进给伺服系统位置控制过程中的故障分析
在数控系统的伺服轴位置控制是由伺服系统完成，而进给伺服系统位置控制形式按有无分离型位置检测装置分为半闭环控制和全闭环控制，我们通过原理分析两者的主要差别，然后分别举例分析不同进给伺服系统位置控制过程中的故障及其排除过程。
1 进给伺服系统位置控制的原理分析
1．1 半闭环伺服系统
半闭环伺服系统位置检测元件从最终运动部件——工作台移到电机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出工作台的实际位移量。所谓半闭环控制是指数控机床的位置反馈为间接反馈，即丝杠的转角作为位置反馈信号，而不是机床（工作台移动位置）的直接反馈，因此，进给伺服电机的内装旋转式编码器的反馈信号必须具备电机速度的反馈信号，同时又作为丝杠的位置反馈信号。
位置反馈
图1 进给伺服的半闭环控制
1．2 全闭环伺服系统
数控机床进给系统的控制量是CNC 输出的位移指令和机床工作台实际位移的差值，因此，需要有位置检测装置，该装置放在工作台上，测出各坐标轴的实时位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较求得差值，CNC装置控制机床向着消除差值的方向运动。数控机床采取了直线式位置检测装置作为唯一的位置反馈信号，所以机床的进给伺服系统的实际速度反馈信号来自伺服电机的内装编码器信号，而实际位置反馈信号是来自直线式位置检测装置的信号。
位置反馈 图2 进给伺服的全闭环控制
2 举例排除伺服系统位置控制过程的故障
排除数控机床故障的常用诊断方法为：
2．1 动态梯形图诊断法
通过系统的动态梯形图显示画面，对梯形图信号的明暗或颜色变化来判断数控机床故障的具体部位而取代用传统的方法，该方法对机床生产厂家编制的报警号的故障诊断特别方便，但是必须理解数控机床的PMC具体控制原理。
2．2 功能参数诊断法
随着数字伺服控制的广泛应用，数控机床的某些控制功能由系统参数设定，通过参数维修机床也是常用的方法，通过修改系统参数来判定故障是系统内部故障还是外部故障。
2．2．1 半闭环伺服系统故障举例
宝鸡生产的SK50P 的数控车床是采用丝杠旋转间接测量工作台的实际位移的半闭环伺服控制系统的机床，在机床工作过程中，发生下列故障：故障现象：宝鸡生产的SK50P的数控车床在工作中无法回机械参考点。
[原理分析]
回参考点行程开关随着丝杠的转动而移动，在显示屏上显示着以坐标轴方向按规定的速度向参考点方向移动变化，当行程开关接触到固定挡块后，行程开关触头回缩时，CNC接收到回零减速信号后伺服电机减速，并以某一设定的低速运行，当CNC 接收到返回零脉冲信号后，该坐标轴返回参考点结束。如果行程开关损坏，参考点的回零失去机械控制，参考点无法回零，工作台的实际位置也得不到有效控制，而丝杠却继续移动。
[解决办法]
更换失去功能的行程开关，机床恢复正常。
2．2．2 全闭环伺服系统故障举例上海重型机床厂生产的CKQ61100—XIV*5 的数控卧式车床采取光栅尺直接测量工作台
的实际位移的全闭环伺服控制系统，在工作过程中发生故障： [故障现象] “25000 Axis Z hardware fault of active encoder”的报警内容。
[原理分析及梯形图分析]
通过报警信息分析，故障为硬件引起，以及检查梯形图，通过对位置反馈信号的检测线路进行分析，发现该故障并非光栅尺的原因，于是重点检查检测线路（包括编码器），发现线路插头内被切削液充实而引发短路。
[故障排除]
把切削液排除并用热吹风机把插头烘干，恢复检测线路的插头线路的正常连接，故障排除后，机床恢复正常。
3 思考和启发
对数控机床故障的诊断和排除，无论采取什么方法都只是一种途径和措施，但是要真正解决故障也必须在熟练掌握数控机床的CNC装置、主轴控制系统、伺服驱动系统、刀库、机床运动的结构特点和工作原理的前提条件下进行。如果不了解数控机床的工作原理和结构特点，任何方法都是无法解决机床问题，所以，必须在真正了解数控机床的原理和结构特征的前提下，采取合理的方法可以快速、有效的排除故障。
总之，对机床维修人员必须进行数控机床的工作原理和结构特征进行必要的技术培训，而维修人员才能在工作中熟练针对发生故障的具体部位进行相应理论的分析，并结合实际情况，而后采取相应合理方法和途径快速排除机床所发生的故障，达到保证生产进度和机床的工作效能，否则，不但无法正确排除故障，而且由于不当的维修措施又引发更严重的其它故障，严重时刻会导致机床软硬件的瘫痪，其结果会造成无法挽回的经济损失。
