數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)故障診斷及維修

1、第 4章數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的故障診斷與維修進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(duì)它做好良好的維護(hù)與維修，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵。本章主要內(nèi)容：對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作一半的介紹；介紹步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理和主要特性作簡(jiǎn)單介紹后，列出了步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要故障及排除，并列出相應(yīng)維修實(shí)例。簡(jiǎn)介了進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，列出了進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要報(bào)警及處理、主要故障及排除，并列出了維修實(shí)例。4.1 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(jī)床的檔次，因此，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展的歷程中，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制和發(fā)展總是放在首要的位置。數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)出

2、的控制指令，是通過(guò)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械執(zhí)行部件，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床精確的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的。 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種位置隨動(dòng)與定位系統(tǒng)，它的作用是快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)命令，精確地控制機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。它的性能決定了數(shù)控機(jī)床的許多性能，如最高移動(dòng)速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。4.1.1數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求1. 調(diào)速范圍要寬調(diào)速范圍 rn 是指進(jìn)給電動(dòng)機(jī)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(jī)床中，由于加工用刀具、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能得到最佳切削條件，就要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)

3、系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o(wú)級(jí)調(diào)速范圍（通常大于 1 10000）。尤其在低速（如 <0.1r/min）時(shí)，要仍能平滑運(yùn)動(dòng)而無(wú)爬行現(xiàn)象。脈沖當(dāng)量為 1 m/P 情況下，最先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度從 0240m/min 連續(xù)可調(diào)。但對(duì)于一般的數(shù)控機(jī)床， 要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在 024m/min 進(jìn)給速度下工作就足夠了。2. 定位精度要高使用數(shù)控機(jī)床主要是為了： 保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、 一致性，減少?gòu)U品率；解決復(fù)雜曲面零件的加工問(wèn)題；解決復(fù)雜零件的加工精度問(wèn)題，縮短制造周期等。數(shù)控機(jī)床是按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)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(méi)有預(yù)料到的情況。就是說(shuō)，數(shù)控機(jī)床不能像普

4、通機(jī)床那樣，可隨時(shí)用手動(dòng)操作來(lái)調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對(duì)加工精度的影響。因此，要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性和較高的剛度，從而達(dá)到較高的定位精第 1 頁(yè)度，以保證機(jī)床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差（目前進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分辨率可達(dá) 1m 或 0.1 m，甚至 0.01 m）；同時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還要具有較好的動(dòng)態(tài)性能，以保證機(jī)床具有較高的輪廓跟隨精度。3. 快速響應(yīng)，無(wú)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(hào)的響應(yīng)要快。一方面，在啟、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，以縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，減小輪廓過(guò)渡誤差。一般電動(dòng)機(jī)的速度從零變

5、到最高轉(zhuǎn)速，或從最高轉(zhuǎn)速降至零的時(shí)間在 200ms 以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒。這就要求進(jìn)給系統(tǒng)要快速響應(yīng)，但又不能超調(diào)，否則將形成過(guò)切，影響加工質(zhì)量；另一方面，當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，要求速度的恢復(fù)時(shí)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(jìn)給電動(dòng)機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和起動(dòng)電壓。電動(dòng)機(jī)具有 4000r/s2以上的加速度。4. 低速大轉(zhuǎn)矩，過(guò)載能力強(qiáng)數(shù)控機(jī)床要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有非常寬的調(diào)速范圍， 例如在加工曲線和曲面時(shí)，拐角位置某軸的速度會(huì)逐漸降至零。這就要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速時(shí)保持恒力矩輸出，無(wú)爬行現(xiàn)象，并且具有長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)較強(qiáng)的過(guò)載能力，和頻繁的起動(dòng)

6、、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)能力。一般，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi) 1.5 倍以上的過(guò)載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過(guò)載 46 倍而不損壞。5. 可靠性高數(shù)控機(jī)床，特別是自動(dòng)生產(chǎn)線上的設(shè)備要求具有長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，同時(shí)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)、維修也較復(fù)雜，因此，要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力，具有很強(qiáng)的抗干擾的能力。4.1.2進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本形式進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為開(kāi)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(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 開(kāi)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(cè)反饋元件組成了反饋系統(tǒng)。 閉環(huán)控制一

