2024-08-12
張桂山 楊秋平
一、交流伺服系統(tǒng)概述
交流伺服系統(tǒng)包括：伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)和一個(gè)反饋傳感器（一般伺服電機(jī)自帶光電編碼器）。所有這些部件都在一個(gè)控制閉環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行；驅(qū)動(dòng)器從外部接收參數(shù)信息，然后將一定電流輸送給電機(jī)，通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成扭矩帶動(dòng)負(fù)載，負(fù)載根據(jù)自己的特性進(jìn)行動(dòng)作或加減速，傳感器測(cè)量負(fù)載的位置，使驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)設(shè)定信息值和實(shí)際位置值進(jìn)行比較，然后通過改變電機(jī)電流使實(shí)際位置值和設(shè)定信息值保持一致，當(dāng)負(fù)載突然變化引起速度變化時(shí)，編碼器獲知這種速度變化后會(huì)馬上反應(yīng)給伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器又通過改變提供給伺服電機(jī)的電流值來滿足負(fù)載的變化，并重新返回到設(shè)定的速度。
交流伺服系統(tǒng)是一個(gè)響應(yīng)非常高的全閉環(huán)系統(tǒng)，負(fù)載波動(dòng)和速度矯正之間的時(shí)間滯后響應(yīng)是非?？斓?。
二、交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障分析
以下對(duì)交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障的分析主要從機(jī)械方面和電氣方面進(jìn)行。
1. 機(jī)械方面
（1）電機(jī)兩端和絲杠軸承座上的軸承磨損后間隙過大，或者軸承缺少潤(rùn)滑脂后軸承滾動(dòng)體和保持架磨損嚴(yán)重造成負(fù)載過重。軸承磨損后間隙過大會(huì)造成電機(jī)轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心存在同軸度誤差，使機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生抖動(dòng)。軸承滾動(dòng)體和保持架磨損嚴(yán)重會(huì)造成摩擦力增加導(dǎo)致“堵轉(zhuǎn)”，“堵轉(zhuǎn)”在不至于導(dǎo)致“過載報(bào)警”的情況下，由于負(fù)載過重，會(huì)增加伺服系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生振動(dòng)；
（2）電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡，電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡制造時(shí)有缺陷或使用后變差，就會(huì)產(chǎn)生形如“振動(dòng)電機(jī)”一樣的振動(dòng)源；
（3）轉(zhuǎn)軸彎曲，轉(zhuǎn)軸彎曲的情況類似于轉(zhuǎn)子不平衡，除了會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)源也會(huì)產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心的同軸度誤差，使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生抖動(dòng)；
（4）聯(lián)軸器制造缺陷或使用后磨損會(huì)造成聯(lián)軸器兩部分的同軸度誤差，特別是使用鑄造的剛性聯(lián)軸器，由于本身的制造精度差，更容易產(chǎn)生同軸度誤差導(dǎo)致振動(dòng)；
（5）導(dǎo)軌的平行度在制造時(shí)較差會(huì)導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無法到達(dá)指定位置到無法停留在指定位置，這時(shí)伺服電機(jī)會(huì)不停的在努力尋找位置和系統(tǒng)反饋間徘徊，使電機(jī)連續(xù)的振動(dòng)；
（6）絲杠與導(dǎo)軌平面的平行度誤差，絲杠在安裝過程中與導(dǎo)軌所在平面有平行度誤差也會(huì)使電機(jī)由于負(fù)載不均勻產(chǎn)生振動(dòng)；
（7）絲杠彎曲，絲杠彎曲后絲杠除了受到軸向推力外還會(huì)受到變化的徑向力，彎曲大時(shí)徑向力大，彎曲小時(shí)徑向力小，同樣這種不應(yīng)該存在的徑向力也會(huì)使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。
2. 電氣方面
導(dǎo)致交流伺服電機(jī)電氣方面的原因主要是伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)調(diào)整上。
（1）負(fù)載慣量，負(fù)載慣量的設(shè)置一般與負(fù)載的大小有關(guān)，過大的負(fù)載慣量參數(shù)會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，一般的交流伺服電機(jī)可以自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的負(fù)載慣量；
