Guasti comuni nei servoazionamenti e nei servomotori: cause, diagnosi e strategie preventive

Sull'autore

Scritto da John Yang, responsabile vendite di Apter Power

John Yang, responsabile vendite di Evolo Automation, è dedicato al settore del controllo industriale e si impegna a fornire un supporto end-to-end ai clienti durante l’intero processo di collaborazione. Comprende profondamente il ruolo cruciale dei sistemi di controllo industriale stabili nelle operazioni produttive, pertanto pone particolare attenzione all’ascolto delle effettive esigenze dei clienti — che si tratti di aggiornare le attrezzature di controllo esistenti, risolvere problemi di compatibilità del sistema o personalizzare soluzioni di automazione per scenari industriali specifici.

Nelle moderne fabbriche automatizzate — dai centri di lavorazione CNC e dalle attrezzature per semiconduttori alle linee di imballaggio e ai sistemi robotici — i servo Drive e servomotore costituiscono l'unità fondamentale di controllo del moto. A differenza dei comuni motori ad induzione motori , sistemi a servo funzionano in un'architettura a ciclo chiuso che confronta costantemente i segnali di comando con i segnali di retroazione. Questa progettazione garantisce un'elevata precisione di posizionamento, una rapida risposta e una notevole ripetibilità, ma comporta anche il fatto che piccoli guasti possano rapidamente degenerare in arresti completi della macchina.

Recenti statistiche sulla manutenzione provenienti da diversi impianti produttivi asiatici indicano che oltre il 45% dei fermi non programmati nella produzione di macchinari di precisione è correlato ai sistemi di controllo del moto e, all'interno di questa categoria, i guasti degli azionamenti e dei motori servo rappresentano la quota maggiore. Comprendere i tipici schemi di guasto è pertanto essenziale per gli ingegneri della manutenzione e per i responsabili dell'automazione.

Ispezione pre-avvio: La prevenzione più trascurata ma più efficace

Prima di alimentare un servomotore , sono necessari diversi controlli. Molte guasti sul campo in realtà si verificano già prima che il motore entri in funzione.

Gli ingegneri devono verificare:

Resistenza di isolamento (nei motori a bassa tensione deve essere superiore a 0,5 MΩ)

Corretta tensione di alimentazione e sequenza di fase dei collegamenti

Corretto collegamento a terra

Stato dei fusibili e dei dispositivi di protezione

Allineamento e integrità della trasmissione meccanica

Ambiente di installazione pulito e sicuro (nessun materiale infiammabile nelle vicinanze)

I dati raccolti dai registri di manutenzione evidenziano uno schema sorprendente:

circa il 30% dei allarmi degli azionamenti servo si verificano entro le prime 72 ore successive all'installazione e nella maggior parte dei casi sono riconducibili a errori di cablaggio, a un collegamento a terra insufficiente o a livelli di tensione errati. In altre parole, non si tratta di guasti dei componenti, bensì di errori commessi durante la messa in servizio.

Surriscaldamento dei cuscinetti: il guasto meccanico più comune

Surriscaldamento dei cuscinetti è uno dei primi segnali di allerta in motori Servo .

Cause meccaniche interne

Montaggio eccessivamente stretto tra gli anelli del cuscinetto

Mancata allineazione tra albero e coperchio di chiusura

Scelta errata del tipo di cuscinetto

Lubrificazione contaminata o insufficiente

Corrente sull'albero che attraversa il cuscinetto

Cause esterne legate all'utilizzo

Allineamento errato durante l'installazione tra albero del motore e albero del carico

Cinghie o pulegge troppo tese

Grasso scaduto o indurito

I dati di monitoraggio della temperatura indicano che, una volta superata la gamma operativa normale di 15–20 °C, la durata del cuscinetto può ridursi di quasi il 50%. Nei mandrini CNC ad alta velocità, ciò provoca spesso allarmi di vibrazione e, in ultima analisi, interruzioni per sovracorrente nell’azionamento servo.

Squilibrio della corrente trifase

Un'azienda sana servomotore deve assorbire una corrente bilanciata su tutte e tre le fasi. Se si verifica uno squilibrio, l’azionamento segnala generalmente allarmi di sovraccarico o di sovracorrente.

Cause tipiche includono:

Tensione di alimentazione squilibrata

Saldature difettose o connessioni interne allentate

Cortocircuiti negli avvolgimenti (tra spire o tra fase e terra)

Collegamento errato

Anche uno squilibrio di tensione del 2–3% può generare uno squilibrio di corrente superiore al 15%, aumentando drasticamente il riscaldamento in una fase dell’avvolgimento e accelerando il deterioramento dell’isolamento.

Come Servomotore controlla effettivamente la velocità

Un sistema servo è un classico sistema di controllo a retroazione chiuso.

Il motore aziona un insieme di ingranaggi o un carico meccanico. Un sensore di posizione — tipicamente un encoder — converte la rotazione dell’albero in un segnale elettrico di retroazione. L’azionamento confronta continuamente:

Segnale di impulsi di comando (posizione/velocità target)

vs.

Segnale di retroazione (posizione/velocità effettiva)

Se è presente una deviazione, il controllore genera impulsi di correzione, provocando una rotazione in avanti o all’indietro fino a quando l’errore non tende a zero. Questo è il motivo per cui i motori servo raggiungono un posizionamento preciso e una regolazione costante della velocità — ed è anche il motivo per cui problemi relativi al sensore causano immediatamente allarmi del sistema.

