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据统计,因测速机的问题而引起机床故障占直流伺服系统故障的30%~40%左右。为什么有如此之高呢,仔细一分析就不难明白。首先,它是精密器件,在控制器中起关键作用:其次,它是碳刷、换向器、转子组成的机械结构。碳刷、换向器之间的机械接触点有振动、放电、发热及变形,因而容易引起系统及机床出故障。在这方面我们是有经验和教训的。

故障一

出现在配有 FANUK 7M系统的XK715数控铣床的Z轴上。在控制系统给出运动指令过后,Z轴缓慢加速产生的振动也由小而大,最后产生猛烈的窜动,报警而停机。报警号往往是 05、07,出现动态偏差过大和急停。检查机床导轨、镶条、丝杠及联轴器等机械元件无卡堵现象,导轨润滑良好,电动机控制板及有关电器的工作状态、测速机两线间的电阻均没有发现明显问题。最后拆开测速机检查时才发现了问题所在。下图是该测速机换向器的展开示意图。

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换向器展开图

正常时,其两换向片之间电阻约为31W左右,我们逐片测试,查出3、4、5、6片之间两两不通,18、19、22、23片之间也不通,可以判定转子中有好几个线圈断路,机床故障由此引起。因为有断路,反馈电压就会时有时无,指令电压和反馈电压的差值就会忽高忽低,造成电动机时快时慢,经闭环控制后,就会加大故障,使Z轴产生猛烈窜动,造成动态偏差过大引起报警、急速停机。更换测速机转子,修整碳刷后故障消除。

故障二

出现在辛辛那提1212U数控车床主轴上,其机床主轴驱动是美国Reliane的产品。在控制系统发出100r/min的指令后,主轴在110±3r/min的范围内运行,正常情况下,主轴此时应以100±1r/min的速度运转几分钟到几小时不等。过后,听到主轴减速造成的齿轮声,主轴转速逐步降低到 92±3r/min相对稳定运行一段时间后,主轴又逐步加速到先前的110±3r/min的速度,过后又会回到92±3r/min。如此循环往复,现象很奇怪。对此我们作了大量的检查,除机械、电气外,还作人工模拟检查,但总找不到问题,甚至一段时间认为这不太影响粗加工和精加工的精度而任其自然。然而涉及到精加工,问题就无法回避了。由于拆装困难,最初我们只能观察碳刷和换向器的磨合状态。换向器表面光滑无放电痕迹,测速机引出两线间电阻基本正常,故认为测速机没有问题。实在检查不出原因后,只好费劲地将主轴电动机从机床上拆下,打开测速机内部进行检查,发现了问题。其换向器展开图类似于前图,换向片为 33片。据测量大多数换向片之间电阻为5.4W左右,但1~2、2~3、3~4、4~5、5~6、6~7片间的电阻却分别为0.7、0.9、0.6、0.8、0.7、4.9W:17~18、18~19、19~20、20~21、21~22、22~23片间的电阻却分别为4.0、3.0、3.1、3.0、3.9、4.8W。说明存在程度不等的短路现象,并且阻值还不稳定。所以我们仔细清洁和处理了换向器,使片间电阻恢复到5.4±0.2W左右。重新装配好后,再看不到因电阻变化、电压变化造成转速漂移,更听不见速度变化所造成的齿轮撞击声了。

故障三

出现在日本加工中心HR-5B Z轴驱动上。在经过较长时间的正常运行后,Z轴在进给运动中产生无规则的振动,影响到加工精度。首先排除机电方面的大量疑点,检查Z轴与X、Y轴之间的参数设置,逐渐缩小目标点。再检查测速机两线电阻,也基本正常。拆开测速机后,发现换向器表面不太光滑,有放电产生的凹凸不平的斑痕。经打磨换向器和碳刷后,情况有所好转,但仍有振动现象。再逐一检查各碳刷,发现有一碳刷因施压弹簧变形引起压力不足,碳刷和换向器产生动态接触不良。重新调整并修复,使四碳刷压力基本相等。至此振动完全消除,机床恢复到良好工作状态。

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