7、般采用伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件， 根據(jù)位置檢測(cè)元件所處在數(shù)控機(jī)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(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)無(wú)位置反饋裝置的控制方式就稱為開(kāi)環(huán)控制，采用開(kāi)環(huán)控制作為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，則稱開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。一般使用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（包括電液脈沖馬達(dá)）作為伺服執(zhí)行元件。所以也叫步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，數(shù)控裝置輸出的脈沖，經(jīng)過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的環(huán)形分配器或脈沖分配軟件的處理，在驅(qū)動(dòng)電路中進(jìn)行功率放大后控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，最終控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)再經(jīng)過(guò)減速裝置（一般為同步帶，或直接連接）帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過(guò)絲杠將角位移轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。因此，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，就

8、可以CNC 指令步進(jìn)電源步進(jìn)傳動(dòng)機(jī)床驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)間接控制移動(dòng)部件的移動(dòng)，俗稱位移量。圖 4-1 為開(kāi)環(huán)控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。第 2 頁(yè)圖 4-1 開(kāi)環(huán)控制的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，但是由于系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行檢測(cè)， 因此無(wú)法通過(guò)反饋?zhàn)詣?dòng)進(jìn)行誤差檢測(cè)和校正。另外，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角誤差、齒輪與絲杠等部件的傳動(dòng)誤差，最終都將影響被加工零件的精度。特別是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，將導(dǎo)致的“丟步”，使加工出錯(cuò)。因此，開(kāi)環(huán)控制僅適用于加工精度要求不高，負(fù)載較輕且變化不大的簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。2. 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)圖 4-2 所示為半閉環(huán)

9、數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給控制框圖。半閉環(huán)位置檢測(cè)方式一般將位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)的軸上（通常已由電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家安裝好），用以精確控制電動(dòng)機(jī)的角度，然后通過(guò)滾珠絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)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(dòng)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(bǔ)償，因而可進(jìn)一步提高精度，因此在精度要求適中的中、小型數(shù)控機(jī)床上半閉環(huán)控制得到了廣泛的應(yīng)用。位置控制單元速度控制單元+位置控制調(diào)節(jié)+速度控制機(jī)械執(zhí)行部件-器-調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)實(shí)際位實(shí)際速電機(jī)度反饋置反饋檢測(cè)與反饋單元圖 4-2：半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給控制框圖半閉環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是它的閉環(huán)環(huán)路短

10、（不包括傳動(dòng)機(jī)械），因而系統(tǒng)容易達(dá)到較高的位置增益，不發(fā)生振蕩現(xiàn)象。它的快速性也好，動(dòng)態(tài)精度高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的非線性因素對(duì)系統(tǒng)的影響小。但如果傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差過(guò)大或誤差不穩(wěn)定，則數(shù)控系統(tǒng)難以補(bǔ)償。例如由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭曲變形所引起的彈性變形，因其與負(fù)載力矩有關(guān)，故無(wú)法補(bǔ)償。由制造與安裝所引起的重復(fù)定位誤差，以及由于環(huán)境溫度與絲杠溫度的變化所引起的絲杠螺矩誤差也不能補(bǔ)償。 因此要進(jìn)一步提高精度，只有采用全閉環(huán)控制方式。3. 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)圖 4-3 所示為全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給控制框圖。全閉環(huán)方式直接從機(jī)床的移動(dòng)部件上獲取位置的實(shí)際移動(dòng)值，因此其檢測(cè)精度不受機(jī)械傳動(dòng)精度的影響。但不能認(rèn)為全閉環(huán)方式可以降低對(duì)傳

11、動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求。 因閉環(huán)環(huán)路包括了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性不僅與傳動(dòng)部件的剛性、慣性有關(guān)，而且還取決于阻尼、油的粘度、滑動(dòng)面摩擦系數(shù)等因素。這些因素對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響在不同條件下還會(huì)發(fā)生變化，這給位置閉環(huán)控制的調(diào)整和穩(wěn)定帶來(lái)了困難，導(dǎo)致調(diào)整閉環(huán)環(huán)路時(shí)必須要降低位置增益， 從而對(duì)跟隨誤差與輪廓加工誤差產(chǎn)生了不利影響。所以采用全閉環(huán)方式時(shí)必須增大機(jī)床的剛性，改善滑動(dòng)面的摩擦特性，減小傳動(dòng)間隙，這樣才有可能提高位置增益。全閉環(huán)方式廣泛應(yīng)用在精度要求較高的大型數(shù)控機(jī)床上。第 3 頁(yè)由于全閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，它對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)系統(tǒng)的要求比半閉環(huán)更高，傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度、間隙、導(dǎo)軌的爬行等各種非線性因

