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设备中常见伺服电机故障的判断和修理(CZZ)
2023年1月5日

数控机床的伺服驱动系统中,驱动部件现在主要以直流和交流伺服电机为主。伺服电机控制方便,灵活,反应迅速,能输出较大的功率,简化机械传动结构,同时维护方便,所以在数控机床中得到了广泛的应用。特别是近几年出现的高性能的交流伺服电机,使数控机床在整机的可靠性上得到了很大的提高。伺服电机的控制由于不同于一般的电机,所以在实际使用中如缺乏维修方面的有关知识,当出现故障时处理就会遇到困难,如果缺乏对伺服电机的了解,在工作中处理故障时遇到的困难就会更大。本文介绍直流伺服电机故障处理的一些维修实例。  

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1 直流伺服电机的结构  

直流伺服电机常采用永磁体励磁,定子使用数块磁铁粘在铝壳内,转子和直流电机的结构相同,但使用的导线较粗,电流通过电刷、换向器接入转子,使电机旋转。换向器(整流子)大多使用较常见的圆周接触,但也有使用端面接触的。在电机上另外还装有速度和位置反馈检测元件,用于对电机的转速控制。  

2 几个主要的特性及在故障判断中的应用

2.1 转速和端电压的关系   

电机的转速和端电压成正比,该参数在设计时已确定。电机在磁体励磁正常的情况下,转速和加在电机转子上的电压成正比,根据这一特性,可判断电机是否退磁,如果电机的转速已达到额定值而端电压低于额定值,在这种情况下,说明电机有退磁现象,检查时可分别测量电机和测速机上的电压进行判断。

2.2 电枢电流和输出转矩的关系   

电机的输出转矩和电枢电流成正比,根据这一特性,可以用来确定故障是在电机还是在控制器。在对电机进行检查时,需将电机和机械部分分离,检查空载和有载时的电流值,以确定故障点。

2.3 电机的空载电流   

电机的空载电流是由机械部分如轴承、电刷和空气阻力引起的损耗,一般很小。在不带负载的情况下,电机转速增加,但电流不会增加,但如电机的电流随转速的增加而增加时,电机内大多有短路故障点存在。

2.4 温度对电机性能的影响   

因电流过大和过载会造成电机的温度上升,经常在过电流状态下使用会使磁体退磁,使电机运行时出现转矩下降。因此要经常检查热保护,对电机使用中出现过热报警要检查其原因,如保护动作属正常要查出并排除故障。

3 在使用中直流伺服电机出现的一些故障   

(1)过流和过载。在机床上正常使用的电机突然出现该故障时有以下一些原因:  

a.机械负载过大,是机械上原因造成的,在排除故障后对电机不会有影响,但电机经常在过流状况下运行,会造成电机损坏。  

b.电机电刷和其他部分对地短路或绝缘不良。  

c.控制器的输出功率元件和相关部分有故障。  

(2)转矩减小,无力,稍加阻力就有报警。该类故障的原因为:  

a.电机有退磁可能。  

b.电刷接触电阻过大,或接触不良。  

c.电刷弹簧烧坏,压力变小,造成电刷下火花过大。 

d.控制器有故障。  

(3)电机旋转有噪声或异常声。

原因为:  

a.电机内有异物或磁体脱开。 

b.机械连接部分安装不正确。 

c.换向器粗糙或已烧毛。  

d.轴承损坏或其它机械故障。  

(4)电机旋转时振动。

原因有:  

a.换向器有短路。  

b.换向器表面烧坏,高低不平。  

c.油渗入了电刷或在换向器表面粘有油污。  

(5)制动器故障。在垂直轴上使用的电机大多数都带制动器,制动器出现故障时会使电机过流、过热和产生其他故障。对带制动器的电机修理应先使制动器脱开,常用的方法是将电源直接接入制动器线圈,使其脱开,如带机械松开装置的更加方便。有些制动器带整流器,在有故障时要检查一下。

4 常见的直流伺服电机故障处理  

在伺服驱动系统中,电机故障是其中的一部分。  

故障1:机床在使用中有时出现尺寸不准,并有“过流”报警出现。  

分析:尺寸不准的原因有间隙过大、导轨无润滑等因素,但有时还出现“过流”,则与电机有关。用摇表测量电机的绝缘,电机有短路现象。 处理:拆开电机检查,发现因电刷磨损过度,碳粉堆积,造成对外壳无规则短路,清除干净并修理后,测量绝缘符合要求,装上后使用正常。 

该故障在换向器端面结构并垂直安装时出现的机会较多,电刷过软和换向器表面粗糙极易出现,因此对电机****能定时保养,或定时用干净的压缩空气将电刷粉吹去。 

故障2:加工中心在使用中出现“误差”报警,经检查驱动器已跳开。查看控制器上有“过流”报警指示。  

分析:出现“误差”报警是给旋转指令,但电机不转,有“过流”报警时,故障大多在电机内部。  

处理:将电机电刷拆下检查,发现电刷的弹簧已烧坏,由于电刷的压力不够,引起火花增大,并将换向器上的部分换向片烧伤。弹簧烧坏的原因是因电刷连接片和刷座接触不好,使电流从弹簧上通过发热烧坏。根据故障情况将烧伤的换向器进行车削修理,同时改善电刷与刷座的接触面。按以上处理后试车,但电机出现抖动现象,再次检查,原来是因车削时方法不对,造成换向器表现粗糙,因此重新修去换向片毛刺和下刻云母片,并经打磨光滑后使用正常。  

在对电机的换向器进行车削修理时要注意方法,一般的原则是光出即可,车削时吃刀深度和进刀量不要过大,进刀量在0.050.1mm/r较好,吃刀深度在0.1mm以下,速度采用250300m/r,分几次切削,并使用相应的刀具。换向器的车削修理有一定的限度,大部分单边最多不要超过2mm,车掉过多会影响使用性能,****查看一下所用电机的说明书。  

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