第4章數(shù)控機床進給系統(tǒng)故障診斷維修#

1、1 / 38 第 4 章數(shù)控機床進給系統(tǒng)的故障診斷與維修進給驅(qū)動系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，直接影響了加工工件的精度。對它做好良好的維護與維修，是數(shù)控機床的關(guān)鍵。本章主要內(nèi)容： 對數(shù)控機床進給驅(qū)動系統(tǒng)作一半的介紹； 介紹步進驅(qū)動系統(tǒng)的原理和主要特性作簡單介紹后，列出了步進驅(qū)動系統(tǒng)的主要故障及排除，并列出相應(yīng)維修實例。 簡介了進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)，列出了進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的主要報警及處理、主要故障及排除，并列出了維修實例。4.1 進給驅(qū)動系統(tǒng)概述進給驅(qū)動系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，決定了數(shù)控機床的檔次，因此，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展的歷程中，進給驅(qū)動系統(tǒng)的研制和發(fā)展總是放在首要的

2、位置。數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)出的控制指令，是通過進給驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動機械執(zhí)行部件，最終實現(xiàn)機床精確的進給運動的。數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)是一種位置隨動與定位系統(tǒng)，它的作用是快速、準確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運動命令，精確地控制機床進給傳動鏈的坐標運動。它的性能決定了數(shù)控機床的許多性能，如最高移動速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。4.1.1 數(shù)控機床對進給驅(qū)動系統(tǒng)的要求1. 調(diào)速范圍要寬調(diào) 速范圍rn 是指 進給電動機 提供的 最低 轉(zhuǎn)速nmin 和 最高 轉(zhuǎn)速nmax 之比 ，即 ：rn=nmin/nmax 。在各種數(shù)控機床中，因為加工用刀具、被加工材料、主軸轉(zhuǎn)速以及零件加工工藝要求的不同，為保證在任何情況下都

3、能得到最佳切削條件，就要求進給驅(qū)動系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o級調(diào)速范圍 通常大于110000）。尤其在低速如0.1r/min ）時，要仍能平滑運動而無爬行現(xiàn)象。脈沖當量為1m/p情況下，最先進的數(shù)控機床的進給速度從0240m/min 連續(xù)可調(diào)。但對于一般的數(shù)控機床，要求進給驅(qū)動系統(tǒng)在024m/min 進給速度下工作就足夠了。2. 定位精度要高使用數(shù)控機床主要是為了：保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，減少廢品率；解決復(fù)雜曲面零件的加工問題；解決復(fù)雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等。數(shù)控機床是按預(yù)定的程序自動進行加工的，避免了操作者的人為誤差，但是，它不可能應(yīng)付事先沒有預(yù)料到的情況。就是說，數(shù)控機床不能

4、像普通機床那樣，可隨時用手動操作來調(diào)整和補償各種因素對加工精度的影響。因此，要求進給驅(qū)動系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性和較高的剛度，從而達到較高的定位精度，以保證機床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差目前進給伺服系統(tǒng)的分辨率可達1m或 0.1 m ，甚至0.01m ）；同時進給驅(qū)動系統(tǒng)還要具有較好的動態(tài)性能，以保證機床具有較高的輪廓跟隨精度。3. 快速響應(yīng)，無超調(diào)為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。一方面，在啟、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。一般電動機的速度從零變到最高轉(zhuǎn)速，

5、或從最高轉(zhuǎn)速降至零的時間在200ms 以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒。這就要求進給系統(tǒng)要快速響應(yīng)，但又不能超調(diào)，否則將形成過切，影響加工質(zhì)量；另一方面，當負載突變時，要求速度的恢復(fù)時間也要短，且不能有振蕩，這樣才能得到光滑的加工表面。要求進給電動機必須具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的制動轉(zhuǎn)矩，盡可能小的機電時間常數(shù)和起2 / 38 動電壓。電動機具有4000r/s2 以上的加速度。4. 低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強數(shù)控機床要求進給驅(qū)動系統(tǒng)有非常寬的調(diào)速范圍，例如在加工曲線和曲面時，拐角位置某軸的速度會逐漸降至零。這就要求進給驅(qū)動系統(tǒng)在低速時保持恒力矩輸出，無爬行現(xiàn)象，并且具有長時間內(nèi)較強的過載能力，和頻繁的起動、反

6、轉(zhuǎn)、制動能力。一般，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi)1.5 倍以上的過載能力，在短時間內(nèi)可以過載46 倍而不損壞。5. 可靠性高數(shù)控機床，特別是自動生產(chǎn)線上的設(shè)備要求具有長時間連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，同時數(shù)控機床的維護、維修也較復(fù)雜，因此，要求數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力，具有很強的抗干擾的能力。4.1.2 進給驅(qū)動系統(tǒng)的基本形式進給驅(qū)動系統(tǒng)分為開環(huán)和閉環(huán)控制兩種控制方式，根據(jù)控制方式，我們把進給驅(qū)動系統(tǒng)分為步進驅(qū)動系統(tǒng)和進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)。開環(huán)控制與閉環(huán)控制的主要區(qū)別為是否采用了位置和速度檢測反饋元件組成了反饋系統(tǒng)。閉環(huán)控制一般采用伺服電動

7、機作為驅(qū)動元件，根據(jù)位置檢測元件所處在數(shù)控機床不同的位置，它可以分為半閉環(huán)、全閉環(huán)和混合閉環(huán)三種。1. 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)無位置反饋裝置的控制方式就稱為開環(huán)控制，采用開環(huán)控制作為進給驅(qū)動系統(tǒng)，則稱開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。一般使用步進驅(qū)動系統(tǒng)包括電液脈沖馬達）作為伺服執(zhí)行元件。所以也叫步進驅(qū)動系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，數(shù)控裝置輸出的脈沖，經(jīng)過步進驅(qū)動器的環(huán)形分配器或脈沖分配軟件的處理，在驅(qū)動電路中進行功率放大后控制步進電動機，最終控制步進電動機的角位移。步進電動機再經(jīng)過減速裝置一般為同步帶，或直接連接）帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠將角位移轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。因此，控制步進電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，就可以間接控制移動部件

8、的移動，俗稱位移量。圖4-1 為開環(huán)控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，但是因為系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行檢測，因此無法通過反饋自動進行誤差檢測和校正。另外，步進電動機的步距角誤差、齒輪與絲杠等部件的傳動誤差，最終都將影響被加工零件的精度。特別是在負載轉(zhuǎn)矩超過輸出轉(zhuǎn)矩時，將導(dǎo)致的“ 丟步 ” ，使加工出錯。因此，開環(huán)控制僅適用于加工精度要求不高，負載較輕且變化不大的簡易、經(jīng)濟型數(shù)控機床上。2. 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)圖 4-2 所示為半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的進給控制框圖。半閉環(huán)位置檢測方式一般將位置檢測元件安裝在電動機的軸上通常已由電動機生產(chǎn)廠家安裝好），用以精