12、素將直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生振蕩。解決以上問(wèn)題的最佳途經(jīng)是采用直線電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行器件。采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以完全取消傳動(dòng)系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的環(huán)節(jié)，大大簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動(dòng)”。它從根本上消除了傳動(dòng)環(huán)節(jié)對(duì)精度、剛度、快速性、穩(wěn)定性的影響，故可以獲得比傳統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更高的定位精度、快進(jìn)速度和加速度位置控制單元速度控制單元CNC+位置控制調(diào)節(jié)+速度控制插補(bǔ)機(jī)械執(zhí)行部件-器-調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)指令實(shí)際位實(shí)際速電機(jī)度反饋置反饋檢測(cè)與反饋單元圖 4-3：全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給控制框圖4. 混合式閉環(huán)控制圖 4-4 所示為混合閉環(huán)控制?；旌祥]環(huán)方式采用半閉環(huán)與全

13、閉環(huán)結(jié)合的方式。它利用半閉環(huán)所能達(dá)到的高位置增益，從而獲得了較高的速度與良好的動(dòng)態(tài)特性。它又利用全閉環(huán)補(bǔ)償半閉環(huán)無(wú)法修正的傳動(dòng)誤差，從而提高了系統(tǒng)的精度?；旌祥]環(huán)方式適用于重型、超重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)檫@些機(jī)床的移動(dòng)部件很重，設(shè)計(jì)時(shí)提高剛性較困難。指令電源進(jìn)給伺服傳動(dòng)機(jī)床CNC驅(qū)動(dòng)器 速度 / 位 電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)位置置反饋反饋位置反饋位置反饋圖 4-4混合閉環(huán)控制的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4.2 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障及排除步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，包括有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。4.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理簡(jiǎn)介及分類1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理簡(jiǎn)介步進(jìn)電動(dòng)機(jī)流行于 70 年代，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、維修方面，且控制為全

14、數(shù)字化；是一種能將數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)化成一個(gè)步距角增量的電磁執(zhí)行元件；能很方便地將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移，具有較好的定位精度，無(wú)漂移和無(wú)積累定位誤差的優(yōu)點(diǎn)，能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列，可作同步電動(dòng)機(jī)使用。隨第 4 頁(yè)著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它部分均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。因此，至今國(guó)內(nèi)外對(duì)這種系統(tǒng)仍在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。但是，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本上是用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，精度不高，不能應(yīng)用于中高檔數(shù)控機(jī)床；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)耗能大，速度低 (遠(yuǎn)不如交、直流電動(dòng)機(jī) )。因此，目前步進(jìn)電動(dòng)機(jī)僅用于小容量、低速、精度要求不高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控，打印機(jī)、繪圖機(jī)等計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種同步電動(dòng)機(jī)， 其

15、結(jié)構(gòu)同其它電動(dòng)機(jī)一樣， 由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子為激磁場(chǎng)，其激磁磁場(chǎng)為脈沖式，即磁場(chǎng)以一定頻率步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子則隨磁場(chǎng)一步一步前進(jìn)。2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)；從控制繞組數(shù)量上可分為二相、三相、四相、五相、六相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；從電流的極性上可分為單極性和雙極性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；從運(yùn)動(dòng)的型式上可分為旋轉(zhuǎn)、直線、平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。4.2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路控制方式和應(yīng)用舉例1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路控制方式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)電路， 單極性電流一般采用圖 4-5<a>雙管串聯(lián)電路 , 雙極性電流一般采用圖 4-5<b>的 H

16、 橋電路 ; 對(duì)于三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則采用三相逆變橋電路 , 見(jiàn)圖 4-5<c>VDCVDCVDC(a)(b)(c)圖 4-5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第 5 頁(yè)圖7 步進(jìn)電機(jī)繞組驅(qū)動(dòng)電路2. 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例以 SH-50806A五相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器為例，步進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的基本接口如圖4-6 所示。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)變壓器SH-50806A驅(qū)動(dòng)電源AC 1PAC80XS30屏蔽層CNI/FAC80380/8014CP+CW+3A+CNC7CP-CW-4A-15DIR+CCW+ 5B+8DIR-CCW- 6C+B-13GNDC-電機(jī)電源D+D-E+E-步進(jìn)電機(jī)FG伺服電機(jī)指令接口電源接口

