數(shù)控步進(jìn)系統(tǒng)升級改造中常見問題處理

肖 恂

（山西平陽重工機(jī)械有限責(zé)任公司機(jī)動工程部，山西侯馬 043000）

1 問題

公司有多臺數(shù)控車床，其驅(qū)動器和電機(jī)的控制方式均采用的是步進(jìn)，精度相對較低，穩(wěn)定性較差；加之已使用年份比較長，備件采購逐漸困難，公司決定將系統(tǒng)升級換代，改造成伺服系統(tǒng)，采用伺服驅(qū)動器和交流伺服電機(jī)。改造升級后具有5個優(yōu)點。

（1）將開環(huán)系統(tǒng)升級成半閉環(huán)系統(tǒng)，解決步進(jìn)電機(jī)丟步或過沖現(xiàn)象，以提高控制精度。

（2）步進(jìn)電機(jī)低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，而交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)則非常平穩(wěn)。

（3）步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力，而交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。

（4）交流伺服電機(jī)速度響應(yīng)快。

（5）所采用的硬件都是目前市場上的主流產(chǎn)品，備件的購買和替換方便。

2 硬件配置

步進(jìn)系統(tǒng)升級為伺服系統(tǒng)，其驅(qū)動器和電機(jī)都需要更換為伺服驅(qū)動器和交流伺服電機(jī)；數(shù)控系統(tǒng)對步進(jìn)和伺服工作方式都支持，所以不用更換，這可節(jié)省部分成本；機(jī)械部分如精度能保證則不用調(diào)整。

3 安裝調(diào)試步驟

（1）按照機(jī)床規(guī)格要求，安裝相匹配的伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)，用廠家配套提供的電機(jī)動力線和編碼器線將它們先連接起來。

（2）NC數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動器之間的控制電纜，需要重新制作，因為車床是兩軸系統(tǒng)，所以必須制作2根。分別查閱數(shù)控系統(tǒng)的軸驅(qū)動接口與伺服驅(qū)動器接受指令接口的功能定義說明，制作電纜，接線方式如圖1所示，其中，EN1為使能信號輸出，ERR為報警信號輸入，CP-，CW-為脈沖信號輸出，REF為參考點信號輸入，RDY為伺服準(zhǔn)備好信號輸入。

（3）主軸正反轉(zhuǎn)、調(diào)速控制，冷卻控制、液壓控制和尾座控制按照原先的接線方式安裝即可。

4 系統(tǒng)調(diào)試遇到的問題及解決思路

（1）電柜通上電后，數(shù)控系統(tǒng)顯示——伺服驅(qū)動器報警。打開電柜，實際觀察驅(qū)動器數(shù)碼顯示窗口，為“0”，無報警，故可以確認(rèn)此報警為誤報警，應(yīng)該是電平極性設(shè)置問題。排除方法：查閱伺服驅(qū)動器說明書，找到PA57參數(shù)——“輸出端子取反控制字”，將出廠默認(rèn)值“0000”改為“0010”。意思是ALM伺服報警參數(shù)取反，保存設(shè)置后，按下“RESET”鍵，報警消失。

（2）手動操作X/Z軸進(jìn)給鍵，機(jī)床X/Z軸無動作。操作中，觀察數(shù)控系統(tǒng)屏幕，X/Z軸坐標(biāo)顯示移動，說明系統(tǒng)已向伺服驅(qū)動器發(fā)出移動指令脈沖，再觀察驅(qū)動器數(shù)碼顯示窗口，則始終顯示初始狀態(tài)“0”（此時應(yīng)顯示實際速度）。

解決辦法：先排除外圍硬件及機(jī)械故障，然后檢查控制信號及參數(shù)設(shè)置問題。

圖1 接線方式

（1）先排除伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)和絲杠等機(jī)械部分故障。將伺服驅(qū)動器的控制方式設(shè)為“試運(yùn)行控制方式”——PA4設(shè)為“2”。選擇菜單“Sr”，進(jìn)入試運(yùn)行方式。這樣操作目的是，伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)和絲桿獨立成一系統(tǒng)，脫離了數(shù)控系統(tǒng)的控制，便于判定故障區(qū)域。此時，按下增減鍵，看電機(jī)是否能夠旋轉(zhuǎn)。實際操作后，如X/Z軸都能夠移動，這就說明并非伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動的故障。

（2）在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，檢查伺服驅(qū)動器是否有輸出。將控制方式重新設(shè)為“位置控制方式”——PA4設(shè)為“0”。用數(shù)字萬用表的交流電壓擋測量驅(qū)動器的三相輸出端，繼續(xù)在數(shù)控系統(tǒng)面板上操作手動移動X/Z軸的按鍵，測量結(jié)果為“0”，可以確認(rèn)伺服驅(qū)動器并沒有向電機(jī)輸出電壓。

（3）重點檢查數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的使能信號。既然數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)向伺服驅(qū)動器輸出控制脈沖信號，但驅(qū)動器并沒有按預(yù)想方式工作，硬件也保證是正常的，判定可能是控制信號出了問題，即“使能信號”?？赡茯?qū)動器并沒有被使能。解決辦法：打開數(shù)控系統(tǒng)的I/O端口，查閱“EN1”信號，發(fā)現(xiàn)是“0”電平，說明數(shù)控系統(tǒng)并沒有向伺服驅(qū)動器輸出使能信號，所以造成驅(qū)動器并不受控。再打開數(shù)控系統(tǒng)位參數(shù)設(shè)置，將B31——開機(jī)自檢，系統(tǒng)則向伺服驅(qū)動器輸出“ENABLE”信號，此時默認(rèn)值“0”應(yīng)改為“1”。重新啟動系統(tǒng)，再查閱數(shù)控系統(tǒng)I/O端口“EN1”信號，發(fā)現(xiàn)為“1”電平了。這時，再操作X/Z軸的移動按鍵，軸便開始移動了，故障解除。

（4）對X/Z軸分別進(jìn)行打表測量，修改2個伺服驅(qū)動器的電子齒輪比，使坐標(biāo)和實際位置動作一致。到此調(diào)試完成，問題也得以解決，機(jī)床以全新的狀態(tài)正常工作使用了。

5 收獲

升級改造達(dá)到預(yù)期目的，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了控制精度?？偨Y(jié)調(diào)試經(jīng)驗，充分運(yùn)用“試運(yùn)行控制方式”和“I/O端口使能信號檢查”的功能，解決調(diào)試中遇到的問題一法，可供同行借鑒。