9、確控制電動機的角度，然后通過滾珠絲杠等傳動機構(gòu)，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺的直線位移，如果滾珠絲杠的精度足夠高，間隙小，精度要求一般可以得到滿足。而且傳動鏈上有規(guī)律的誤差如間隙及螺距誤差）可以由數(shù)控裝置加以補償，因而可進一步提高精度，因此在精度要求適中的中、小型數(shù)控機床上半閉環(huán)控制得到了廣泛的應(yīng)用。圖 4-2：半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進給控制框圖半閉環(huán)方式的優(yōu)點是它的閉環(huán)環(huán)路短。因此，目前步進電動機僅用于小容量、低速、精度要求不高的場合，如經(jīng)濟型數(shù)控，打印機、繪圖機等計算機的外部設(shè)備。步進電動機是一種同步電動機，其結(jié)構(gòu)同其它電動機一樣，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子為激磁場，其激磁磁場為脈沖式，即磁場以一定頻率步進式旋

10、轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子則隨磁場一步一步前進。4 / 38 2. 步進電動機分類步進電動機按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為反應(yīng)式、永磁式及混合式步進電動機；從控制繞組數(shù)量上可分為二相、三相、四相、五相、六相步進電動機；從電流的極性上可分為單極性和雙極性步進電動機；從運動的型式上可分為旋轉(zhuǎn)、直線、平面步進電動機。4.2.2 步進電動機的驅(qū)動電路控制方式和應(yīng)用舉例1. 步進電動機的驅(qū)動電路控制方式步進電動機繞組的驅(qū)動電路，單極性電流一般采用圖4-5雙管串聯(lián)電路,雙極性電流一般采用圖4-5 的 h 橋電路。對于三相混合式步進電動機則采用三相逆變橋電路,見圖4-5圖 4-5 步進電動機驅(qū)動電路2. 開環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例以 s

11、h-50806a 五相步進驅(qū)動器為例，步進進給驅(qū)動裝置的基本接口如圖4-6 所示。3. 百格拉公司步進電機wd3-007 的面板接線圖4-7。圖 4-7：wd3-007 步進電動機的面板接線圖控制信號說明：pulse：脈沖信號輸入端，每一個脈沖的上升沿使電動機轉(zhuǎn)動一步。dir ：方向信號輸入端，如“ dir”為低電平，電機按順時針方向旋轉(zhuǎn)；“ dir”為高電平電機按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。cw：正轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機正向轉(zhuǎn)動一步。ccw ：反轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機反向轉(zhuǎn)動一步。reset：復(fù)位信號，如復(fù)位信號為低電平時,輸入脈沖信號起作用，如果復(fù)位信號為高電平時就禁止任何有效的脈沖，輸入信號無效，電

12、機無保持扭矩。readdy: 輸入報警信號：ready是繼電器開關(guān)，當驅(qū)動器正常工作時繼電器閉合，當驅(qū)動 器 工 作 異 常 時 繼 電 器 斷 開 。 繼 電 器 允 許 最 高 輸 入 電 壓 和 電 流 是 ： 35vdc ，10ma i 200ma ，電阻性負載。如用該繼電器，要把他串聯(lián)到cnc 的某輸入端。當驅(qū)動器正常工作時繼電器閉合，外部24vdc 通過繼電器輸入到cnc 輸入端，否則外部24vdc無法輸入到cnc 輸入端。注意： pulse+ 與 cw+ ，pulse-與 cw-， dir- 與 ccw-對應(yīng)同一個接線口，按控制方式不同給出的兩種定義名稱。4.2.3 步進電動機的

13、主要特性1. 步距角和步距誤差轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的空間機械角度，即步距角 為 =360 o/z2*n其中 z2-轉(zhuǎn)子齒數(shù)， n-運行拍數(shù)。步進電動機每走一步，轉(zhuǎn)子實際的角位移與設(shè)計的步距角存在有步距誤差。連續(xù)走若干步時，上述誤差形成累積值。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈后，回至上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，因此步進電動機步5 / 38 距的誤差不會長期積累。步進電動機步距的積累誤差，是指一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)步距積累誤差的最大值，步距誤差和積累誤差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影響步距誤差和積累誤差的主要因素有: 齒與磁極的分度精度；鐵心迭壓及裝配精度；各相矩角特性之間差別的大小；氣隙的不均勻程度等。2. 靜態(tài)矩角特性和最大靜轉(zhuǎn)矩特性

14、所謂靜態(tài)是指電動機不改變通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子不動時的工作狀態(tài)。空載時，步進電動機某相通以直流電流時，該相對應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子齒對齊，這時轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)矩輸出。如在電動機軸上加一順時針方向的負載轉(zhuǎn)矩，步進電動機轉(zhuǎn)子則按順時針方向轉(zhuǎn)過一個小角度 ，稱為失調(diào)角,這時轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩t 與負載轉(zhuǎn)矩相等。矩角特性是描述步進電動機穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角 之間關(guān)系的曲線，或稱為靜轉(zhuǎn)矩特性。見圖4-7。圖 4-7 步進電動機矩角特性3. 步進電動機矩頻特性矩頻特性是用來描述步進電動機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉(zhuǎn)矩寫連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系曲線。矩頻特性曲線上每一頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩除了和步進電動機結(jié)構(gòu)及材料有關(guān)外，還與步

15、進電動機繞組連接、驅(qū)動電路、驅(qū)動電壓有密切的關(guān)系。如圖4-8a）所示的并聯(lián)繞組和串聯(lián)繞組的矩頻特性圖。圖4-8b）是混合式步進電動機連續(xù)運行時的典型的矩頻特性曲線。圖 4-8 按相關(guān)報警方法解除驅(qū)動器使能信號被封鎖通過 plc 觀察是否使能信號正常驅(qū)動器電路故障最好用交換法，確定是否驅(qū)動器電路故障，更換驅(qū)動器電路板或驅(qū)動器接口信號線接觸不良重新連接好信號線系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當如：工作方式不對依照參數(shù)說明書，重新設(shè)置相關(guān)參數(shù)步進電動機電動機卡死主要是機械故障，排除卡死的故障原因，經(jīng)驗證，確保電動機正常后，方可繼續(xù)使用長期在潮濕場所存放，造成電動機部分生銹更換步進電動機電動機故障指令脈沖太窄、頻率過高

16、、脈沖電平太低會出現(xiàn)尖叫后不轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，按尖叫后不轉(zhuǎn)的故障處理外部故障安裝不正確一般發(fā)生在新機調(diào)試時，重新安裝調(diào)成電動機本身軸承等故障重新進行機械的調(diào)整7. 步進電動機失步或多步，此故障引起的可能現(xiàn)象是工作過程中，配置步進驅(qū)動系統(tǒng)的某軸突然停頓，而后，又繼續(xù)走動。此故障的可能原因具體綜述見表4-7。表 4-7：步進電動機失步或多步的可能原因及排除措施可能原因檢查步驟排除措施負載過大，超過電動機的承載能力重新調(diào)整加項目序切削參數(shù)負載忽大忽小是否毛坯余量分配不均勻等調(diào)整加工條件負載的轉(zhuǎn)動慣量過大，啟動時失可在不正式加工的條件下進重新考慮負載的轉(zhuǎn)動慣量8 / 38 步、停車時過沖行試運行，判斷是否有此