1 进给伺服系统位置控制的原理分析
1．1 半闭环伺服系统
半闭环伺服系统位置检测元件从最终运动部件——工作台移到电机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出工作台的实际位移量。所谓半闭环控制是指数控机床的位置反馈为间接反馈，即丝杠的转角作为位置反馈信号，而不是机床（工作台移动位置）的直接反馈，因此，进给伺服电机的内装旋转式编码器的反馈信号必须具备电机速度的反馈信号，同时又作为丝杠的位置反馈信号。
位置反馈
图1 进给伺服的半闭环控制
1．2 全闭环伺服系统
数控机床进给系统的控制量是CNC 输出的位移指令和机床工作台实际位移的差值，因此，需要有位置检测装置，该装置放在工作台上，测出各坐标轴的实时位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较求得差值，CNC装置控制机床向着消除差值的方向运动。数控机床采取了直线式位置检测装置作为唯一的位置反馈信号，所以机床的进给伺服系统的实际速度反馈信号来自伺服电机的内装编码器信号，而实际位置反馈信号是来自直线式位置检测装置的信号。
位置反馈 图2 进给伺服的全闭环控制
2 举例排除伺服系统位置控制过程的故障
排除数控机床故障的常用诊断方法为：
2．1 动态梯形图诊断法
通过系统的动态梯形图显示画面，对梯形图信号的明暗或颜色变化来判断数控机床故障的具体部位而取代用传统的方法，该方法对机床生产厂家编制的报警号的故障诊断特别方便，但是必须理解数控机床的PMC具体控制原理。
2．2 功能参数诊断法
随着数字伺服控制的广泛应用，数控机床的某些控制功能由系统参数设定，通过参数维修机床也是常用的方法，通过修改系统参数来判定故障是系统内部故障还是外部故障。
2．2．1 半闭环伺服系统故障举例
宝鸡生产的SK50P 的数控车床是采用丝杠旋转间接测量工作台的实际位移的半闭环伺服控制系统的机床，在机床工作过程中，发生下列故障：故障现象：宝鸡生产的SK50P的数控车床在工作中无法回机械参考点。
[原理分析]
回参考点行程开关随着丝杠的转动而移动，在显示屏上显示着以坐标轴方向按规定的速度向参考点方向移动变化，当行程开关接触到固定挡块后，行程开关触头回缩时，CNC接收到回零减速信号后伺服电机减速，并以某一设定的低速运行，当CNC 接收到返回零脉冲信号后，该坐标轴返回参考点结束。如果行程开关损坏，参考点的回零失去机械控制，参考点无法回零，工作台的实际位置也得不到有效控制，而丝杠却继续移动。
[解决办法]
更换失去功能的行程开关，机床恢复正常。
2．2．2 全闭环伺服系统故障举例上海重型机床厂生产的CKQ61100—XIV*5 的数控卧式车床采取光栅尺直接测量工作台
的实际位移的全闭环伺服控制系统，在工作过程中发生故障： [故障现象] “25000 Axis Z hardware fault of active encoder”的报警内容。
[原理分析及梯形图分析]
通过报警信息分析，故障为硬件引起，以及检查梯形图，通过对位置反馈信号的检测线路进行分析，发现该故障并非光栅尺的原因，于是重点检查检测线路（包括编码器），发现线路插头内被切削液充实而引发短路。
[故障排除]
把切削液排除并用热吹风机把插头烘干，恢复检测线路的插头线路的正常连接，故障排除后，机床恢复正常。
3 思考和启发
对数控机床故障的诊断和排除，无论采取什么方法都只是一种途径和措施，但是要真正解决故障也必须在熟练掌握数控机床的CNC装置、主轴控制系统、伺服驱动系统、刀库、机床运动的结构特点和工作原理的前提条件下进行。如果不了解数控机床的工作原理和结构特点，任何方法都是无法解决机床问题，所以，必须在真正了解数控机床的原理和结构特征的前提下，采取合理的方法可以快速、有效的排除故障。
总之，对机床维修人员必须进行数控机床的工作原理和结构特征进行必要的技术培训，而维修人员才能在工作中熟练针对发生故障的具体部位进行相应理论的分析，并结合实际情况，而后采取相应合理方法和途径快速排除机床所发生的故障，达到保证生产进度和机床的工作效能，否则，不但无法正确排除故障，而且由于不当的维修措施又引发更严重的其它故障，严重时刻会导致机床软硬件的瘫痪，其结果会造成无法挽回的经济损失。
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