17、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口圖 4-6 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的基本接口（以 SH-50806A五相 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器為例）3. 百格拉公司步進(jìn)電機(jī) WD3-007的面板接線圖 4-7 。PULSE/CW+PULSE/CW-DIR/CCW+DIR/CCW-RESET+RESET-READYREADY信號(hào)接口：PULSE+電機(jī)輸入控制脈沖信號(hào)；DIR+電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制信號(hào)；RESET+復(fù)位信號(hào)，用于封鎖輸入信號(hào)；READY+報(bào)警信號(hào)；PULSE、-DIR-、RESET和-READY短-接為公共地；RDYTEMPFLTMOT.CURRSTEP1STEP2CURR.REDPULSE.SYSDC+DC-UVWPELNPE狀態(tài)指示：

18、RDY燈亮表示驅(qū)動(dòng)器正常工作；TEMP燈亮表示驅(qū)動(dòng)器超溫；FLT燈亮表示驅(qū)動(dòng)器故障；功能選擇：MOT.CURR設(shè)置電機(jī)相電流；STEP1、STEP2設(shè)置電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)；PULSE.SYS可設(shè)置成“脈沖和方向”控制方式；也可設(shè)置成“正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)”控制方式；CURR.RED用于設(shè)置半流功能；功率接口：DC+和DC-接制動(dòng)電容（用戶使用時(shí)請(qǐng)與代理商聯(lián)系）；U、V、W接電機(jī)動(dòng)力線，PE是地；L、N接供電電源；WD3-007圖 4-7 ： WD3-007步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的面板接線圖控制信號(hào)說(shuō)明：PULSE：脈沖信號(hào)輸入端，每一個(gè)脈沖的上升沿使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。第 6 頁(yè)DIR：方向信號(hào)輸入端，如“DIR”為低電平

19、，電機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；“ DIR”為高電平電機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。CW：正轉(zhuǎn)信號(hào)，每個(gè)脈沖使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。CCW：反轉(zhuǎn)信號(hào)，每個(gè)脈沖使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。RESET：復(fù)位信號(hào)，如復(fù)位信號(hào)為低電平時(shí) , 輸入脈沖信號(hào)起作用，如果復(fù)位信號(hào)為高電平時(shí)就禁止任何有效的脈沖，輸入信號(hào)無(wú)效，電機(jī)無(wú)保持扭矩。READDY:輸入報(bào)警信號(hào)： READY是繼電器開(kāi)關(guān)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉合，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作異常時(shí)繼電器斷開(kāi)。 繼電器允許最高輸入電壓和電流是：35VDC，10mA I 200mA，電阻性負(fù)載。如用該繼電器，要把他串聯(lián)到 CNC的某輸入端。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉合， 外部 24VDC通過(guò)繼電器

20、輸入到 CNC 輸入端，否則外部 24VDC無(wú)法輸入到 CNC輸入端。注意： PULSE+與 CW+， PULSE與- CW，-DIR- 與 CCW對(duì)-應(yīng)同一個(gè)接線口，按控制方式不同給出的兩種定義名稱。4.2.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性1. 步距角和步距誤差轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過(guò)的空間機(jī)械角度，即步距角 為=360°o/Z 2 *N其中 Z 2- 轉(zhuǎn)子齒數(shù)， N-運(yùn)行拍數(shù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步，轉(zhuǎn)子實(shí)際的角位移與設(shè)計(jì)的步距角存在有步距誤差。連續(xù)走若干步時(shí)，上述誤差形成累積值。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一圈后，回至上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距的誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距的積累誤差，是指一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)步距積累誤

21、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)矩特性所謂靜態(tài)是指電動(dòng)機(jī)不改變通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)?？蛰d時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)某相通以直流電流時(shí)，該相對(duì)應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子無(wú)轉(zhuǎn)矩輸出。如在電動(dòng)機(jī)軸上加一順時(shí)針?lè)较虻呢?fù)載轉(zhuǎn)矩，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子則按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度，稱為失調(diào)角 , 這時(shí)轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩T 與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等。矩角特性是描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，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(jiàn)圖4-

22、7 。第 7 頁(yè)T0圖10 步進(jìn)電機(jī)矩角特性圖 4-7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩角特性3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性矩頻特性是用來(lái)描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩寫連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系曲線。矩頻特性曲線上每一頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩除了和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及材料有關(guān)外，還與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組連接、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電壓有密切的關(guān)系。如圖4-8（a）所示的并聯(lián)繞組和串聯(lián)繞組的矩頻特性圖。圖 4-8（b）是混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)的典型的矩頻特性曲線。TNmM L繞組并聯(lián)繞組串聯(lián)（V 1）V1>V 2（V 2）0f0f圖 4-8 （a） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性4-8（b）連續(xù)運(yùn)行距頻特性4.啟動(dòng)慣頻特性