17、想象發(fā)生傳動間隙大小不均進行機械傳動精度的檢驗進行螺距誤差補償傳動間隙產(chǎn)生的零件有彈性變形重新考慮這種材料的工件的加工方案電動機工作在震蕩失步區(qū)分析電動機速度及電動機頻率調(diào)整加工切削參數(shù)電路總清零使用不當干擾處理好接地，做好屏蔽處理電動機故障，如定、轉(zhuǎn)子相檫有的嚴重的情況，聽聲音度可以感覺出來更換電動機8. 運轉(zhuǎn)不均勻，有抖動，反映在加工中是加工的工件有振紋，表面光潔度差。引起此故障的可能原因及排除措施見表4-8。表 4-8：數(shù)控裝置顯示時有時無或抖動的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施指令脈沖不均勻用示波是觀察指令脈沖從數(shù)控系統(tǒng)找故障，去排除指令脈沖太窄指令脈沖電平不正確用萬用表觀測指令脈沖電

18、平指令脈沖電平與驅(qū)動器不匹配用萬用表測量指令脈沖電平后比較，是否與驅(qū)動器匹配確實電平能匹配脈沖信號存在噪聲用示波器觀測脈沖信號注意觀察電平是否變化頻繁脈沖頻率與機械發(fā)生共振可目測調(diào)節(jié)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)，避免共振9. 電動機定位不準。反映在加工中的故障就是加工工件尺寸有問題。可能原因及故障排除措施見表4-9表 4-9 電動機定位不準的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施加減速時間太小根據(jù)參數(shù)說明書，重新設(shè)置好參數(shù)指令信號存在干擾噪聲利用示波器，檢查指令信號是否正常如果示波器顯示，信號只是受到小幅度的 變化， 可加注磁環(huán)或抗干擾的元器件，同時處理好接地，做好屏蔽處理系統(tǒng)屏蔽不良4.2.5 步進電動機常見故障

19、及維修常見故障見表4-10。表 4-10：步進電動機常見故障綜述故障現(xiàn)象可能原因排除措施電動機尖叫cnc 中 與 伺 服 驅(qū) 動 有 關(guān) 的 參 數(shù) 設(shè)定、調(diào)整不當引起的正確設(shè)置參數(shù)電動機不能旋轉(zhuǎn)保險絲是否熔斷更換保險絲動力線短線確保動力線連接良好參數(shù)設(shè)置不當依照參數(shù)說明書，重新設(shè)置相關(guān)參數(shù)電動機卡死主要是機械故障，排除卡死的故障9 / 38 原因，經(jīng)驗證，確保電動機正常后，方可繼續(xù)使用生銹或故障更換步進電動機電動機發(fā)熱異常動力線 r、s、t 連線不搭配正確連接r、s、t 線4.2.6 步進驅(qū)動系統(tǒng)維修實例：例 1：加工大導(dǎo)程螺紋時，出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。故障診斷和處理過程：開環(huán)控制的數(shù)控機床的cnc

20、 裝置的脈沖當量一般為0.01mm，z 坐標軸 g00 指令速度一般為2000mm/min 3000mm/min 。開環(huán)控制的數(shù)控車床的主軸結(jié)構(gòu)一般有兩類：一類是由普通車床改造的數(shù)控車床，主軸的機械結(jié)構(gòu)不變，仍然保持換檔有級調(diào)速；另一類是采用通用變頻器控制數(shù)控車床主軸實現(xiàn)無級調(diào)速。這種主軸無級調(diào)速的數(shù)控車床在進行大導(dǎo)程螺紋加工時，進給軸會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)，這是高速低轉(zhuǎn)矩特性造成的。如果主軸無級調(diào)速的數(shù)控車床加工10mm 導(dǎo)程的螺紋時，主軸轉(zhuǎn)速選擇300r/min，那么刀架沿 z 坐標軸需要用3000mm/min 的進給速度配合加工，z 坐標軸步進電動機的轉(zhuǎn)速和負載轉(zhuǎn)矩是無法達到這個要求的，因此會出現(xiàn)堵

21、轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如果將主軸轉(zhuǎn)速降低，刀架沿z 坐標軸加工的速度減慢，z 坐標軸步進電動機的轉(zhuǎn)矩增大，螺紋加工的問題似乎可以得到改善，然而因為主軸采用通用變頻器調(diào)速，使得主軸在低速運行時轉(zhuǎn)矩變小，主軸會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。對于主軸保持換檔變速的開環(huán)控制的數(shù)控車床，在加工大導(dǎo)程螺紋時，主軸可以低速正常運行，大導(dǎo)程螺紋加工的問題可以得到改善，但是光潔度受到影響。如果在加工過程中，切削進給量過大，也會出現(xiàn)z 坐標軸堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。例 2：步進電動機驅(qū)動單元的常見故障 功率管損壞。故障診斷和處理過程：步進電動機驅(qū)動單元的常見故障為功率管損壞。功率管損壞的原因主要是功率管過熱或過流造成的。要重點檢查提供功率管的電壓是否過高，功率

22、管散熱環(huán)境是否良好，步進電動機驅(qū)動單元與步進電動機的連線是否可靠，有沒有短路現(xiàn)象等，如有故障要逐一排除。為了改善步進電動機的高頻特性，步進電動機驅(qū)動單元一般采用大于80v 交流電壓供電以前有50v），經(jīng)過整流后，功率管上承受較高的直流工作電壓。如果步進電動機驅(qū)動單元接入的電壓波動范圍較大或者有電氣干擾、散熱環(huán)境不良等原因，就可能引起功率管損壞。對于開環(huán)控制的數(shù)控機床，重要的指標是可靠性。因此，可以適當降低步進電動機驅(qū)動單元的輸入電壓，以換取步進電動機驅(qū)動器的穩(wěn)定性和可靠性。例 3：經(jīng)濟型數(shù)控機床的啟動、停車影響工件的精度。故障診斷和處理過程：步進電動機旋轉(zhuǎn)時，其繞組線圈的通、斷電流是有一定順序

23、的。以一 個 五 相 十 拍 步 進 電 動 機 為 例 ， 啟 動 時 ， a相 線 圈 通 電 ， 然 后 各 相 線 圈 按 照a ab b bc c cd d de e eaa所示順序通電。我們稱a 相為初始相，因為每次重新通電的時候，總是a 相處于通電狀態(tài)。當步進電動機旋轉(zhuǎn)一段時間后，通電的狀態(tài)是其中的某個狀態(tài)。這時機床斷電停止運行時，步進電動機在該狀態(tài)初結(jié)束。當機床再次啟動通電工作時，步進電動機又從a 向開始，與前次結(jié)束不一定是同相，這兩個不同的狀態(tài)會使偏轉(zhuǎn)若干個步距角，工作臺的位置產(chǎn)生偏差，cnc 對此偏差是無法進行補償?shù)摹?shù)控機床在批量加工零件時，如果因換班斷電停車或者有其他原

