伺服系統在數控機床設備中具有重要的地位，高性能的伺服系統可以提供靈活、方便、準確、快速的驅動。隨著技術的進步和整個工業的不斷發展，伺服驅動技術也取得了極大的進步，伺服系統已進入全數字化和交流化的時代。

一、伺服系統的發展過程

（一）直流伺服技術

伺服系統的發展經歷了由液壓到電氣的過程。電氣伺服系統根據所驅動的電機類型分為直流伺服系統和交流伺服系統。50年代，無刷電機和直流電機實現了產品化，并在計算機外圍設備和機械設備上獲得了廣泛的應用。70年代則是直流伺服電機的應用最為廣泛的時代。

（二）交流伺服技術

從70年代后期到80年代初期，隨著微處理器技術、大功率高性能半導體功率器件技術和電機永磁材料制造工藝的發展及其性能價格比的日益提高，交流伺服技術—交流伺服電機和交流伺服控制系統逐漸成為主導產品。交流伺服驅動技術已經成為工業領域實現自動化的基礎技術之一，并將逐漸取代直流伺服系統。

（三）交直流伺服技術的比較

直流伺服驅動技術受電機本身缺陷的影響，其發展受到了限制。直流伺服電機存在機械結構復雜、維護工作量大等缺點，在運行過程中轉子容易發熱，影響了與其連接的其他機械設備的精度，難以應用到高速及大容量的場合，機械換向器則成為直流伺服驅動技術發展的瓶頸。

交流伺服電機克服了直流伺服電機存在的電刷、換向器等機械部件所帶來的各種缺點，特別是交流伺服電機的過負荷特性和低慣性更體現出交流伺服系統的優越性。所以交流伺服系統在工廠自動化等各個領域得到了廣泛的應用。

從伺服驅動產品當前的應用來看，直流伺服產品正逐漸減少，交流伺服產品則日漸增加，市場占有率逐步擴大。在實際應用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服產品已經成為主流產品。

二、伺服系統的應用

隨著市場競爭的日趨激烈，用戶對所需產品提出了更高的技術要求和更合理的性能價格比。伺服系統以其出色的性能滿足了各種產品制造廠家近乎苛刻的要求，從而能夠對產品的加工過程、加工工藝和綜合性能進行改造。在機電一體化設備上伺服系統的使用更加廣泛，幾乎工業生產的所有領域都成為伺服系統的應用對象。

三、伺服系統故障與維修

（一）主軸驅動系統的故障與維修

1主軸轉速與進給不匹配

當進行螺紋切削或用每轉進給切削時，會出現停止進給，主軸仍然運轉的故障。主軸有一個每轉一個的脈沖的反饋信號，一般為主軸編碼器有問題。

2轉速偏移指令值

3主軸異常噪聲及振動

電氣驅動（在減速過程中發生、振動周期與轉速無關）

主軸機械（恒轉速自由停車、振動周期與轉速有關）

4主軸電動機不轉：CNC是否有速度信號輸出；使能信號是否接通、CTR觀察I/O狀態、分析PLC梯形圖以確定主軸的啟動條件（潤滑、冷卻）主軸驅動故障：主軸電機故障。

（二）進給伺服系統的故障與維修

1．超程

當進給運動超過由軟件設定的軟限位或由限位開關設定的硬限位時，就會發生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內容，根據數控系統說明書，即可排除故障，解除報警。

2．過載

當進給運動的負載過大，頻繁正、反向運動以及傳動鏈潤滑狀態不良時，均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電動機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進給驅動單元上、指示燈或數碼管會提示驅動單元過載、過電流等信息。

3．竄動

在進給時出現竄動現象：①測速信號不穩定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等；②速度控制信號不穩定或受到干擾；③接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當竄動發生在由正方向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。

4．爬行

發生在起動加速段或低速進給時，一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態不良、伺服系統增益低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是：伺服電動機和滾珠絲杠聯接用的聯軸器，由于聯接松動或聯軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉動與伺服電動機的轉動不同步，從而使進給運動忽快忽慢，產生爬行現象。

5．振動

機床以高速運行時，可能產生振動，這時就會出現過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題，所以就應去查找速度環；而機床速度的整個調節過程是由速度調節器來完成的，即凡是與速度有關的問題，應該去查找速度調節器，因此振動問題應查找速度調節器。主要從給定信號、反饋信號及速度調節器本身這三方面去查找故障。

6．伺服電動機不轉

數控系統至進給驅動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。伺服電動機不轉，常用診斷方法有：①檢查數控系統是否有速度控制信號輸出；②檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態，分析機床PLC梯形圖(或流程圖)，以確定進給軸的起動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足；③對帶電磁制動的伺服電動機，應檢查電磁制動是否釋放；④進給驅動單元故障；⑤伺服電動機故障。

7．位置誤差

當伺服軸運動超過位置允差范圍時，數控系統就會產生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有：①系統設定的允差范圍小；②伺服系統增益設置不當；③位置檢測裝置有污染；④進給傳動鏈累積誤差過大；⑤主軸箱垂直運動時平衡裝置(如平衡液壓缸等)不穩。

8．漂移

當指令值為零時，坐標軸仍移動，從而造成位置誤差。通過誤差補償和驅動單元的零速調整來消除。

9．回參考點故障

有找不到和找不準參考點兩種故障。前者主要是回參考點減速開關產生的信號或零標志脈沖信號失效所導致，可以用示波器檢測信號；后者是參考點開關擋塊位置設置不當引起，只要重新調整即可。

（三）數控機床坐標軸的移動定位是由位置伺服系統來完成的。位置伺服系統一般采用閉環或半閉環控制。(半)閉環控制的特點就是任一環節發生故障都可能導致系統定位不準確、不穩定或失效。診斷定位故障環節就成為維修的關鍵。根據伺服系統的控制原理和系統接口的特性，對系統進行分解判斷，已成為行之有效的方法。下面主要介紹了位置環和速度環診斷方法。

1位置環故障診斷

如果位置伺服系統的位置反饋和速度反饋各自采用一個反饋器件，可以斷開位置環的控制作用，讓速度環單獨運行，以便判斷故障出自位置環還是速度環。

斷開位置環的控制作用，可以采用兩種方法：

1）機械斷開，即斷開位置反饋編碼器與伺服電動機之間的傳動連接。

2）電氣斷開，即斷開位置反饋編碼器與系統的連接。

在位置開環狀態下進行維修測試時，不允許給被測試軸任何方式的移動指令，否則將引起伺服電動機失控。

如果位置反饋和速度反饋由一只反饋元件完成，位置反饋信號經轉換電路變為速度控制信號，則要根據系統硬件具體特性和故障信息作出靈活判斷。

2速度環故障診斷

在速度開環的方式下，對速度控制單元進行測試。該方法需要對系統硬件較熟悉，以避免誤操作損壞部件。

3電流環是指輸出信號速度環的輸出信號和經電流互感器得到的電流信號。

在三環系統中，位置環的輸出是速度環的輸入；速度環的輸出是電流環的輸入，電流環的輸出直接控制功率變換單元的反饋信號。

綜上所述，數控機床伺服系統診斷定位與故障環節是數控機床維修的關鍵，高性能的伺服系統能使數控機床更有效更靈活的生產零件