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伺服電機的功能及使用注意事項

日期：2020-06-10 14:33
在數控機床的伺服驅動系統中，驅動部件現在主要以直流和交流伺服電機為主。伺服電機控制方便，靈活，反應迅速，能輸出較大的功率，簡化機械傳動結構，同時維護方便，所以在數控機床中得到了廣泛的應用。特別是近幾年出現的高性能的交流伺服電機，使數控機床在整機的可靠性上得到了很大的提高。伺服電機的控制由于不同于一般的電機，所以在實際使用中如缺乏維修方面的有關知識，當出現故障時處理就會遇到困難，如果缺乏對伺服電機的了解，在工作中處理故障時遇到的困難就會更大。本文介紹直流伺服電機故障處理的一些維修實例。
1  直流伺服電機的結構
直流伺服電機常采用永磁體勵磁，定子使用數塊磁鐵粘在鋁殼內，轉子和直流電機的結構相同，但使用的導線較粗，電流通過電刷、換向器接入轉子，使電機旋轉。換向器(整流子)大多使用較常見的圓周接觸，但也有使用端面接觸的。在電機上另外還裝有速度和位置反饋檢測元件，用于對電機的轉速控制。
2　幾個主要的特性及在故障判斷中的應用
a.轉速和端電壓的關系
電機的轉速和端電壓成正比，該參數在設計時已確定。電機在磁體勵磁正常的情況下，轉速和加在電機轉子上的電壓成正比，根據這一特性，可判斷電機是否退磁，如果電機的轉速已達到額定值而端電壓低于額定值，在這種情況下，說明電機有退磁現象，檢查時可分別測量電機和測速機上的電壓進行判斷。
b.電樞電流和輸出轉矩的關系
電機的輸出轉矩和電樞電流成正比，根據這一特性，可以用來確定故障是在電機還是在控制器。在對電機進行檢查時，需將電機和機械部分分離，檢查空載和有載時的電流值，以確定故障點。
c.電機的空載電流
電機的空載電流是由機械部分如軸承、電刷和空氣阻力引起的損耗，一般很小。在不帶負載的情況下，電機轉速增加，但電流不會增加，但如電機的電流隨轉速的增加而增加時，電機內大多有短路故障點存在。
d.溫度對電機性能的影響
因電流過大和過載會造成電機的溫度上升，經常在過電流狀態下使用會使磁體退磁，使電機運行時出現轉矩下降。因此要經常檢查熱保護，對電機使用中出現過熱報警要檢查其原因，如保護動作屬正常要查出并排除故障。
3　在使用中直流伺服電機出現的一些故障
(1)過流和過載。在機床上正常使用的電機突然出現該故障時有以下一些原因：
a.機械負載過大，是機械上原因造成的，在排除故障后對電機不會有影響，但電機經常在過流狀況下運行，會造成電機損壞。
b.電機電刷和其他部分對地短路或絕緣不良。
c.控制器的輸出功率元件和相關部分有故障。
(2)轉矩減小，無力，稍加阻力就有報警。該類故障的原因為：
a.電機有退磁可能。
b.電刷接觸電阻過大，或接觸不良。
c.電刷彈簧燒壞，壓力變小，造成電刷下火花過大。
d.控制器有故障。
(3)電機旋轉有噪聲或異常聲。原因為：
a.電機內有異物或磁體脫開。
b.機械聯接部分安裝不正確。
c.換向器粗糙或已燒毛。
d.軸承損壞或其它機械故障。
(4)電機旋轉時振動。原因有：
a.換向器有短路。
b.換向器表面燒壞，高低不平。
c.油滲入了電刷或在換向器表面粘有油污。
(5)制動器故障。在垂直軸上使用的電機大多數都帶制動器，制動器出現故障時會使電機過流、過熱和產生其他故障。對帶制動器的電機修理應先使制動器脫開，常用的方法是將電源直接接入制動器線圈，使其脫開，如帶機械松開裝置的更加方便。有些制動器帶整流器，在有故障時要檢查一下。
4　常見的直流伺服電機故障處理　　
在伺服驅動系統中，電機故障是其中的一部分。
故障1：機床在使用中有時出現尺寸不準，并有“過流”報警出現。
分析：尺寸不準的原因有間隙過大、導軌無潤滑等因素，但有時還出現“過流”，則與電機有關。用搖表測量電機的絕緣，電機有短路現象。
處理：拆開電機檢查，發現因電刷磨損過度，碳粉堆積，造成對外殼無規則短路，清除干凈并修理后，測量絕緣符合要求，裝上后使用正常。
該故障在換向器端面結構并垂直安裝時出現的機會較多，電刷過軟和換向器表面粗糙極易出現，因此對電機最好能定時保養，或定時用干凈的壓縮空氣將電刷粉吹去。
故障2：1臺XH715加工中心的X軸在移動中有時出現沖擊，并發出較大的聲響，隨即出現驅動報警。
分析：移動時產生振動或沖擊是由控制器或電機引起。檢查X軸在快速移動時故障頻繁，經更換控制板故障仍時有發生，所以確定故障在電機中。
處理：開始僅將電刷拆開檢查，電刷、換向器表面較光滑，因此認為無故障，但裝上后開機故障仍有，所以將整個電機拆開檢查，發現在換向器兩邊部分表面上有被硬擦過的痕跡。仔細查看，認為是因安裝不正確造成電刷座與換向器相擦，引起短路，當電機轉速高時引起轉速失控。將電刷高起部分銼去，修理換向器上的短路點，故障排除。
故障3：加工中心在使用中出現“誤差”報警，經檢查驅動器已跳開。查看控制器上有“過流”報警指示。
分析：出現“誤差”報警是給旋轉指令，但電機不轉，有“過流”報警時，故障大多在電機內部。
處理：將電機電刷拆下檢查，發現電刷的彈簧已燒壞，由于電刷的壓力不夠，引起火花增大，并將換向器上的部分換向片燒傷。彈簧燒壞的原因是因電刷連接片和刷座接觸不好，使電流從彈簧上通過發熱燒壞。根據故障情況將燒傷的換向器進行車削修理，同時改善電刷與刷座的接觸面。按以上處理后試車，但電機出現抖動現象，再次檢查，原來是因車削時方法不對，造成換向器表現粗糙，因此重新修去換向片毛刺和下刻云母片，并經打磨光滑后使用正常。
在對電機的換向器進行車削修理時要注意方法，一般的原則是光出即可，車削時吃刀深度和進刀量不要過大，進刀量在0.05～0.1mm/r較好，吃刀深度在0.1mm以下，速度采用250～300m/r，分幾次切削，并使用相應的刀具。換向器的車削修理有一定的限度，大部分單邊最多不要超過2mm，車掉過多會影響使用性能，最好查看一下所用電機的說明書。
故障4：XH755加工中心的轉臺在回轉時有“過流”報警。
分析：有“過流”報警故障先檢查電機，用萬用表測量繞組對地電阻已很小，判定是電機故障。
處理：拆開電機檢查，因冷卻水流入，造成短路過流。檢查電機磁體有退磁現象，更換1臺電機后正常。
直流伺服電機在使用中出現故障是比較多的，大部分在電刷和換向器上，所以，如有條件，進行及時的保養和維護是減少故障的唯一辦法。
在對直流伺服電機進行檢查時，測量電流是常用的檢查方法，由于使用一般的電流表測量很麻煩，所以最好使用直流鉗形表。
 

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