24、因斷電停車更換加工零10 / 38 件，根據(jù)上述的原因，這時所加工的零件尺寸會有偏差。解決這個問題可以通過檢測步進電動機驅(qū)動單元的初始相信號，使機床在初始相處斷電停車來解決。另一種解決方法是在數(shù)控機床上安裝機床回參考點來解決。4.3 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)介紹4.3.1 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的組成及分類1. 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的組成數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元，驅(qū)動單元，機械傳動部件，執(zhí)行機構(gòu)和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動單元組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。機械傳動部件和執(zhí)行機構(gòu)組成機械傳動系統(tǒng)。檢測元件和反饋電路組成檢測裝置，也稱檢測系統(tǒng)。進給伺服系統(tǒng)的任務(wù)就是要完成各坐標軸的位置控制。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)

25、輸入的程序指令及數(shù)據(jù)，經(jīng)插補運算后得到位置控制指令，同時，位置檢測裝置將實際位置監(jiān)測信號反饋于數(shù)控系統(tǒng)，構(gòu)成全閉環(huán)或半閉環(huán)的位置控制。經(jīng)位置比較后，數(shù)控系統(tǒng)輸出速度控制指令至各坐標軸的驅(qū)動裝置，經(jīng)速度控制單元驅(qū)動伺服電動機滾珠絲杠傳動實現(xiàn)進給運動。伺服電動機上的反饋裝置將轉(zhuǎn)速信號反饋回系統(tǒng)與速度控制指令比較，構(gòu)成速度反饋控制。因此，進給伺服系統(tǒng)實際上是外環(huán)為位置環(huán)、內(nèi)環(huán)為速度環(huán)的控制系統(tǒng)。對進給伺服系統(tǒng)的維護及故障診斷將落實到位置環(huán)和速度環(huán)上。組成這兩個環(huán)的具體裝置有：用于位置檢測的有光柵、光電編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器和磁柵等；用于轉(zhuǎn)速檢測的有測速發(fā)電動機或光電編碼器等。2. 進給伺服驅(qū)

26、動系統(tǒng)的分類按伺服進給系統(tǒng)使用的伺服類型，半閉環(huán)、閉環(huán)數(shù)控機床常用的伺服進給系統(tǒng)可以分直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)兩大類。在20 世紀 70 年代至 80 年代的數(shù)控機床上，一般均采用直流伺服驅(qū)動；從80 年代中、后期起，數(shù)控機床上多采用交流伺服驅(qū)動。下面將分別按直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)來闡述其維修與維護的相關(guān)知識。4.3.2 直流進給驅(qū)動系統(tǒng)的介紹1. fanuc 公司直流進給驅(qū)動系統(tǒng)從 1980年開始， fanuc 公司陸續(xù)推出了小慣量l 系列、中慣量m 系列和大慣量h 系列的直流伺服電動機。中、小慣量伺服電動機采用pwm 速度控制單元，大慣量伺服電動機采用晶閘管速度控制單

27、元。驅(qū)動裝置具有多重保護功能，如過速、過電流、過電壓和過載等。2. siemens 公司直流進給驅(qū)動系統(tǒng)siemens 公司在70 年代中期推出了1hu 系列永磁式直流伺服電動機，規(guī)格有1hu504、1hu305、1hu310 和 1hu313 。與伺服電動機配套的速度控制單元有6ra20 和 6ra26 兩個系列，前者采用晶體管pwm 控制，后者采用晶閘管控制。驅(qū)動系統(tǒng)除了各種保護功能外，另具有熱效應(yīng)監(jiān)控等功能。3. mitsubishi公司直流進給驅(qū)動系統(tǒng)mitsubishi公司的hd 系列永磁式直流伺服電動機，規(guī)格有hd21 、 hd41、 hd81 、hd101 、hd201 和 hd

28、301 等。配套的6r 系列伺服驅(qū)動單元，采用晶體管pwm 控制技術(shù)，具有過載、過電流、過電壓和過速保護，帶有電流監(jiān)控等功能。4.3.3 交流伺服系統(tǒng)1. 常用交流伺服系統(tǒng)介紹11 / 38 1） fanuc 公司交流進給驅(qū)動系統(tǒng)fanuc 公司在80 年代中期推出了晶體管pwm 控制的交流驅(qū)動單元和永磁式三相交流同步電動機，電動機有s系列、 l 系列、 sp系列和t 系列，驅(qū)動裝置有系列交流驅(qū)動單元等。2） siemens 公司交流進給驅(qū)動系統(tǒng)1983 年以來，siemens公司推出了交流驅(qū)動系統(tǒng)。由6sc610 系列進給驅(qū)動裝置和6sc611asimodrive611a）系列進給驅(qū)動模塊、

29、1ft5 和 1ft6 系列永磁式交流同步電動機組成。驅(qū)動采用晶體管pwm 控制技術(shù)，帶有熱效應(yīng)監(jiān)控等功能。另外，siemens公司還有用于數(shù)字伺服系統(tǒng)的simodrive611d系列進給驅(qū)動模塊。3） mitsubishi公司交流進給驅(qū)動系統(tǒng)mitsubishi公司的交流驅(qū)動單元有通用型的mr-j2 系列，采用pwm 控制技術(shù)，交流伺服電動機有hc-mf 系列、 ha-ff 系列、 hc-sf 系列和hc-rf 系列。另外，mitsubishi公司還用用于數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)的mds-svj2 系列交流驅(qū)動單元。4） a-b 公司交流進給驅(qū)動系統(tǒng)a-b 公司的交流驅(qū)動系統(tǒng)有1391 系統(tǒng)交流驅(qū)動單元

30、和1326 型交流伺服電動機。另外，還有 1391-des 系列數(shù)字式交流驅(qū)動單元，相應(yīng)的伺服電動機有1391-des15、 1391-des22和 1391-des45 三種規(guī)格。5）華中數(shù)控公司交流進給驅(qū)動系統(tǒng)華中數(shù)控公司的交流驅(qū)動系列主要hsv-9、hsv-11、hsv-16 和 hsv-20d 四種型號。 hsv-11 運用了矢量控制原理和柔性控制技術(shù)，共有額定電流為14a， 20a， 40a， 60a 這 4 個系列； hsv-16 采用專用運動控制dsp、大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列fpga ）和智能化功率模塊 ipm ）等新技術(shù)設(shè)計，操作簡單、可靠性高、體積小巧、易于安裝。hsv-2

31、0d 是武漢華中數(shù)控股份有限公司繼hsv-9、hsv-11、hsv-16 之后，推出的一款全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器。具有025、050、075、100 多種型號規(guī)格，具有很寬的功率選擇范圍。2. 交流伺服系統(tǒng)的組成交流伺服系統(tǒng)主要由下列幾個部分構(gòu)成，如圖4-11所示。1）交流伺服電動機?？煞譃橛来沤涣魍剿欧妱訖C，永磁無刷直流伺服電動機、感應(yīng)伺服電動機及磁阻式伺服電動機；2）pwm 功率逆變器?？煞譃楣β示w管逆變器、功率場效應(yīng)管逆變器、igbt 逆變器 包括智能型igbt 逆變器模塊）等。3）微處理器控制器及邏輯門陣列。可分為單片機、dsp 數(shù)字信號處理器、dsp+cpu、多功能 dsp如 t

