進給伺服系統位置控制過程中的故障分析
在數控系統的伺服軸位置控制是由伺服系統完成，而進給伺服系統位置控制形式按有無分離型位置檢測裝置分為半閉環控制和全閉環控制，我們通過原理分析兩者的主要差別，然后分別舉例分析不同進給伺服系統位置控制過程中的故障及其排除過程。
1 進給伺服系統位置控制的原理分析
1．1 半閉環伺服系統
半閉環伺服系統位置檢測元件從最終運動部件——工作臺移到電機軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計算出工作臺的實際位移量。所謂半閉環控制是指數控機床的位置反饋為間接反饋，即絲杠的轉角作為位置反饋信號，而不是機床（工作臺移動位置）的直接反饋，因此，進給伺服電機的內裝旋轉式編碼器的反饋信號必須具備電機速度的反饋信號，同時又作為絲杠的位置反饋信號。
位置反饋
圖1 進給伺服的半閉環控制
1．2 全閉環伺服系統
數控機床進給系統的控制量是CNC 輸出的位移指令和機床工作臺實際位移的差值，因此，需要有位置檢測裝置，該裝置放在工作臺上，測出各坐標軸的實時位移量或實際所處位置，并將測量值反饋給CNC裝置，與指令進行比較求得差值，CNC裝置控制機床向著消除差值的方向運動。數控機床采取了直線式位置檢測裝置作為唯一的位置反饋信號，所以機床的進給伺服系統的實際速度反饋信號來自伺服電機的內裝編碼器信號，而實際位置反饋信號是來自直線式位置檢測裝置的信號。
位置反饋 圖2 進給伺服的全閉環控制
2 舉例排除伺服系統位置控制過程的故障
排除數控機床故障的常用診斷方法為：
2．1 動態梯形圖診斷法
通過系統的動態梯形圖顯示畫面，對梯形圖信號的明暗或顏色變化來判斷數控機床故障的具體部位而取代用傳統的方法，該方法對機床生產廠家編制的報警號的故障診斷特別方便，但是必須理解數控機床的PMC具體控制原理。
2．2 功能參數診斷法
隨著數字伺服控制的廣泛應用，數控機床的某些控制功能由系統參數設定，通過參數維修機床也是常用的方法，通過修改系統參數來判定故障是系統內部故障還是外部故障。
2．2．1 半閉環伺服系統故障舉例
寶雞生產的SK50P 的數控車床是采用絲杠旋轉間接測量工作臺的實際位移的半閉環伺服控制系統的機床，在機床工作過程中，發生下列故障：故障現象：寶雞生產的SK50P的數控車床在工作中無法回機械參考點。
[原理分析]
回參考點行程開關隨著絲杠的轉動而移動，在顯示屏上顯示著以坐標軸方向按規定的速度向參考點方向移動變化，當行程開關接觸到固定擋塊后，行程開關觸頭回縮時，CNC接收到回零減速信號后伺服電機減速，并以某一設定的低速運行，當CNC 接收到返回零脈沖信號后，該坐標軸返回參考點結束。如果行程開關損壞，參考點的回零失去機械控制，參考點無法回零，工作臺的實際位置也得不到有效控制，而絲杠卻繼續移動。
[解決辦法]
更換失去功能的行程開關，機床恢復正常。
2．2．2 全閉環伺服系統故障舉例上海重型機床廠生產的CKQ61100—XIV*5 的數控臥式車床采取光柵尺直接測量工作臺
的實際位移的全閉環伺服控制系統，在工作過程中發生故障： [故障現象] “25000 Axis Z hardware fault of active encoder”的報警內容。
[原理分析及梯形圖分析]
通過報警信息分析，故障為硬件引起，以及檢查梯形圖，通過對位置反饋信號的檢測線路進行分析，發現該故障并非光柵尺的原因，于是重點檢查檢測線路（包括編碼器），發現線路插頭內被切削液充實而引發短路。
[故障排除]
把切削液排除并用熱吹風機把插頭烘干，恢復檢測線路的插頭線路的正常連接，故障排除后，機床恢復正常。
3 思考和啟發
對數控機床故障的診斷和排除，無論采取什么方法都只是一種途徑和措施，但是要真正解決故障也必須在熟練掌握數控機床的CNC裝置、主軸控制系統、伺服驅動系統、刀庫、機床運動的結構特點和工作原理的前提條件下進行。如果不了解數控機床的工作原理和結構特點，任何方法都是無法解決機床問題，所以，必須在真正了解數控機床的原理和結構特征的前提下，采取合理的方法可以快速、有效的排除故障。
總之，對機床維修人員必須進行數控機床的工作原理和結構特征進行必要的技術培訓，而維修人員才能在工作中熟練針對發生故障的具體部位進行相應理論的分析，并結合實際情況，而后采取相應合理方法和途徑快速排除機床所發生的故障，達到保證生產進度和機床的工作效能，否則，不但無法正確排除故障，而且由于不當的維修措施又引發更嚴重的其它故障，嚴重時刻會導致機床軟硬件的癱瘓，其結果會造成無法挽回的經濟損失。
