUSDP总线接口。驱动器内部带有FEPROM(non-volatiledatamemory，非易失可擦写存储器)，用于存储系统软件与用户数据，驱动器的调整、动态优化可以在W1NDOWS环境下，通过SimoComU软件自动进行，安装、调整十分方便。驱动器由整流电抗器(或伺服变压器)、电源模块(NEmodule)、功率模块(Powermodule)、611控制模块等组成：电源模块自成单元，功率模块、611控制模块、PROFIBUSDP总线接口模块组成轴驱动单元。各驱动器单元间共用611直流母线与控制总线，并通过PROFIBUSDP总线，与SIEMENS802D/810D/840D系统相连接，组成数控机床的伺服驱动系统。其中电源模块与进给模块的示意图如图5-19所示。2．611U/Ue数字式交流伺服驱动器的状态显示(1)电源模块的状态显示与61lA驱动器相似，611U/Ue系列数字伺服驱动器电源模块(UE或I/R)设有6个状态指示灯(LED)，其相对位置及其含义如下：V1－OO－V2V1：DCl5V控制电源故障。V3－OO－V4V2：DC5V控制电源故障。V5－OO－V6V3：电源模块未&使能。V4：电源模块已&使能，直流母线己充电。V5：进线电源故障。V6：直流母线电压过高。(2)标准进给驱动模块的状态显示611U/Ue系列数字伺服驱动单元的状态显示，可以通过驱动控制板上的6只数码管进行，它可以详细显示驱动器的状态与报警号。6只数码管显示的基本作用如下：4)驱动器&使能后，电动机即开始旋转驱动器&使能后，电动机即开始旋转可能的原因如下：①驱动器参数设定错误。②数控系统参数设定错误。5)电动机转速太低(小于50r/min)电动机转速太低(小于50r/min)，可能的原因如下：①编码器脉冲数设定错误。②电动机相序错误。③轴控制模块故障。6)驱动器&使能后，电动机出现短时旋转驱动器&使能后，电动机出现短时旋转，可能的原因如下：①电源模块不良。②电动机编码器连接错误。③编码器不良。3．611U/Ue数字式交流伺服驱动器的初始化3．611U/Ue数字式交流伺服驱动器的初始化611U/Ue驱动器的调整与设定，不需要通过硬件进行，它可以直接使用SimoComU软件进行设定与优化。驱动器的初始化设定，其操作步骤如下(以802D系统为例)。1)利用&驱动器调试电缆，将调试计算机与611UE的X471接口联接。2)接通驱动器电源，此时611UE的状态显示为&A1106，表示驱动器没有安装正确的数据：同时驱动器上R/F红灯、总线接口模块上的红灯亮。3)从WINDOWS的&开始菜单中找出驱动器调试软件SimoComU，并运行。4)选择驱动器与计算机的联机方式。5)进入联机画面后，计算机自动进入参数设定画面，在软件的提示下进行以下参数设定：①命名轴名：例如：XK7136-X。②根据模块的类型与安装位置，输入PROFIBUS总线地址，不同位置的总线地址见表5-26。③设定电动机型号。④设定电动机位置检测元器件。⑤设定直接位置测量系统。⑥存储参数。6)此时，611UE的R/F红灯灭；状态显示为&A0831，表示总线数据已经进行通信；总线接口模块上的绿灯亮。7)完成以上调试后，若电源模块的端子48、63、64分别与端子9接通，电源模块的黄灯亮，表示电源模块已使能，驱动器进入正常工作状态。在进行设定时应注意：1)RS-232通信电缆不可以进行带电插、拔，因为这样有可能损坏通信接口。2)只有在CNC侧的&总线配置、&驱动器模块定位和&位置控制使能三组参数调试完毕后，电源模块的&就绪信号(内部继电器触点：端子73.1与72)才能闭合。3)在完成驱动器的设定后，还需要进行驱动器的动态调整(参数优化)，这一操作要在电源模块的&准备好信号生效后方可进行，详见下述。4．611U/Ue数字式交流伺服驱动器参数的优化在完成驱动器的设定后，需要对驱动器的速度环动态特性进行调试，然后才能进行位置环调试。611U/Ue的驱动器的速度环动态特性优化，可以通过SimoComU软件自动进行。优化驱动器的速度给定，由PC机以数字量给出，无须CNC控制。驱动器速度环动态特性优化的操作步骤如下：1)利用&驱动器调试电缆，将调试计算机与611UE的X471接口联接。2)如果需要对带制动的电动机进行优化，应设定对应的NC通用参数，如：对于802D为MDl4512[18]的第2位为&1(优化完毕后恢复&1)。3)接通驱动器的使能信号(电源模块端子T48、T63和T64与T9接通)，并将坐标轴移动到工作台的中间位置，因为驱动器优化时，电动机将自动旋转大约两转。4)运行工具软件SimoComU。5)选择联机方式。6)选择&PC控制方式，并通过&OK'?确认。7)选择控制器子目录(Controller)。8)选择&NoneOfthese。9)选择自动速度控制器优化：&Executeautomaticspeedcontrollersetting。10)进入优化后，选择&Executestepsl-4(1~4步)自动执行如下优化过程：①分析机械特性一(电动机正转，带制动电动机的制动器应松开)。②分析机械特性二(电动机反转，带制动电动机的制动器应松开)。⑧电流环测试(电动机静止，带制动电动机的制动器应夹紧)。④参数优化计算。当执行完&b后，SimoComU会出现提示：&电流环优化，垂直轴的电动机制动器一定要夹紧，以防止坐标轴下滑，此时对于带制动电动机必须夹紧制动器，以防止坐标轴的下滑。通过以上调整，在驱动器无硬件故障时，即可进行正常工作。
回答者:申亚莺
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