32、ms320f240 ）等；4）位置傳感器含速度）?？煞譃樾D(zhuǎn)變壓器、磁性編碼器、光電編碼器等；5）電源及能耗制動電路；6）鍵盤及顯示電路；7）接口電路。包括模擬電壓、數(shù)字i/o 及串口通訊電路8）故障檢測，保護電路。12 / 38 圖 4-11 交流伺服系統(tǒng)組成3. 交流伺服電動機的簡介交流伺服電動機可依據(jù)電動機運行原理的不同，分為感應(yīng)式或稱異步）交流伺服電動機、永磁式同步電動機、永磁式無刷直流伺服電動機、和磁阻同步交流伺服電動機。這些電動機具有相同的三相繞組的定子結(jié)構(gòu)。感應(yīng)式交流伺服電動機，其轉(zhuǎn)子電流由滑差電勢產(chǎn)生，并與磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其主要優(yōu)點是無刷，結(jié)構(gòu)堅固、造價低、免維護，對環(huán)境

33、要求低，其主磁通用激磁電流產(chǎn)生，很容易實現(xiàn)弱磁控制，高轉(zhuǎn)速可以達到45 倍的額定轉(zhuǎn)速；缺點是需要激磁電流，內(nèi)功率因數(shù)低，效率較低，轉(zhuǎn)子散熱困難，要求較大的伺服驅(qū)動器容量，電動機的電磁關(guān)系復(fù)雜，要實現(xiàn)電動機的磁通與轉(zhuǎn)矩的控制比較困難，電動機非線性參數(shù)的變化影響控制精度，必須進行參數(shù)在線辨識才能達到較好的控制效果。永磁同步交流伺服電動機，氣隙磁場由稀土永磁體產(chǎn)生，轉(zhuǎn)矩控制由調(diào)節(jié)電樞的電流實現(xiàn)，轉(zhuǎn)矩的控制較感應(yīng)電動機簡單，并且能達到較高的控制精度；轉(zhuǎn)子無銅、鐵損耗，效率高、內(nèi)功率因數(shù)高，也具有無刷免維護的特點，體積和慣量小，快速性好；在控制上需要軸位置傳感器，以便識別氣隙磁場的位置；價格較感應(yīng)電動機

34、貴。無刷直流伺服電動機，其結(jié)構(gòu)與永磁同步伺服電動機相同，借助較簡單的位置傳感器瞬時值 ,也要通過坐標反變換,成為實現(xiàn)電流的反饋控制.上述控制框圖,在結(jié)構(gòu)電流為最內(nèi)環(huán),位置為最外環(huán) ,形成了位置、速度、電流的三閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖 4-11 永磁同步電動機控制原理框圖4.3.4 典型接口電路舉例及電路接口例：采用sinumerik802d帶總線指令接口控制的simodrive 進給驅(qū)動裝置的連線實例，如圖4-12 所示。例：某進給伺服驅(qū)動裝置的接口如圖4-13 所示。圖 4-13 某進給伺服驅(qū)動裝置的內(nèi)部接口圖4.4 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)常見的報警及處理4.4.1 進給伺服系統(tǒng)各類故障的表現(xiàn)形式當進給伺

35、服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通常有三種表現(xiàn)方式：在 crt 或操作面板上顯示報警內(nèi)容和報警信息，它是利用軟件的診斷程序來實現(xiàn)的。利用進給伺服驅(qū)動單元上的硬件如：報警燈或數(shù)碼管指示，保險絲熔斷等）顯示報警驅(qū)動單元的故障信息；進給運動不正常，但無任何報警信息。其中前兩類，都可根據(jù)生產(chǎn)廠家或公司提供的產(chǎn)品維修說明書中有關(guān)“ 各種報警信息產(chǎn)生的可能原因” 的提示進行分析判斷，一般都能確診故障原因、部位。對于第三類故障，則需要進行綜合分析，這類故障往往是以機床上工作不正常的形式出現(xiàn)的，如機床失控、機床振動及工件加工質(zhì)量太差等。伺服系統(tǒng)的故障診斷，雖然因為伺服驅(qū)動系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的不同，在具體做法上可能有所區(qū)別，但其基

36、本檢查方法與診斷原理卻是一致的。診斷伺服系統(tǒng)的故障，一般可利用狀態(tài)指示燈診斷法、數(shù)控系統(tǒng)報警顯示的診斷法、系統(tǒng)診斷信號的檢查法、原理分析法的等等。4.4.2 軟件報警 crt 顯示）故障及處理1. 進給伺服系統(tǒng)出錯報警故障這類故障的起因，大多是速度控制單元方面的故障引起的，或是主控制印制線路板與位置控制或伺服信號有關(guān)部分的故障。例：下表為fanuc pwm 速度控制單元的控制板上的7個報警指示燈，分別是brk 、hval 、hcal 、ovc 、lval 、tgls 以及dcal ；在它們14 / 38 下方還有prdy 位置控制已準備好信號）和vrdy 速度控制單元已準備好信號）2 個狀態(tài)指

37、示燈，其含義見表4-11。表 4-11 速度控制單元狀態(tài)指示燈一覽表代號含義備注代號含義備注brk 驅(qū)動器主回路熔斷器跳閘紅色tgls 轉(zhuǎn)速太高紅色hcal 驅(qū)動器過電流報警紅色dcal 直流母線過電壓報警紅色hval 驅(qū)動器過電壓報警紅色pray 位置控制準備好綠色ovc 驅(qū)動器過載報警紅色vrdy 速度控制單元準備好綠色lval 驅(qū)動器欠電壓報警紅色備注：表示出于含義說明中是的狀態(tài)2. 檢測元件 測速發(fā)電動機、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器）或檢測信號方面引起的故障。例如：某數(shù)控機床顯示“ 主軸編碼器斷線” 。引起的原因有：電動機動力線斷線。如果伺服電源剛接通，尚未接到任何指令時，就發(fā)生這種報警，

38、則因為斷線而造成故障可能性最大。伺服單元印制線路板上設(shè)定錯誤，如將檢測元件脈沖編碼器設(shè)定成了測速發(fā)電動機等。沒有速度反饋電壓或時有時無，這可用顯示其來測量速度反饋信號來判斷，這類故障除檢測元件本身存在故障外，多數(shù)是因為連接不良或接通不良引起的。因為光電隔離板或中間的某些電路板上劣質(zhì)元器件所引起的。當有時開機運行相當長一段時間后，出現(xiàn)“ 主軸編碼器斷線” ，這時，重新開機，可能會自動消除故障。3. 參數(shù)被破壞參數(shù)被破壞報警表示伺服單元中的參數(shù)因為某些原因引起混亂或丟失。引起此報警的通常原因及常規(guī)處理見表4-12。表 4-12 “ 參數(shù)被破壞 ” 報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施參數(shù)破