23、第 8 頁(yè)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ML=0 的條件下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)，不丟步地進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)所允許的最高啟動(dòng)頻率，稱為啟動(dòng)頻率或突跳頻率，超過(guò)此值就不能正常啟動(dòng)。啟動(dòng)頻率與機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)，包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加上其它運(yùn)動(dòng)部件折算至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。下圖4-9表示啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。隨著負(fù)載慣量的增加，起動(dòng)頻率下降。若同時(shí)存在負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML；則起動(dòng)頻率將進(jìn)一步降低。在實(shí)際應(yīng)用中，由于ML 的存在，可采用的啟動(dòng)頻率要比慣頻特性還要低。f （ Hz）0JL圖 4-9步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)慣頻特性4.2.4步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置常見(jiàn)故障及排除正如前所述，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中最

24、常選用的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，調(diào)試、維修、使用都很方便，工作可靠，成本低廉。在一般要求精度不太高的機(jī)床上曾得到廣泛應(yīng)用。使用過(guò)程中，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)如下故障：1. 電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警， 可能原因及故障排除見(jiàn)表 4-1 。表 4-1 ：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱的報(bào)警綜述故障現(xiàn)象可能原因排除措施有些系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，顯工作環(huán)境過(guò)于惡劣，環(huán)境重新考慮機(jī)床應(yīng)用條示電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。用手溫度過(guò)高件，改善工作環(huán)境摸電動(dòng)機(jī)，會(huì)明顯感參數(shù)選擇不當(dāng)，如電流過(guò)根據(jù)參數(shù)說(shuō)明書，重新覺(jué)溫度不正常，甚至大，超過(guò)相電流設(shè)置參數(shù)燙手電壓過(guò)高建議穩(wěn)壓電源2. 工作中，尖叫后不轉(zhuǎn) ，具體情況為加工或運(yùn)行過(guò)程中， 驅(qū)動(dòng)器或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出

25、刺耳的尖叫聲?？赡茉蚣芭懦胧┮?jiàn)表 4-2 ：表 4-2 ：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器尖叫后不轉(zhuǎn)的故障原因及排除綜述第 9 頁(yè)故障現(xiàn)象可能原因排除措施驅(qū)動(dòng)器或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入脈沖頻率太高， 引起降低輸入脈沖頻率發(fā)出刺耳的尖叫聲， 然堵轉(zhuǎn)后電動(dòng)機(jī)停止不轉(zhuǎn)輸入脈沖的突調(diào)頻率太降低輸入脈沖的突調(diào)頻高率輸入脈沖的升速曲線不調(diào)整輸入脈沖的升速曲夠理想引起堵轉(zhuǎn)線3. 工作過(guò)程中停車， 在工作正常的狀況下， 發(fā)生突然停車的故障。 引起此故障的可能原因見(jiàn)表 4-3 。表 4-3 工作過(guò)程中停車的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施驅(qū)動(dòng)電源故障用萬(wàn)用表測(cè)量驅(qū)動(dòng)電源的輸出更換驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路故障發(fā)生脈沖電路故障電動(dòng)機(jī)故障繞組燒壞電動(dòng)機(jī)

26、線圈匝間短路用萬(wàn)用表測(cè)量線圈間是否短更換電動(dòng)機(jī)或接地路雜物卡住可目測(cè)消除外界的干擾因素4. 工作噪聲特別大 ，仔細(xì)觀察加工或運(yùn)行過(guò)程中， 還有進(jìn)二退一現(xiàn)象。 可能原因及排除措施見(jiàn)表 4-4 ：表 4-4 ：工作噪聲特別大的故障原因及排除綜述故障現(xiàn)象可能原因排除措施低頻旋轉(zhuǎn)時(shí)有進(jìn)檢查相序正確連接動(dòng)力線二退一現(xiàn)象，高速上不去電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低頻區(qū)或共振區(qū)分析電動(dòng)機(jī)速度及電動(dòng)機(jī)頻率后，調(diào)整加工切削參數(shù)純慣性負(fù)載、正反轉(zhuǎn)頻繁重新考慮次機(jī)床的加工能力電動(dòng)機(jī)故障磁路混合式或永磁式轉(zhuǎn)子磁鋼更換電動(dòng)機(jī)退磁后以單步運(yùn)行或在失步區(qū)如永磁單向旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的更換電動(dòng)機(jī)定向機(jī)構(gòu)損壞第 10頁(yè)5. 無(wú)力或者是出力降低或稱“