1 進給伺服系統位置控制的原理分析
1．1 半閉環伺服系統
半閉環伺服系統位置檢測元件從最終運動部件——工作臺移到電機軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計算出工作臺的實際位移量。所謂半閉環控制是指數控機床的位置反饋為間接反饋，即絲杠的轉角作為位置反饋信號，而不是機床（工作臺移動位置）的直接反饋，因此，進給伺服電機的內裝旋轉式編碼器的反饋信號必須具備電機速度的反饋信號，同時又作為絲杠的位置反饋信號。
位置反饋
圖1 進給伺服的半閉環控制
1．2 全閉環伺服系統
數控機床進給系統的控制量是CNC 輸出的位移指令和機床工作臺實際位移的差值，因此，需要有位置檢測裝置，該裝置放在工作臺上，測出各坐標軸的實時位移量或實際所處位置，并將測量值反饋給CNC裝置，與指令進行比較求得差值，CNC裝置控制機床向著消除差值的方向運動。數控機床采取了直線式位置檢測裝置作為唯一的位置反饋信號，所以機床的進給伺服系統的實際速度反饋信號來自伺服電機的內裝編碼器信號，而實際位置反饋信號是來自直線式位置檢測裝置的信號。
位置反饋 圖2 進給伺服的全閉環控制
2 舉例排除伺服系統位置控制過程的故障
排除數控機床故障的常用診斷方法為：
2．1 動態梯形圖診斷法
通過系統的動態梯形圖顯示畫面，對梯形圖信號的明暗或顏色變化來判斷數控機床故障的具體部位而取代用傳統的方法，該方法對機床生產廠家編制的報警號的故障診斷特別方便，但是必須理解數控機床的PMC具體控制原理。
2．2 功能參數診斷法
隨著數字伺服控制的廣泛應用，數控機床的某些控制功能由系統參數設定，通過參數維修機床也是常用的方法，通過修改系統參數來判定故障是系統內部故障還是外部故障。
2．2．1 半閉環伺服系統故障舉例
寶雞生產的SK50P 的數控車床是采用絲杠旋轉間接測量工作臺的實際位移的半閉環伺服控制系統的機床，在機床工作過程中，發生下列故障：故障現象：寶雞生產的SK50P的數控車床在工作中無法回機械參考點。
[原理分析]
回參考點行程開關隨著絲杠的轉動而移動，在顯示屏上顯示著以坐標軸方向按規定的速度向參考點方向移動變化，當行程開關接觸到固定擋塊后，行程開關觸頭回縮時，CNC接收到回零減速信號后伺服電機減速，并以某一設定的低速運行，當CNC 接收到返回零脈沖信號后，該坐標軸返回參考點結束。如果行程開關損壞，參考點的回零失去機械控制，參考點無法回零，工作臺的實際位置也得不到有效控制，而絲杠卻繼續移動。
[解決辦法]
更換失去功能的行程開關，機床恢復正常。
2．2．2 全閉環伺服系統故障舉例上海重型機床廠生產的CKQ61100—XIV*5 的數控臥式車床采取光柵尺直接測量工作臺
的實際位移的全閉環伺服控制系統，在工作過程中發生故障： [故障現象] “25000 Axis Z hardware fault of active encoder”的報警內容。
[原理分析及梯形圖分析]
通過報警信息分析，故障為硬件引起，以及檢查梯形圖，通過對位置反饋信號的檢測線路進行分析，發現該故障并非光柵尺的原因，于是重點檢查檢測線路（包括編碼器），發現線路插頭內被切削液充實而引發短路。
[故障排除]
把切削液排除并用熱吹風機把插頭烘干，恢復檢測線路的插頭線路的正常連接，故障排除后，機床恢復正常。
3 思考和啟發
對數控機床故障的診斷和排除，無論采取什么方法都只是一種途徑和措施，但是要真正解決故障也必須在熟練掌握數控機床的CNC裝置、主軸控制系統、伺服驅動系統、刀庫、機床運動的結構特點和工作原理的前提條件下進行。如果不了解數控機床的工作原理和結構特點，任何方法都是無法解決機床問題，所以，必須在真正了解數控機床的原理和結構特征的前提下，采取合理的方法可以快速、有效的排除故障。
總之，對機床維修人員必須進行數控機床的工作原理和結構特征進行必要的技術培訓，而維修人員才能在工作中熟練針對發生故障的具體部位進行相應理論的分析，并結合實際情況，而后采取相應合理方法和途徑快速排除機床所發生的故障，達到保證生產進度和機床的工作效能，否則，不但無法正確排除故障，而且由于不當的維修措施又引發更嚴重的其它故障，嚴重時刻會導致機床軟硬件的癱瘓，其結果會造成無法挽回的經濟損失。
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