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直流測(cè)速機(jī)所引起的機(jī)床故障

據(jù)統(tǒng)計(jì)，因測(cè)速機(jī)的問(wèn)題而引起機(jī)床故障占直流伺服系統(tǒng)故障的30%~40%左右。為什么有如此之高呢，仔細(xì)一分析就不難明白。首先，它是精密器件，在控制器中起關(guān)鍵作用：其次，它是碳刷、換向器、轉(zhuǎn)子組成的機(jī)械結(jié)構(gòu)。碳刷、換向器之間的機(jī)械接觸點(diǎn)有振動(dòng)、放電、發(fā)熱及變形，因而容易引起系統(tǒng)及機(jī)床出故障。在這方面我們是有經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的。

故障一

出現(xiàn)在配有FANUK 7M系統(tǒng)的XK715數(shù)控銑床的Z軸上。在控制系統(tǒng)給出運(yùn)動(dòng)指令過(guò)后，Z軸緩慢加速產(chǎn)生的振動(dòng)也由小而大，最后產(chǎn)生猛烈的竄動(dòng)，報(bào)警而停機(jī)。報(bào)警號(hào)往往是05、07，出現(xiàn)動(dòng)態(tài)偏差過(guò)大和急停。檢查機(jī)床導(dǎo)軌、鑲條、絲杠及聯(lián)軸器等機(jī)械元件無(wú)卡堵現(xiàn)象，導(dǎo)軌潤(rùn)滑良好，電動(dòng)機(jī)控制板及有關(guān)電器的工作狀態(tài)、測(cè)速機(jī)兩線間的電阻均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯問(wèn)題。最后拆開(kāi)測(cè)速機(jī)檢查時(shí)才發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在。下圖是該測(cè)速機(jī)換向器的展開(kāi)示意圖。

換向器展開(kāi)圖

正常時(shí)，其兩換向片之間電阻約為31W左右，我們逐片測(cè)試，查出3、4、5、6片之間兩兩不通，18、19、22、23片之間也不通，可以判定轉(zhuǎn)子中有好幾個(gè)線圈斷路，機(jī)床故障由此引起。因?yàn)橛袛嗦罚答侂妷壕蜁?huì)時(shí)有時(shí)無(wú)，指令電壓和反饋電壓的差值就會(huì)忽高忽低，造成電動(dòng)機(jī)時(shí)快時(shí)慢，經(jīng)閉環(huán)控制后，就會(huì)加大故障，使Z軸產(chǎn)生猛烈竄動(dòng)，造成動(dòng)態(tài)偏差過(guò)大引起報(bào)警、急速停機(jī)。更換測(cè)速機(jī)轉(zhuǎn)子，修整碳刷后故障消除。

故障二

出現(xiàn)在辛辛那提1212U數(shù)控車床主軸上，其主軸驅(qū)動(dòng)是美國(guó)Reliane的產(chǎn)品。在控制系統(tǒng)發(fā)出100r/min的指令后，主軸在110±3r/min的范圍內(nèi)運(yùn)行，正常情況下，主軸此時(shí)應(yīng)以100±1r/min的速度運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘到幾小時(shí)不等。過(guò)后，聽(tīng)到主軸減速造成的齒輪聲，主軸轉(zhuǎn)速逐步降低到92±3r/min相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，主軸又逐步加速到先前的110±3r/min的速度，過(guò)后又會(huì)回到92±3r/min。如此循環(huán)往復(fù)，現(xiàn)象很奇怪。對(duì)此我們作了大量的檢查，除機(jī)械、電氣外，還作人工模擬檢查，但總找不到問(wèn)題，甚至一段時(shí)間認(rèn)為這不太影響粗加工和精加工的精度而任其自然。然而涉及到精加工，問(wèn)題就無(wú)法回避了。由于拆裝困難，最初我們只能觀察碳刷和換向器的磨合狀態(tài)。換向器表面光滑無(wú)放電痕跡，測(cè)速機(jī)引出兩線間電阻基本正常，故認(rèn)為測(cè)速機(jī)沒(méi)有問(wèn)題。實(shí)在檢查不出原因后，只好費(fèi)勁地將主軸電動(dòng)機(jī)從機(jī)床上拆下，打開(kāi)測(cè)速機(jī)內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題。其換向器展開(kāi)圖類似于前圖，換向片為33片。據(jù)測(cè)量大多數(shù)換向片之間電阻為5.4W左右，但1~2、2~3、3~4、4~5、5~6、6~7片間的電阻卻分別為0.7、0.9、0.6、0.8、0.7、4.9W：17~18、18~19、19~20、20~21、21~22、22~23片間的電阻卻分別為4.0、3.0、3.1、3.0、3.9、4.8W。說(shuō)明存在程度不等的短路現(xiàn)象，并且阻值還不穩(wěn)定。所以我們仔細(xì)清潔和處理了換向器，使片間電阻恢復(fù)到5.4±0.2W左右。重新裝配好后，再看不到因電阻變化、電壓變化造成轉(zhuǎn)速漂移，更聽(tīng)不見(jiàn)速度變化所造成的齒輪撞擊聲了。

故障三

出現(xiàn)在日本加工中心HR-5B Z軸驅(qū)動(dòng)上。在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的正常運(yùn)行后，Z軸在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的振動(dòng)，影響到加工精度。首先排除機(jī)電方面的大量疑點(diǎn)，檢查Z軸與X、Y軸之間的參數(shù)設(shè)置，逐漸縮小目標(biāo)點(diǎn)。再檢查測(cè)速機(jī)兩線電阻，也基本正常。拆開(kāi)測(cè)速機(jī)后，發(fā)現(xiàn)換向器表面不太光滑，有放電產(chǎn)生的凹凸不平的斑痕。經(jīng)打磨換向器和碳刷后，情況有所好轉(zhuǎn)，但仍有振動(dòng)現(xiàn)象。再逐一檢查各碳刷，發(fā)現(xiàn)有一碳刷因施壓彈簧變形引起壓力不足，碳刷和換向器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)接觸不良。重新調(diào)整并修復(fù)，使四碳刷壓力基本相等。至此振動(dòng)完全消除，機(jī)床恢復(fù)到良好工作狀態(tài)。

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