27、悶車” ，即在工作過(guò)程中，某軸有可能突然停止，俗稱“悶車”，可能原因見(jiàn)表 4-5 。表 4-5：“悶車”的可能原因及排除措施故障部位可能原因排除措施驅(qū)動(dòng)器端電壓沒(méi)有從驅(qū)動(dòng)器輸出來(lái)檢查驅(qū)動(dòng)器，確保有輸出故障驅(qū)動(dòng)器故障更換驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)部發(fā)生錯(cuò)誤電動(dòng)機(jī)端電動(dòng)機(jī)繞組碰到機(jī)殼，發(fā)生相間短路或故障者線頭脫落電動(dòng)機(jī)軸斷更換電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙過(guò)大專業(yè)電動(dòng)機(jī)維修人員調(diào)整好氣隙或更換電動(dòng)機(jī)外部故障電壓不穩(wěn)重新考慮負(fù)載和切削條件會(huì)造成“悶車” 的原因可能是： 負(fù)載過(guò)重新考慮負(fù)載和切削條大或切削條件惡劣件6. 電動(dòng)機(jī)一開(kāi)始就不轉(zhuǎn) 。造成此故障的可能原因及排除措施見(jiàn)表 4-6 。表 4-6 ：電動(dòng)機(jī)

28、已開(kāi)始就不轉(zhuǎn)的故障綜述故障部位可能原因排除措施步進(jìn)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)連線斷線確定連線正常器保險(xiǎn)絲是否熔斷更換保險(xiǎn)絲當(dāng)動(dòng)力線斷線時(shí)，二線式步進(jìn)確保動(dòng)力線的連接正常電動(dòng)機(jī)是不能轉(zhuǎn)動(dòng)的，但三相五線制電動(dòng)機(jī)仍可轉(zhuǎn)動(dòng)，但力矩不足。驅(qū)動(dòng)器報(bào)警 (過(guò)電壓、欠電壓、按相關(guān)報(bào)警方法解除過(guò)電流、過(guò)熱 )驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)被封鎖通過(guò) PLC觀察是否使能信號(hào)正常驅(qū)動(dòng)器電路故障最好用交換法， 確定是否驅(qū)動(dòng)器電路故障， 更換驅(qū)動(dòng)器電路板或驅(qū)動(dòng)器接口信號(hào)線接觸不良重新連接好信號(hào)線系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)如：工作方依照參數(shù)說(shuō)明書， 重新設(shè)置式不對(duì)相關(guān)參數(shù)步進(jìn)電動(dòng)電動(dòng)機(jī)卡死主要是機(jī)械故障， 排除卡死機(jī)的故障原因，經(jīng)驗(yàn)證，確保電動(dòng)機(jī)正常后，

29、 方可繼續(xù)使用第 11頁(yè)長(zhǎng)期在潮濕場(chǎng)所存放，造成電動(dòng)機(jī)部分生銹電動(dòng)機(jī)故障指令脈沖太窄、頻率過(guò)高、脈沖電平太低外部故障安裝不正確電動(dòng)機(jī)本身軸承等故障更換步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)尖叫后不轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，按尖叫后不轉(zhuǎn)的故障處理一般發(fā)生在新機(jī)調(diào)試時(shí)， 重新安裝調(diào)成重新進(jìn)行機(jī)械的調(diào)整7. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步或多步 ，此故障引起的可能現(xiàn)象是工作過(guò)程中，配置步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的某軸突然停頓，而后，又繼續(xù)走動(dòng)。此故障的可能原因具體綜述見(jiàn)表 4-7。表 4-7 ：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(fù)載過(guò)大，超過(guò)電動(dòng)機(jī)的承重新調(diào)整加工程序切載能力削參數(shù)負(fù)載忽大忽小是否毛坯余量分配不均調(diào)整加工條件勻等負(fù)載的轉(zhuǎn)