39、壞在 接 通 控 制 電源時發(fā)生正在設(shè)定參數(shù)時電源斷開進行用戶參數(shù)初始化后重新輸入?yún)?shù)正在寫入?yún)?shù)時電源斷開超出參數(shù)的寫入次數(shù)更換伺服驅(qū)動器重新評估參數(shù)寫入法）伺服驅(qū)動器eeprom 以及外圍電路故障更換伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定異常在 接 通 控 制 電源時發(fā)生裝入了設(shè)定不適當?shù)膮?shù)執(zhí)行用戶參數(shù)初始化處理4. 主電路檢測部分異常引起此報警的通常原因及常規(guī)處理見下表4-13。表 4-13 “ 主電路檢測部分異常” 報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施主電路檢測部分異常在 接 通 控 制 電源 時 或 者 運 行過程中發(fā)生控制電源不穩(wěn)定將電源恢復(fù)正常伺服驅(qū)動器故障更換伺服驅(qū)動器5. 超速引起此報

40、警的通常原因及常規(guī)處理見下表4-14。表 4-14 “ 超速 ” 報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施超速接 通 控 制 電 源時發(fā)生電路板故障更換伺服驅(qū)動器電動機編碼器故障更換編碼器電 動 機 運 轉(zhuǎn) 過 速度標定設(shè)定不合適重設(shè)速度設(shè)定15 / 38 程中發(fā)生速度指令過大使速度指令減到規(guī)定范圍內(nèi)電動機編碼器信號線故障重新布線電動機編碼器故障更換編碼器電 動 機 啟 動 時發(fā)生超跳過大重設(shè)伺服調(diào)整使起動特性曲線變緩負載慣量過大伺服在慣量減到規(guī)定范圍內(nèi)6. 限位動作限位報警主要指的就是超程報警。引起此報警的通常原因及常規(guī)處理見下表 4-15。表 4-15 “ 限位 ” 報警綜述警報發(fā)生狀

41、況可能原因處理措施限位開關(guān)動作限位開關(guān)有動作即控制軸實際已經(jīng)超程）；參照機床使用說明書進行超程解除限位開關(guān)電路開路。依次檢查限位電路，處理電路開路故障7. 過熱報警故障所謂過熱是指伺服單元、變壓器及伺服電動機等的過熱。引起過熱報警的原因見表4-16。表 4-16 伺服單元過熱報警原因綜述表過熱報警過熱的具體表現(xiàn)過熱原因處理措施過熱的繼電器動作機床切削條較苛刻重新考慮切削參數(shù)，改善切削條件機床摩擦力矩過大改善機床潤滑條件熱控開關(guān)動作伺服電動機電樞內(nèi)部短路或絕緣不良加絕緣層或更換伺服電動機電動機制動器不良更換制動器電動機永久磁鋼去磁或脫落更換電動機電動機過熱驅(qū)動器參數(shù)增益不當；重新設(shè)置相應(yīng)參數(shù)驅(qū)動

42、器與電動機配合不當；重新考慮配合條件電動機軸承故障；更換軸承驅(qū)動器故障。更換驅(qū)動器例如：某伺服電動機過熱報警，可能原因有：過負荷?？梢酝ㄟ^測量電動機電流是否超過額定值來判斷。電動機線圈絕緣不良?？捎?00v 絕緣電阻表檢查電樞線圈與機殼之間的絕緣電阻。如果在 1m 以上，表示絕緣正常。電動機線圈內(nèi)部短路?？尚断码妱訖C，測電動機空載電流，如果此電流與轉(zhuǎn)速成正比變化，則可判斷為電動機線圈內(nèi)部短路。電動機磁鐵推辭?？赏ㄟ^快速旋轉(zhuǎn)電動機時，測定電動機電樞電壓是否正常。如電壓低且發(fā)熱，則說明電動機已退磁。應(yīng)重新充磁。制動器失靈。當電動機帶有制動器時，如電動機過熱則應(yīng)檢查制動器動作是否靈活。 cnc 裝置

43、的有關(guān)印制線路板不良。8. 電動機過載引起的通常原因及常規(guī)處理見表4-17。16 / 38 表 4-17 伺服驅(qū)動系統(tǒng)過載報警綜述表警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施過載 一般有連續(xù)最大負 載 和 瞬 間 最 大 負載）在 接 通 控 制 電源時發(fā)生伺服單元故障更換伺服單元在伺服on 時發(fā)生電動機配線異常配線不良或連接不良）修正電動機配線編碼器配線異常配線不良或連接不良）修正編碼器配線編碼器有故障反饋脈沖與轉(zhuǎn)角 不 成 比 例 變 化 ， 而 有 跳躍）更換編碼器伺服單元故障更換伺服單元在 輸 入 指 令 時伺 服 電 動 機 不旋 轉(zhuǎn) 的 情 況 下發(fā)生電動機配線異常配線不良或連接不良）修

44、正電動機配線編碼器配線異常配線不良或連接不良）修正編碼器配線起動扭矩超過最大扭矩或者負載有沖擊現(xiàn)象；電動機振動或抖動；重新考慮負載條件、運行條件或者電動機容量伺服單元故障更換伺服單元在 通 常 運 行 時發(fā)生有效扭矩超過額定扭矩或者起動扭矩大幅度超過額定扭矩重新考慮負載條件、運行條件或者電動機容量伺服單元存儲盤溫度過高將工作溫度下調(diào)伺服單元故障更換伺服單元9. 伺服單元過電流報警引起過流的通常原因及常規(guī)處理見下表4-18。表 4-18 伺服單元過電流報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施過電流 功率晶體管igbt ） 產(chǎn) 生 過 電流）或者散熱片過熱在接通控制電源時發(fā)生伺服驅(qū)動器的電路板

45、與熱開關(guān)連接不良更換伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器電路板故障在接通主電路電源時發(fā)生或者在電動機運行過程中產(chǎn)生過電流接 線 錯 誤 u、v、w 與地線連接錯誤檢查配線，正確連接地線纏在其他端子上電動機主電路用電纜的u、v、w 與地線之間短路修正或更換電動機主電路用電纜電動機主電路用電纜的u、v、w 之間短路再生電阻配線錯誤檢查配線，正確連接伺服驅(qū)動器的u、v、w 與地線之間短路更換伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器故障電流反饋電路、功率晶體管或者電路板故障）伺服電動機的u、v、w 與地線之間短路更換伺服單元伺服電動機的u、v、w 之間短路17 / 38 其 他原 因因負載轉(zhuǎn)動慣量大并且高速旋轉(zhuǎn)，動態(tài)制動器停止，制動電路

