伺服系統(Servo system)是數控機床的主要組成部分，由于它和機械部分有聯接，所以出現故障的機會相對多一些。在數控機床中，伺服系統接收數控系統發出的位移、速度指令，經變換、調整與放大后，由電動機和機械傳動機構驅動機床坐標軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過多軸的聯動使刀具相對工件產生各種復雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的復雜形狀的工件。因此伺服系統故障是整個數控機床故障的一個重要部分。下面將結合實際工作中數控機床的故障現象，對伺服系統常見故障形式及診斷方法進行探討。
1 參數設定錯誤故障
1)故障現象：1臺配備有FANUC 16M數控系統的加工中心，在啟動完成進入可操作狀態后，X軸只要一運動就出現高頻振蕩，產生尖叫，系統無任何報警。
2)分析與處理過程：在故障出現后，觀察X軸拖板，發現實際上拖板振動位移很小；但觸摸輸出軸可感覺到轉子在以很小的幅度、極高的頻率振動，且振動的噪聲就來自X軸伺服單元模塊。
考慮到振動無論是在運動中還是在靜止時均發生，與運動速度無關，因而基本上可以排除測速發電機、位置反饋編碼器等硬件損壞的可能性。
分析該振動可能是CNC系統中與伺服驅動有關的參數設定、調整不當引起的，且由于機床振動頻率很高和電流環時間常數小導致。
由于FANUC 16M采用的是數字伺服，其參數的調整可以直接通過系統進行。維修時調出伺服調整參數界面，并與機床隨機資料中提供的參數表對照，發現參數PARNl852、PARMl825與提供值不符，設定值見表1。將上述參數重新修改后，振動現象消失，機床恢復正常工作。
2 編碼器故障
1)故障現象：某采用FANUC 0T數控系統的數控車床，開機后只要Z軸一移動，就出現劇烈振蕩，CNC無報警，機床無法正常工作。
2)分析與處理過程：經仔細觀察、檢查，發現該機床的Z軸在小范圍(2.5 mm以內)移動時，工作正常，運動平穩無振動；但一旦超過以上范圍，機床即發生激烈振動。
根據這一現象分析，系統的位置控制部分以及伺服驅動器本身應無故障，初步判定故障在位置檢測器件，即脈沖編碼器上。
考慮到機床為半閉環結構，維修時通過更換電動機進行了確認，判定故障原因是由于脈沖編碼器的不良引起的。
為了深入了解引起故障的根本原因，維修時作了以下分析與試驗。
a．在伺服驅動器主回路斷電的情況下，手動轉動電動機軸，檢查系統顯示，發現無論電動機正轉、反轉，系統顯示器上都能夠正確顯示實際位置值，表明位置編碼器的A、B、*A、*B信號輸出正確。
b．由于本機床Z軸絲杠螺距為5 mm，只要Z軸移動2 mm左右即發生振動，因此，故障原因可能與電動機轉子的實際位置有關，即脈沖編碼器的轉子位置檢測信號C1、C2、C4、C8信號存在不良。根據以上分析，考慮到Z軸可以正常移動2．5mm左右，相當于電動機實際轉動180。，因此，進一步判定故障的部位是轉子位置檢測信號中的C8存在不良。
按照上例同樣的方法，取下脈沖編碼器后，根據編碼器的連接要求(見表2)，在引腳N／T、J／K上加載DC5 V后，旋轉編碼器軸，利用萬用表測量C1、C2、C4、C8，發現C8的狀態無變化，確認了編碼器的轉子位置檢測信號C8存在故障。
進一步檢查發現，編碼器內部的C8輸出驅動集成電路已經損壞；更換集成電路后，重新安裝編碼器，并按上例同樣的方法調整轉子角度后，機床恢復正常。
3 伺服電動機故障
1)故障現象：1臺配有FANUC FS-11M系統的加工中心，產生SV023和SV009報警。
2)分析與處理過程：SV023報警表示伺服電動機過載，產生的原因是電動機負載太大；速度控制單元的熱繼電器設定錯誤；伺服變壓器熱敏開關不良；再生反饋能量過大；速度控制單元印制線路板上設定錯誤。
SV009報警表示移動時誤差過大，產生的原因是：數控系統位置偏差量設定錯誤；伺服系統超調；電源電壓太低；位置控制部分或速度控制單元不良；電動機輸出功率太小或負載太大等。
