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直流測速機所引起的機床故障

據(jù)統(tǒng)計，因測速機的問題而引起機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，仔細一分析就不難明白。首先，它是精密器件，在控制器中起關鍵作用：其次，它是碳刷、換向器、轉子組成的機械結構。碳刷、換向器之間的機械接觸點有振動、放電、發(fā)熱及變形，因而容易引起系統(tǒng)及機床出故障。在這方面我們是有經(jīng)驗和教訓的。

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)給出運動指令過后，Z軸緩慢加速產(chǎn)生的振動也由小而大，最后產(chǎn)生猛烈的竄動，報警而停機。報警號往往是05、07，出現(xiàn)動態(tài)偏差過大和急停。檢查機床導軌、鑲條、絲杠及聯(lián)軸器等機械元件無卡堵現(xiàn)象，導軌潤滑良好，電動機控制板及有關電器的工作狀態(tài)、測速機兩線間的電阻均沒有發(fā)現(xiàn)明顯問題。最后拆開測速機檢查時才發(fā)現(xiàn)了問題所在。下圖是該測速機換向器的展開示意圖。

換向器展開圖

正常時，其兩換向片之間電阻約為31W左右，我們逐片測試，查出3、4、5、6片之間兩兩不通，18、19、22、23片之間也不通，可以判定轉子中有好幾個線圈斷路，機床故障由此引起。因為有斷路，反饋電壓就會時有時無，指令電壓和反饋電壓的差值就會忽高忽低，造成電動機時快時慢，經(jīng)閉環(huán)控制后，就會加大故障，使Z軸產(chǎn)生猛烈竄動，造成動態(tài)偏差過大引起報警、急速停機。更換測速機轉子，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，其主軸驅動是美國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)運行，正常情況下，主軸此時應以100±1r/min的速度運轉幾分鐘到幾小時不等。過后，聽到主軸減速造成的齒輪聲，主軸轉速逐步降低到92±3r/min相對穩(wěn)定運行一段時間后，主軸又逐步加速到先前的110±3r/min的速度，過后又會回到92±3r/min。如此循環(huán)往復，現(xiàn)象很奇怪。對此我們作了大量的檢查，除機械、電氣外，還作人工模擬檢查，但總找不到問題，甚至一段時間認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，問題就無法回避了。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)。換向器表面光滑無放電痕跡，測速機引出兩線間電阻基本正常，故認為測速機沒有問題。實在檢查不出原因后，只好費勁地將主軸電動機從機床上拆下，打開測速機內(nèi)部進行檢查，發(fā)現(xiàn)了問題。其換向器展開圖類似于前圖，換向片為33片。據(jù)測量大多數(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。所以我們仔細清潔和處理了換向器，使片間電阻恢復到5.4±0.2W左右。重新裝配好后，再看不到因電阻變化、電壓變化造成轉速漂移，更聽不見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軸驅動上。在經(jīng)過較長時間的正常運行后，Z軸在進給運動中產(chǎn)生無規(guī)則的振動，影響到加工精度。首先排除機電方面的大量疑點，檢查Z軸與X、Y軸之間的參數(shù)設置，逐漸縮小目標點。再檢查測速機兩線電阻，也基本正常。拆開測速機后，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，但仍有振動現(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)生動態(tài)接觸不良。重新調整并修復，使四碳刷壓力基本相等。至此振動完全消除，機床恢復到良好工作狀態(tài)。

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