46、故障更換伺服驅(qū)動器減少負載或者降低使用轉(zhuǎn)速）位置速度指令發(fā)生劇烈變化重新評估指令值負載是否過大，是否超出再生處理能力等重新考慮負載條件、運行條件伺服驅(qū)動器的安裝方法方向、與其他部分的間隔）不適合將伺服驅(qū)動器的環(huán)境溫度下降到55一下伺服驅(qū)動器的風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動更換伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器故障驅(qū)動器的igbt 損壞；最好是更換伺服驅(qū)動器電動機與驅(qū)動器不匹配重新選配10. 伺服單元過電壓報警引起過壓的通常原因及常規(guī)處理見下表4-19。表 4-19 伺服單元過電壓報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施過電壓 伺服驅(qū)動器內(nèi)部的主電路直流電壓超過其最大值限）*在接通主電路電源時檢測在 接 通 控 制 電源時

47、發(fā)生伺服驅(qū)動器電路板故障更換伺服驅(qū)動器在 接 通 主 電 源時發(fā)生ac 電源電壓過大將 ac 電源電壓調(diào)節(jié)到正常范圍伺服驅(qū)動器故障更換伺服驅(qū)動器在 通 常 運 行 時發(fā)生檢查 ac 電源電壓 是否有過大的變化）使用轉(zhuǎn)速高，負載轉(zhuǎn)動慣量過大 再生能力不足）檢 查 并 調(diào) 整 負 載 條件、運行條件內(nèi)部或外接的再生放電電路故障 包括接線斷開或破損等）最好是更換伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器故障更換伺服驅(qū)動器在 伺 服 電 動 機減速時發(fā)生使用轉(zhuǎn)速高，負載轉(zhuǎn)動慣量過大檢查并重調(diào)整負載條件，運行條件加減速時間過小，在降速過程中引起過電壓。調(diào)整加減速時間常數(shù)11. 伺服單元欠電壓報警引起欠電壓的通常原因及常規(guī)處理

48、見表4-20。表 4-20 伺服單元欠電壓報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施電壓不足 伺服驅(qū)動器內(nèi)部的主電路直流電壓低于其最小值限）在接通主電路電源時檢測在 接 通 控 制 電源時發(fā)生伺服驅(qū)動器電路板故障更換伺服驅(qū)動器電源容量太小更換容量大的驅(qū)動電源在 接 通 主 電 路電源時發(fā)生ac 電源電壓過低將 ac 電源電壓調(diào)節(jié)到正常范圍伺服驅(qū)動器的保險絲熔斷更換保險絲沖擊電流限制電阻斷線電源電壓是否異常，沖擊電流限制電阻是否過載）更換伺服驅(qū)動器確認電源電壓，減少主電路 on/off 的頻度）伺服 on 信號提前有效檢查外部似能電路是18 / 38 否短路伺服驅(qū)動器故障更換伺服驅(qū)動器在 通

49、常 運 行 時發(fā)生ac 電源電壓低是否有過大的壓降）將 ac 電源電壓調(diào)節(jié)到正常范圍發(fā)生瞬時停電通過警報復(fù)位重新開始運行電動機主電路用電纜短路修正或更換電動機主電路用電纜伺服電動機短路更換伺服電動機伺服驅(qū)動器故障更換伺服驅(qū)動器整流器件損壞建議更換伺服驅(qū)動器12. 位置偏差過大引起此故障的通常原因及常規(guī)處理見表4-21。表 4-21 位置偏差過大報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施位置偏差過大在 接 通 控 制 電源時發(fā)生位置偏差參數(shù)設(shè)得過小重新設(shè)定正確參數(shù)伺服單元電路板故障更換伺服單元在 高 速 旋 轉(zhuǎn) 時發(fā)生伺服電動機的u、v、w 的配線不正常 缺線）修正電動機配線修正編碼器配線伺服

50、單元電路板故障更換伺服單元在 發(fā) 出 位 置 指令 時 電 動 機 不旋 轉(zhuǎn) 的 情 況 下發(fā)生伺服電動機的u、v、w 的配線不良修正電動機配線伺服單元電路板故障更換伺服單元動 作 正 常 ， 但在 長 指 令 時 發(fā)生伺服單元的增益調(diào)整不良上調(diào)速度環(huán)增益、位置環(huán)增益位置指令脈沖的頻率過高緩慢降低位置指令頻率加入平滑功能重新評估電子齒輪比負載條件 扭矩、轉(zhuǎn)動慣量）與電動機規(guī)格不符重新評估負載或者電動機容量例：某采用siemens 810m 的龍門加工中心，配套611a 伺服驅(qū)動器，在x 軸定位是，發(fā)現(xiàn) x 軸存在明顯的位置“ 過沖 ” 現(xiàn)象，最終定位位置正確，系統(tǒng)無報警。分析與處理過程：因為系

51、統(tǒng)無報警，坐標軸定位正確，可以確認故障是因為伺服驅(qū)動器或系統(tǒng)調(diào)整不良引起的。x 軸位置 “ 過沖 ” 的實質(zhì)是伺服進給系統(tǒng)存在超調(diào)。解決超調(diào)的方法有多種，如：減小加減速時間、提高速度環(huán)比例增益、降低速度環(huán)積分時間等等。對本機床，通過提高驅(qū)動器的速度環(huán)比例增益，降低速度環(huán)積分時間后，位置超調(diào)消除。13. 再生故障引起此故障的通常原因及常規(guī)處理見表4-22。表 4-22 再生故障及排除綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施再生故障再生異常在 接 通 控 制 電源時發(fā)生伺服單元電路板故障更換伺服單元在 接 通 主 電 路電源時發(fā)生6kw 以上時未接再生電阻連接再生電阻檢查再生電阻是否配線不良修正外

52、接再生電阻的19 / 38 配線伺服單元故障再生晶體管、電壓檢測部分故障）更換伺服單元在 通 常 運 行 時發(fā)生檢 查 再 生 電 阻 是 否 配 線 不良、是否脫落修正外接再生電阻的配線再生電阻斷線再生能量是否過大）更換再生電阻或者更換伺服單元 重新考慮負載、運行條件）伺服單元故障再生晶體管、電壓檢測部分故障）更換伺服單元再生過載在 接 通 控 制 電源時發(fā)生伺服單元電路板故障更換伺服單元在 接 通 主 電 路電源時發(fā)生電源電壓超過270v 校正電壓在 通 常 運 行 時發(fā)生 再生電阻溫 度 上 升 幅 度大）再生能量過大如放電電阻開路或阻值太大）重新選擇再生電阻容量或者重新考慮負載條件、運

53、行條件處于連續(xù)再生狀態(tài)在 通 常 運 行 時發(fā)生 再生電阻溫 度 上 升 幅 度?。﹨?shù)設(shè)定的容量小于外接再生電阻的容量減速時間太短）校正用戶參數(shù)的設(shè)定值伺服單元故障更換伺服單元在 伺 服 電 動 機減速時發(fā)生再生能力過大重新選擇再生電阻容量或者重新考慮負載條件、運行條件14. 編碼器出錯引起此故障的通常原因及常規(guī)處理見表4-23。表 4-23 編碼器出錯及排除警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施編碼器出錯編碼器電池警報電池連接不良、未連接正確連接電池電池電壓低于規(guī)定值更換電池、重新起動伺服單元故障更換伺服單元編碼器故障無 a 和 b 相脈沖；建議更換脈沖編碼器引線電纜短路或破損而引起通信錯誤