Guasti dell’encoder e della retroazione

Uno dei problemi elettronici più frequenti è una retroazione instabile.

Sintomi tipici:

Oscillazione dell'asse

Fluttuazione improvvisa della velocità

Allarmi di perdita di posizione

Segnale del tachimetro instabile

Cause principali:

Disco dell'encoder fessurato

Terminali allentati

Interferenze elettriche

Schermatura insufficiente

L'analisi sul campo suggerisce che i problemi relativi all'encoder costituiscono quasi il 25% dei casi di risoluzione dei problemi nei sistemi servo delle macchine a controllo numerico (CNC).

Codificatore anche l'allineamento di fase è fondamentale. Quando l'angolo elettrico dell'encoder non corrisponde alla posizione dei poli magnetici del rotore, il motore può vibrare, surriscaldarsi o non avviarsi. L'allineamento viene generalmente eseguito mediante iniezione di corrente continua a bassa intensità e osservazione del segnale con un oscilloscopio, oppure viene memorizzato automaticamente nella memoria EEPROM dell'encoder negli encoder assoluti.

Scintille tra spazzola e collettore (per motori servo con spazzole)

Sebbene molti servomotori moderni siano senza spazzole, i motori servo con spazzole sono ancora presenti nelle apparecchiature obsolete. L'osservazione delle condizioni di scintillio aiuta a diagnosticare i problemi:

Scintille occasionali e minime: normali

Assenza di scintille: normale

Presenza di più piccole scintille: necessaria la pulizia del collettore

Scintille di grandi dimensioni: richiesta la sostituzione delle spazzole o la tornitura del collettore

Una superficie del collettore fortemente irregolare deve essere lavorata con precisione; i danni minori possono essere riparati mediante lucidatura progressiva con carta abrasiva fine.

Instabilità del movimento: oscillazione, strisciamento e vibrazione

Oscillazione (oscillazione durante il movimento)

Si verifica quando:

Segnale di retroazione instabile

Gioco nel sistema di trasmissione meccanica

Guadagno del servo eccessivo

Strisciamento (movimento a scatti a bassa velocità)

Causato generalmente da:

Cattiva lubrificazione

Carico pesante

Accoppiamento allentato tra motore e vite a ricircolo di sfere

Vibrazione ad alta velocità

Spesso causa allarmi di sovracorrente.

Nella maggior parte dei casi, il vero problema non è meccanico, bensì un’errata taratura dei parametri del loop di velocità.

Studi condotti durante la messa in servizio di macchine utensili mostrano che un’errata taratura dei parametri del servo è responsabile di circa il 20% dei reclami relativi alle prestazioni, nonostante l’hardware sia perfettamente funzionante.

Calo di coppia e surriscaldamento

Quando un motore servo accelera a elevate velocità, la coppia disponibile diminuisce. Tuttavia, un improvviso calo di coppia indica un problema:

Guasto del sistema di raffreddamento

Carico meccanico eccessivo

Avvolgimenti surriscaldati

Le ispezioni mediante termografia nelle linee di produzione rivelano che i motori funzionanti ininterrottamente al di sopra del carico nominale possono subire un degrado dell’isolamento entro pochi mesi anziché entro anni. È pertanto essenziale effettuare un calcolo accurato del carico prima dell’installazione.

Allarmi di errore di posizione

Gli azionamenti servo monitorano continuamente la deviazione di posizione. Se l'asse supera la fascia di errore ammissibile, viene generato un allarme di deviazione di posizione.

Cause comuni:

Parametri di guadagno impostati in modo errato

Sensore di posizione contaminato

Errore accumulato nella trasmissione meccanica

Tolleranza impostata troppo stretta

Nei centri di lavorazione ad alta precisione, questo allarme si verifica frequentemente durante accelerazioni o decelerazioni rapide.

Servomotore Non ruota

Quando un motore servo rifiuta di avviarsi, il problema è spesso legato al lato di controllo piuttosto che a quello meccanico.

Gli operatori devono verificare:

Segnale di impulso e direzione proveniente dal controllore CNC;

Segnale di abilitazione (tipicamente +24 V);

Condizione di rilascio del freno;

Guasti del driver;

Mancata accoppiamento tra motore e vite a ricircolo di sfere;

Le statistiche raccolte dai team di assistenza sul campo indicano che i problemi relativi ai segnali di controllo si verificano con maggiore frequenza rispetto ai danni effettivi al motore nei casi di "mancata rotazione".

Sistemi a servo sono dispositivi di precisione che integrano elettronica, meccanica e algoritmi di controllo. I loro guasti raramente si verificano in modo casuale; seguono invece schemi identificabili: errori di installazione, problemi di feedback, disallineamento meccanico e taratura impropria dei parametri.

La lezione chiave per le fabbriche moderne è chiara:

ispezione preventiva e messa in servizio corretta riducono i guasti in misura molto maggiore rispetto alla semplice sostituzione dell’hardware.

Poiché la produzione industriale si orienta verso processi ad alta velocità e alta precisione, la manutenzione non è più un intervento reattivo di riparazione, bensì un’ingegneria della affidabilità basata sui dati. Comprendere i meccanismi di guasto più comuni dei servomotori non è pertanto soltanto un requisito tecnico, ma un elemento fondamentale della produzione intelligente.

Questo articolo è tratto da: https://bbs.gongkong.com/d/202412/926730/926730_1.shtml

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