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)動器、伺服電機和一個反饋傳感器（一般伺服電機自帶光電編碼器）。所有這些部件都在一個控制閉環(huán)系統(tǒng)中運行；驅(qū)動器從外部接收參數(shù)信息，然后將一定電流輸送給電機，通過電機轉(zhuǎn)換成扭矩帶動負載，負載根據(jù)自己的特性進行動作或加減速，傳感器測量負載的位置，使驅(qū)動裝置對設(shè)定信息值和實際位置值進行比較，然后通過改變電機電流使實際位置值和設(shè)定信息值保持一致，當(dāng)負載突然變化引起速度變化時，編碼器獲知這種速度變化后會馬上反應(yīng)給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器又通過改變提供給伺服電機的電流值來滿足負載的變化，并重新返回到設(shè)定的速度。
交流伺服系統(tǒng)是一個響應(yīng)非常高的全閉環(huán)系統(tǒng)，負載波動和速度矯正之間的時間滯后響應(yīng)是非常快的。
二、交流伺服電機振動故障分析
以下對交流伺服電機振動故障的分析主要從機械方面和電氣方面進行。
1. 機械方面
（1）電機兩端和絲杠軸承座上的軸承磨損后間隙過大，或者軸承缺少潤滑脂后軸承滾動體和保持架磨損嚴(yán)重造成負載過重。軸承磨損后間隙過大會造成電機轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心存在同軸度誤差，使機械系統(tǒng)產(chǎn)生抖動。軸承滾動體和保持架磨損嚴(yán)重會造成摩擦力增加導(dǎo)致“堵轉(zhuǎn)”，“堵轉(zhuǎn)”在不至于導(dǎo)致“過載報警”的情況下，由于負載過重，會增加伺服系統(tǒng)的響應(yīng)時間產(chǎn)生振動；
（2）電機轉(zhuǎn)子不平衡，電機轉(zhuǎn)子的動平衡制造時有缺陷或使用后變差，就會產(chǎn)生形如“振動電機”一樣的振動源；
（3）轉(zhuǎn)軸彎曲，轉(zhuǎn)軸彎曲的情況類似于轉(zhuǎn)子不平衡，除了會產(chǎn)生振動源也會產(chǎn)生電機轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心的同軸度誤差，使機械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生抖動；
（4）聯(lián)軸器制造缺陷或使用后磨損會造成聯(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；
（5）導(dǎo)軌的平行度在制造時較差會導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無法到達指定位置到無法停留在指定位置，這時伺服電機會不停的在努力尋找位置和系統(tǒng)反饋間徘徊，使電機連續(xù)的振動；
（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使電機由于負載不均勻產(chǎn)生振動；
（7）絲杠彎曲，絲杠彎曲后絲杠除了受到軸向推力外還會受到變化的徑向力，彎曲大時徑向力大，彎曲小時徑向力小，同樣這種不應(yīng)該存在的徑向力也會使機械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生振動。
2. 電氣方面
導(dǎo)致交流伺服電機電氣方面的原因主要是伺服驅(qū)動器的參數(shù)調(diào)整上。
（1）負載慣量，負載慣量的設(shè)置一般與負載的大小有關(guān)，過大的負載慣量參數(shù)會使系統(tǒng)產(chǎn)生振動，一般的交流伺服電機可以自動測量系統(tǒng)的負載慣量；
（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)動器型號和負載情況確定，一般情況下，負載慣量越大，設(shè)定值越大，在系統(tǒng)不產(chǎn)生振動的情況下，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；
（3）速度積分常數(shù)，一般情況下負載慣量越大，設(shè)定值越大，系統(tǒng)不產(chǎn)生振動的情況下，設(shè)定值盡量較小，但是降低積分增益會使機床響應(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)值太大可能會引起電機振動；
（5）加速度反饋增益，電機不轉(zhuǎn)時，很小的偏移會被速度環(huán)的比例增益放大，速度反饋產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，使電機來回抖動。
三、交流伺服電機振動故障根據(jù)現(xiàn)場判斷解決
知道了那些方面會導(dǎo)致交流伺服電機產(chǎn)生振動故障，實際維修中如何將故障范圍進一步縮小進而鎖定故障原因是個難點，需要結(jié)合具體的現(xiàn)場信息來綜合判斷。
（1）故障發(fā)生在新設(shè)備開機調(diào)試后，發(fā)生在這個時段內(nèi)的故障最復(fù)雜，可能是由于機械制造方面的原因，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單的原因，后排除復(fù)雜的，如果是數(shù)控系統(tǒng)裝有兩臺以上相同的驅(qū)動器和交流伺服電機，其中一臺電機產(chǎn)生振動，可以采用最簡單的“對換法”將兩臺交流伺服電機的伺服驅(qū)動器對換，利用此法可以快速判斷問題是否出在伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置上；
（2）故障發(fā)生在設(shè)備運行使用很長時間以后，這種情況基本可以排除伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置問題，因為如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，早就應(yīng)該反映出問題了；
（3）故障發(fā)生在剛剛開機后，如果剛剛開機交流伺服電機就產(chǎn)生振動，這種情況下可以確定是在數(shù)控系統(tǒng)自動尋在機床原點時發(fā)生了機械卡阻導(dǎo)致電機不能到達指定位置或到達指定位置后產(chǎn)生反復(fù)，這種情況下一般是機械故障；
（4）故障發(fā)生在機床正在加工工件時，這樣的情況首先考慮是由于加工時負載增加而導(dǎo)致的振動，圍繞負載增加檢查原因；
（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)生時說明導(dǎo)致電機振動的故障原因一直存在，而斷續(xù)無規(guī)律發(fā)生時說明導(dǎo)致電機振動的故障原因有時會發(fā)生變化，這種情況如果負載沒有很大的變化基本可以排除伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置的原因。
導(dǎo)致交流伺服電機的振動故障是多方面復(fù)雜的原因，從實際操作中總結(jié)發(fā)現(xiàn)機械故障或機械故障導(dǎo)致的電機故障原因比例較大，在排除這類故障時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振動故障，同時結(jié)合現(xiàn)場情況綜合判斷，才能徹底解決交流伺服電機的振動故障。
來源：《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》
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