伺服电机振动过载

装有FANUC-0i系统的数控车床，交流伺服控制系统的信号传递过程为：模拟交流控制系统、数字交流控制系统S系列、D系列、P系列等。

1）导致“伺服电机过载”的故障原因。

①切削参数设置过大。检查切削参数，是否有过大的切削参数，引起切削力过大，电动机过载。

②伺服电动机本身故障，不能转动。原因为制动线圈、控制电路、支承轴承故障，以及电动机定子永久磁钢脱落。

③机床机械传动链故障。如导轨塞铁过紧或过松，润滑不良或由于异物引起研伤，导致摩擦阻力过大；滚珠丝杠副预加载荷不当，支承不对称或失效引起故障。

④伺服电动机本身过载。

2）导致“过载用热继电器脱扣”的故障原因。

①热继电器参数设置错误；②电源变压器故障，造成过电流。伺服电机振动过载

3）速度控制单元故障。

①印制电路板的调整或设定错误；②电源熔丝、控制熔丝及输入交流熔丝烧断；③电缆与接插件接触不良；④启动接触器因故无法吸合。

（1）故障现象，立式升降台铣床，FANUC-0i系统。机床在自动加工过程中，程序突然中止，在CRT面板上，显示Z轴“软件热报警”，且工件表面有振纹，表面粗糙度也达不到要求。

（2）检查机床，用手触摸Z轴伺服电动机，感觉烫手；在伺服监控界面下，查看ZA轴伺服电动机的负载电流在额定电流的85%以上，其故障诊断为Z轴伺服电动机过载。

（3）故障分析，导致Z轴伺服电动机过载的可能原因有：进给传动系统不良、平衡液压缸压力设置不当、伺服系统参数设置不当。决定采用排除法，确定原因。

（4）第二次检查机床，机床检查的主要目的是对上述三个原因进行判断。

检查部位：进给传动系统。

镶条与滑枕面之间的配合：用塞尺检测镶条与滑枕面的间隙，发现配合过紧。

（5）故障维修，适当松开滑枕右上侧镶条调节螺钉，调整镶条与滑枕的间隙，用0.03mm塞尺塞不入为合格；然后再松开滑枕左下侧镶条的调节螺钉，用0.03mm塞尺塞不入为合格; 按上述同样的方法松开滑枕左上侧与右下侧的调节螺钉，对其间隙进行调整。然后把操作面板(MDI)上的进给倍率旋转到5% ~10%，调出伺服监控界面，采用手动方式（JOG）移动Z做上下往复运动，测定Z轴空载电流为额定电流的50% ~55%，其理想状态值应为10% 20%。

（6）再次检查机床，检查部位：滑动导轨面润滑系统。

通过对润滑系统的油温、压力、流量情况进行检查，发现导轨润滑状态良好。

检查部位：伺服电动机与滚珠丝杠之间的连接。

首先检查联轴器上四个螺栓是否受力均匀，然后检测伺服电动机轴对滚珠丝杠的同轴度为0.015mm,没有问题。

检查部位：平衡液压缸压力设置。

平衡压力过高或过低都会导致电动机负载过大。本机床平衡压力初始设定值推荐为3. 5MPa,在进行调试前首先将平衡压力数值分为若干档，然后把操作面板上的进给倍率旋转到5%10%，采用JOG方式移动Z轴垂直。低速向上运动时，负载电流百分比为+50%，低速向下运动时，负载电流百分比为-45%，其两者的差值为95%。

（7）压力故障排除，全部测定完毕后对整组数据进行比较，其中液压缸垂直往复运动电流差值最小时的设定压力即为平衡压力数值。通过上述方法调整，最后设定平衡油缸压力为3. 15MPa。

（8）检查系统参数

1）伺服系统参数调整的原理。伺服系统包括准置、速度、电流三个反馈回路。从闭环结构上看，电流环在里面，称为电流内环；位置环在外面，称为位置外环，伺服系统控制原理图。

2）伺服系统相关参数设定。

速度环增益的设定。速度环增益决定速度回路的反应速度。在机械系统不振动的前提下，参数设定值增大，反应速度就会变快，但过大会影响系统的稳定性，如果负载惯量比设定合适，速度回路增益值就可以达到预想的数值。

负载惯量比=电动机轴转换负载惯量（J1）/伺服电动机转子惯量（Jw）x100%

速度环增益=（1 +负载惯量比/256）x100

位置回路增益的设定。伺服系统的反应速度由位置回路增益决定。位置回路增益设定为较高的值时，反应速度会增加，位置跟踪的误差会减小，即缩短定位所需的时间。

积分时间参数的设定。积分环节主要用于消除静差，积分作用的强弱取决于积分时间常数。积分时间参数增大时，反应时间会变慢，所需的定位时间也会增加。

（9）故障诊断，系统各参数之间总是相互制约的，如果只有位置回路增益增加，会使整个伺服系统的反应变得不稳定，通常可参照下列步骤对系统进行调整。

第一，先将速度环增益设定在默认值200,在调试前将此参数值分为若干档，以50为单位对其进行调整，然后在不产生异常响声和振动的前提下，逐渐增加速度环的增益至最大值。第二，将位置环增益设定在默认值3 000,同样也把此参数分为若干档，以500为单位对其进行调整。在整个系统无超调、无振动的前提下，将位置环增益设置到最大。第三，减小比例增 益和积分增益，即减小积分时间常数，积分时间常数取决于定位时间长短，在机械系统不振动的前提下，尽量减小此值。

本机床的伺服参数初始设定值为:LOOP. GAIN=2000, VELOC. GAIN=200, INT. GAIN=250， PROP. GAIN=-2 000；根据上述的伺服参数设定值可知：其位置增益、速度增益参数值设置较小，当负载惯量比变小时，使伺服电动机转子惯量变大，从而导致伺服电动机的电流值变大，需对伺服参数进行重新设定、调整；其调整步骤按上述方法进行。

伺服电机振动过载

（10）故障排除，通过对伺服参数的不断优化，最后确定伺服参数值为：LOOP. GAIN=3500，VELOC. GAIN=250, INT. GAIN=191, PROP. GAIN=-1712。

（11）维修后机床联调，在对引起Z轴过载的三个故障进行分析和诊断之后，设置好正确的参数后，开机运行机床。机床在空载状态下运行时，负载电流百分比为25%35%,在切削加工过程中，Z轴做进给运动时，其负载电流百分比为55% ~65%，这样使机床的稳定性及可靠性大大增强，故障现象消除，机床连续工作正常。

（12）故障维修记录登记，做好此次任务实施的机床故障维修记录登记。

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