30、動(dòng)慣量過(guò)大， 啟動(dòng)可在不正式加工的條件重新考慮負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)失步、停車時(shí)過(guò)沖下進(jìn)行試運(yùn)行，判斷是慣量否有此想象發(fā)生傳動(dòng)間隙大小不均進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)精度的檢進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償驗(yàn)傳動(dòng)間隙產(chǎn)生的零件有彈重新考慮這種材料的性變形工件的加工方案電動(dòng)機(jī)工作在震蕩失步區(qū)分析電動(dòng)機(jī)速度及電動(dòng)調(diào)整加工切削參數(shù)機(jī)頻率電路總清零使用不當(dāng)干擾處理好接地，做好屏蔽處理電動(dòng)機(jī)故障，如定、轉(zhuǎn)子相有的嚴(yán)重的情況，聽(tīng)聲更換電動(dòng)機(jī)檫音度可以感覺(jué)出來(lái)8. 運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有抖動(dòng) ，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(jiàn)表 4-8 。表 4-8 ：數(shù)控裝置顯示時(shí)有時(shí)無(wú)或抖動(dòng)的故障綜述可能原因檢查步驟排除

31、措施指令脈沖不均勻用示波是觀察指令脈沖指令脈沖太窄從數(shù)控系統(tǒng)找故障，去排除指令脈沖電平不正用萬(wàn)用表觀測(cè)指令脈沖電確平第 12頁(yè)指令脈沖電平與驅(qū)用萬(wàn)用表測(cè)量指令脈沖電動(dòng)器不匹配平后比較，是否與驅(qū)動(dòng)器確實(shí)電平能匹配匹配脈沖信號(hào)存在噪聲用示波器觀測(cè)脈沖信號(hào)注意觀察電平是否變化頻繁脈沖頻率與機(jī)械發(fā)可目測(cè)調(diào)節(jié)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)， 避免共振生共振9. 電動(dòng)機(jī)定位不準(zhǔn)。 反映在加工中的故障就是加工工件尺寸有問(wèn)題?？赡茉蚣肮收吓懦胧┮?jiàn)表 4-9表 4-9 電動(dòng)機(jī)定位不準(zhǔn)的故障綜述可能原因檢查步驟排除措施加減速時(shí)間太小根據(jù)參數(shù)說(shuō)明書， 重新設(shè)置好參數(shù)指令信號(hào)存在干利用示波器，檢查指令如果示波器顯示， 信號(hào)只是受到

32、小擾噪聲信號(hào)是否正常幅度的變化， 可加注磁環(huán)或抗干擾系統(tǒng)屏蔽不良的元器件，同時(shí)處理好接地，做好屏蔽處理4.2.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障及維修常見(jiàn)故障見(jiàn)表4-10。表 4-10：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障綜述故障現(xiàn)象可能原因電動(dòng)機(jī)尖叫CNC中與伺服驅(qū)動(dòng)有關(guān)的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)引起的電動(dòng)機(jī)不能旋 保險(xiǎn)絲是否熔斷轉(zhuǎn)動(dòng)力線短線參數(shù)設(shè)置不當(dāng)電動(dòng)機(jī)卡死生銹或故障電動(dòng)機(jī)發(fā)熱異動(dòng)力線 R、S、T 連線不搭配常排除措施正確設(shè)置參數(shù)更換保險(xiǎn)絲確保動(dòng)力線連接良好依照參數(shù)說(shuō)明書，重新設(shè)置相關(guān)參數(shù)主要是機(jī)械故障，排除卡死的故障原因，經(jīng)驗(yàn)證，確保電動(dòng)機(jī)正常后，方可繼續(xù)使用更換步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正確連接 R、S、T 線4.2.6 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

33、維修實(shí)例：例 1：加工大導(dǎo)程螺紋時(shí)，出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。故障診斷和處理過(guò)程：開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的CNC 裝置的脈沖當(dāng)量一般為0.01mm，Z 坐標(biāo)軸 G00 指令速度一般為2000mm/min3000mm/min。開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控車床的主軸結(jié)構(gòu)一般有兩類：第 13頁(yè)一類是由普通車床改造的數(shù)控車床，主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)不變，仍然保持換檔有級(jí)調(diào)速；另一類是采用通用變頻器控制數(shù)控車床主軸實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。這種主軸無(wú)級(jí)調(diào)速的數(shù)控車床在進(jìn)行大導(dǎo)程螺紋加工時(shí)，進(jìn)給軸會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)，這是高速低轉(zhuǎn)矩特性造成的。如果主軸無(wú)級(jí)調(diào)速的數(shù)控車床加工 10mm導(dǎo)程的螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速選擇 300r/min ，那么刀架沿 Z 坐標(biāo)軸需要用 30