綜合上述2種報警產生的原因，電動機負載過大的可能性最大。測定機床空運行時的電動機電流，結果顯示超過電動機的額定電流。將該伺服電動機拆下，在電動機不通電的情況下，用手轉動電動機輸出軸，結果轉動很費勁，這表明電動機的磁鋼有部分脫落，造成了電動機超載。
4 伺服驅動器故障
1)故障現象：采用FANUC 0M數控系統的立式／jn-r中心，在加工過程中，出現ALM414報警，a伺服驅動器顯示報警“8”。
2)分析與處理過程：該機床采用的是FANUCa系列數字伺服驅動系統，系統ALM414報警的含義為“X軸的數字伺服系統錯誤。a驅動器顯示“8”，表示L軸(在機床上為X軸)過電流。
根據報警顯示內容，通過機床自診斷功能，檢查診斷參數DGN720，發現其第4位為“1”，即X軸出現過電流(HCAL)報警。FANUC數字伺服X軸產生HCAL報警的原因主要有：X軸伺服電動機的電樞線產生錯誤；伺服驅動器內部的晶體管模塊損壞；X軸伺服電動機繞組內部短路；伺服驅動器的主板PCB損壞。
根據故障情況，由于發生故障前機床可以正常工作，故基本可以排除X軸伺服電動機聯接錯誤的可能性。
測量X軸伺服電動機的電樞繞組，發現三相繞組電阻相同，阻值在正常的范圍，故可以排除電動機繞組內部短路的原因。
檢查伺服驅動器內部的晶體管模塊，用萬用表測得電源輸入端的相間電阻只有6 Q，低于正常值。因此，可以初步判定驅動器內部晶體管模塊損壞。經仔細檢查確認晶體管模塊已經損壞；更換一晶體管模塊后，故障排除。
5 速度控制單元故障
1)故障現象：1臺配有FANUC 7M系統的立式加工中心，開機時，系統出現ALM05、07和37號報警。
2)分析與處理過程：FANUC 7M系統ALM05報警的含義是“系統處于‘急停’狀態”；ALM07報警的含義是“伺服驅動系統未準備好”；ALM37是y軸位置誤差過大報警。分析以上報警，ALM05報警是由于系統“急停”信號引起的，通過檢查可以排除；ALM07報警是系統中的速度控制單元未準備好，可能的原因有：電動機過載；伺服變壓器過熱；伺服變壓器保護熔斷器熔斷；輸入單元的EMG(INl)和EMG(IN2)之間的觸點開路；輸入單元的交流100 V熔斷器熔斷(F5)；伺服驅動器與CNC間的信號電纜連接不良；伺服驅動器的主接觸器(MCC)斷開。
ALM37報警的含義是“位置跟隨誤差超差”。綜合分析以上故障，當速度控制單元出現報警時，一般均會出現ALM37報警，因此故障維修應針對ALM07報警進行。
在確認速度控制單元與CNC、伺服電動機的連接無誤后，考慮到機床中使用的X、y、Z伺服驅動系統的結構和參數完全一致，為了迅速判斷故障部位，加快維修進度，維修時首先將X、Z 2個軸的CNC位置控制器輸出連線XC(Z軸)和XF(y)軸以及測速反饋線XE(Z軸)與XH(y軸)進行了對調。這樣，相當于用CNC的y軸信號控制Z軸，用CNC的Z軸信號控制Y軸，以判斷故障部位是在CNC側還是在驅動側。經過以上調換后開機，發現故障現象不變，說明本故障與CNC無關。
在此基礎上，為了進一步判別故障部位，區分故障是由伺服電動機還是驅動器引起的，維修時再次將Y、Z軸速度控制單元進行了整體對調。經試驗，故障仍然不變，從而進一步排除了速度控制單元的原因，將故障范圍縮小到y軸直流伺服電動機上。為此，拆開了直流伺服電動機，經檢查發現，該電動機的內裝測速發電機與伺服電動機間的聯接齒輪存在松動，其余部分均正常。將其聯接緊固后，故障排除。
通過以上5個實例可以發現，伺服系統的故障診斷，雖然由于伺服驅動系統生產廠家的不同，在具體做法上可能有所區別，但其基本檢查方法與診斷原理卻是一致的。
6 結語
根據我們的維修經驗，檢查伺服系統的故障首先應該分析數控系統報警信息以及伺服系統的報警指示，仔細觀察故障現象，根據伺服系統的工作原理和機床的電氣原理圖，對可疑的故障點逐一檢查排除，在有條件的情況下采取互換法，最終確認故障原因，從而排除機床故障，提高數控機床的使用效率。
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