（2）速度比例增益，設(shè)置值越大，增益越高，系統(tǒng)剛度越大，參數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)和負(fù)載情況確定，一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大，在系統(tǒng)不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下，設(shè)定值盡量較大，但是增益越大，偏差越小，越容易產(chǎn)生振動(dòng)；
（3）速度積分常數(shù)，一般情況下負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大，系統(tǒng)不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下，設(shè)定值盡量較小，但是降低積分增益會(huì)使機(jī)床響應(yīng)遲緩，剛性變差；
（4）位置比例增益，設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小，數(shù)值太大可能會(huì)引起電機(jī)振動(dòng)；
（5）加速度反饋增益，電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，很小的偏移會(huì)被速度環(huán)的比例增益放大，速度反饋產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)來回抖動(dòng)。
三、交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)判斷解決
知道了那些方面會(huì)導(dǎo)致交流伺服電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)故障，實(shí)際維修中如何將故障范圍進(jìn)一步縮小進(jìn)而鎖定故障原因是個(gè)難點(diǎn)，需要結(jié)合具體的現(xiàn)場(chǎng)信息來綜合判斷。
（1）故障發(fā)生在新設(shè)備開機(jī)調(diào)試后，發(fā)生在這個(gè)時(shí)段內(nèi)的故障最復(fù)雜，可能是由于機(jī)械制造方面的原因，也有可能是參數(shù)調(diào)整不正確的原因，需要一步步的排除，排除的原則是先排除簡(jiǎn)單的原因，后排除復(fù)雜的，如果是數(shù)控系統(tǒng)裝有兩臺(tái)以上相同的驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī)，其中一臺(tái)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，可以采用最簡(jiǎn)單的“對(duì)換法”將兩臺(tái)交流伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)換，利用此法可以快速判斷問題是否出在伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置上；
（2）故障發(fā)生在設(shè)備運(yùn)行使用很長(zhǎng)時(shí)間以后，這種情況基本可以排除伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置問題，因?yàn)槿绻麉?shù)設(shè)置不當(dāng)，早就應(yīng)該反映出問題了；
（3）故障發(fā)生在剛剛開機(jī)后，如果剛剛開機(jī)交流伺服電機(jī)就產(chǎn)生振動(dòng)，這種情況下可以確定是在數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)尋在機(jī)床原點(diǎn)時(shí)發(fā)生了機(jī)械卡阻導(dǎo)致電機(jī)不能到達(dá)指定位置或到達(dá)指定位置后產(chǎn)生反復(fù)，這種情況下一般是機(jī)械故障；
（4）故障發(fā)生在機(jī)床正在加工工件時(shí)，這樣的情況首先考慮是由于加工時(shí)負(fù)載增加而導(dǎo)致的振動(dòng)，圍繞負(fù)載增加檢查原因；
（5）故障連續(xù)規(guī)律發(fā)生或斷續(xù)無規(guī)律發(fā)生，故障連續(xù)發(fā)生時(shí)說明導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)的故障原因一直存在，而斷續(xù)無規(guī)律發(fā)生時(shí)說明導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)的故障原因有時(shí)會(huì)發(fā)生變化，這種情況如果負(fù)載沒有很大的變化基本可以排除伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置的原因。
導(dǎo)致交流伺服電機(jī)的振動(dòng)故障是多方面復(fù)雜的原因，從實(shí)際操作中總結(jié)發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障或機(jī)械故障導(dǎo)致的電機(jī)故障原因比例較大，在排除這類故障時(shí)需要掌握交流伺服系統(tǒng)的工作原理，了解哪些原因容易引起電機(jī)振動(dòng)故障，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況綜合判斷，才能徹底解決交流伺服電機(jī)的振動(dòng)故障。
來源：《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》
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