54、；客觀條件接地、屏蔽不良處理好接地15. 漂移補償量過大的報警引起此故障的通常原因及常規(guī)處理見表4-24。表 4-24 漂移補償量過大的報警綜述警報內(nèi)容 可能原因處理措施漂移補償量過大連接不良動力線連接不良、未連接正確連接動力線檢測元件之間的連接不良正確連接反饋元件連接線數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)設(shè)置錯誤cnc 系統(tǒng)中有關(guān)漂移量補償?shù)膮?shù)設(shè)定錯誤引起的重新設(shè)置參數(shù)硬件故障速度控制單元的位置控制部分更換此電路板或直接更換伺服單元20 / 38 4.5 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)常見故障及排除4.5.1 進給伺服系統(tǒng)常見的故障及處理1. 機床振動。指的是機床在移動式或停止時的振蕩、運動時的爬行、正常加工過程中的運動

55、不穩(wěn)等等。故障可能是機械傳動系統(tǒng)的原因，亦可能是伺服進給系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定不當?shù)鹊取?開停機時振蕩的故障原因、檢查和處理方法見下表4-23。表 4-23 機床振動的原因與檢查、處理方法項目 故障原因檢查步驟措施1 位置控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定錯誤對照系統(tǒng)參數(shù)說明檢查原因設(shè)定正確的參數(shù)2 速度控制單元設(shè)定錯誤對照速度控制單元說明或根據(jù)機床廠提供的設(shè)定單檢查設(shè)定正確設(shè)定速度控制單元3 反饋裝置出錯反饋裝置本身是否有故障更換反饋裝置反饋裝置連線是否正確正確連接反饋線4 電動機本身有故障用替換法，檢查是否電動機有故障如有故障，更換電動機5 振動周期與進給速度成正比故障原因：機床、檢測器、不良，插不精度差或檢測增

56、益設(shè)定太高若插補精度差，振動周期可能為位置檢測器信號周期的1 或 2 倍；若為連續(xù)振動，可能是檢測增益設(shè)定太高。檢查與振動周期同步的部分，并找到不良部分更換或維修不良部分，調(diào)整或檢測增益故障查找的方法例如：當機床以高速運行時，如果產(chǎn)生振動，這時就會出現(xiàn)過流報警。這種振動問題一般屬于速度問題，所以應(yīng)去查找速度環(huán)，而機床速度的整個調(diào)節(jié)過程是由速度調(diào)節(jié)器來完成的。即凡是與速度有關(guān)的問題，應(yīng)該去查找速度調(diào)節(jié)器，因此振動問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號、反饋信號及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。首先檢查輸給速度調(diào)節(jié)器的信號，即給定信號，這個給定信號是由位置偏差計數(shù)器出來經(jīng)d/a 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的模擬量

57、vcmd送入速度調(diào)節(jié)器的，應(yīng)查一下這個信號是否有振動分量，如它只有一個周期的振動信號，可以確認速度調(diào)節(jié)器沒有問題，而是前級的問題，即應(yīng)向d/a 轉(zhuǎn)換器或位置偏差計數(shù)器去查找問題。如果正常，就轉(zhuǎn)向查測速發(fā)電動機或伺服電動機的位置反饋裝置是否有故障或連線錯誤。檢查測速發(fā)電動機及伺服電動機：當機床振動時，說明機床速度在振蕩，當然反饋回來的波形一定也在振蕩，觀察它的波形是否出現(xiàn)有規(guī)律的大起大落。這時，最好能測一下機床的振動頻率與旋轉(zhuǎn)的速度是否存在一個準確的比例關(guān)系，如振動頻率是電動機轉(zhuǎn)速的四倍頻率，這是就應(yīng)考慮電動機或發(fā)電動機有故障。因振動頻率與電動機轉(zhuǎn)速成一定比例，首先要檢查電動機有無故障，如果沒有

58、問題，就再檢查反饋裝置連線是否正確。位置控制系統(tǒng)或速度控制單元上的設(shè)定錯誤：如系統(tǒng)或位置環(huán)的放大倍數(shù)檢測倍率）過大，最大軸速度，最大指令值等設(shè)置錯誤。速度調(diào)節(jié)器故障如采用上述方法還不能完全消除振動，甚至無任何改善，就應(yīng)考慮速度調(diào)節(jié)器本身的問題，應(yīng)更換速度調(diào)節(jié)器板或換下后徹底檢測各處波形。檢查振動頻率與進給速度的關(guān)系：如二者成比例，除機床共振原因外，多數(shù)是因為cnc 系統(tǒng)插補精度太差或位置檢測增益太高引起的，須進行插補調(diào)整和檢測增益的調(diào)整。如果與進給速度無關(guān)，可能原因有：速度控制單元的設(shè)定與機床不匹配，速度控制單元調(diào)整不好，該軸的速度環(huán)增益太大，或是速度控制單元的印制線路板不良。例：一臺配套某數(shù)

59、控系統(tǒng)的龍門加工中心，在啟動完成、進入可操作狀態(tài)后，x 軸只要一21 / 38 運動即出現(xiàn)高頻震蕩，產(chǎn)生尖叫，系統(tǒng)無任何報警。分析與處理過程：在故障出現(xiàn)后，觀察x 軸拖板，發(fā)現(xiàn)實際拖板振動位移很??；但觸摸輸出軸，可感覺到轉(zhuǎn)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?？紤]到振動無論是在運動中還是靜止時均發(fā)生，與運動速度無關(guān)，故基本上可以排除測速發(fā)電動機、位置反饋編碼器等硬件損壞的可能性。分析可能的原因是cnc 中與伺服驅(qū)動有關(guān)的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整不當引起的；且因為機床振動頻率很高，因此時間常數(shù)較小的電流環(huán)引起振動的可能性較大。因為fanuc 15ma 數(shù)控系統(tǒng)采用的是數(shù)字伺服，伺

60、服參數(shù)的調(diào)整可以直接通過系統(tǒng)進行，維修時調(diào)出伺服調(diào)整參數(shù)頁面，并與機床隨機資料中提供的參數(shù)表對照，發(fā)現(xiàn)參數(shù)parm1852 、parm1825 與提供值不符，設(shè)定值見下：參數(shù)號正常值實際設(shè)定值1852 1000 3414 1825 2000 2770 將上述參數(shù)重新修改后，振動現(xiàn)象消失，機床恢復(fù)正常工作。 工作過程中，振動或爬行。引起此故障的通常原因及常規(guī)處理見表4-24。表 4-24 工作過程中，振動或爬行故障的原因及排除綜述可能原因排除方法措施，負載過重重新考慮此機床所能承受的負載減輕負載，讓機床工作在額定負載以內(nèi)機 械 傳 動 系 統(tǒng) 不良依次察看機械傳動鏈保持良好的機械潤滑，并排除傳動