34、00mm/min的進(jìn)給速度配合加工， Z 坐標(biāo)軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩是無(wú)法達(dá)到這個(gè)要求的， 因此會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如果將主軸轉(zhuǎn)速降低，刀架沿 Z 坐標(biāo)軸加工的速度減慢， Z 坐標(biāo)軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增大，螺紋加工的問(wèn)題似乎可以得到改善，然而由于主軸采用通用變頻器調(diào)速，使得主軸在低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩變小，主軸會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。對(duì)于主軸保持換檔變速的開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控車床，在加工大導(dǎo)程螺紋時(shí)，主軸可以低速正常運(yùn)行，大導(dǎo)程螺紋加工的問(wèn)題可以得到改善，但是光潔度受到影響。如果在加工過(guò)程中，切削進(jìn)給量過(guò)大，也會(huì)出現(xiàn)Z 坐標(biāo)軸堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。例 2：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的常見(jiàn)故障功率管損壞。故障診斷和處理過(guò)程： 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

35、單元的常見(jiàn)故障為功率管損壞。功率管損壞的原因主要是功率管過(guò)熱或過(guò)流造成的。 要重點(diǎn)檢查提供功率管的電壓是否過(guò)高，功率管散熱環(huán)境是否良好，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連線是否可靠，有沒(méi)有短路現(xiàn)象等，如有故障要逐一排除。為了改善步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的高頻特性， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元一般采用大于 80V 交流電壓供電（以前有 50V），經(jīng)過(guò)整流后，功率管上承受較高的直流工作電壓。如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元接入的電壓波動(dòng)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(duì)于開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床，重要的指標(biāo)是可靠性。因此，可以適當(dāng)降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸入電壓，以換取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定性和可靠性

36、。例 3：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的啟動(dòng)、停車影響工件的精度。故障診斷和處理過(guò)程： 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)， 其繞組線圈的通、 斷電流是有一定順序的。以一個(gè)五相十拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，啟動(dòng)時(shí)，A 相線圈通電，然后各相線圈按照 AAB BBCCCDDDEEEAA 所示順序通電。我們稱 A 相為初始相，因?yàn)槊看沃匦峦姷臅r(shí)候，總是A 相處于通電狀態(tài)。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，通電的狀態(tài)是其中的某個(gè)狀態(tài)。這時(shí)機(jī)床斷電停止運(yùn)行時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在該狀態(tài)初結(jié)束。當(dāng)機(jī)床再次啟動(dòng)通電工作時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又從 A 向開(kāi)始，與前次結(jié)束不一定是同相， 這兩個(gè)不同的狀態(tài)會(huì)使偏轉(zhuǎn)若干個(gè)步距角，工作臺(tái)的位置產(chǎn)生偏差， CNC 對(duì)此偏差是無(wú)法進(jìn)

37、行補(bǔ)償?shù)?。?shù)控機(jī)床在批量加工零件時(shí)， 如果因換班斷電停車或者有其他原因斷電停車更換加工零件，根據(jù)上述的原因，這時(shí)所加工的零件尺寸會(huì)有偏差。解決這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)檢測(cè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的初始相信號(hào)，使機(jī)床在初始相處斷電停車來(lái)解決。另一種解決方法是在數(shù)控機(jī)床上安裝機(jī)床回參考點(diǎn)來(lái)解決。4.3 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹4.3.1進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成及分類第 14頁(yè)1. 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元，驅(qū)動(dòng)單元，機(jī)械傳動(dòng)部件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)單元組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。 檢測(cè)元件和反饋電路組成檢測(cè)裝置，也稱檢測(cè)系統(tǒng)

38、。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的任務(wù)就是要完成各坐標(biāo)軸的位置控制。 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的程序指令及數(shù)據(jù)，經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算后得到位置控制指令，同時(shí)，位置檢測(cè)裝置將實(shí)際位置監(jiān)測(cè)信號(hào)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(biāo)軸的驅(qū)動(dòng)裝置，經(jīng)速度控制單元驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)滾珠絲杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 伺服電動(dòng)機(jī)上的反饋裝置將轉(zhuǎn)速信號(hào)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(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)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(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的維護(hù)及故障診斷將落實(shí)到位置環(huán)和速度環(huán)上。組成這兩個(gè)環(huán)的具體裝置有：用于位置檢測(cè)的有光柵、光電編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器和磁

39、柵等；用于轉(zhuǎn)速檢測(cè)的有測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)或光電編碼器等。2. 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類按伺服進(jìn)給系統(tǒng)使用的伺服類型，半閉環(huán)、閉環(huán)數(shù)控機(jī)床常用的伺服進(jìn)給系統(tǒng)可以分直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大類。在 20世紀(jì) 70年代至 80 年代的數(shù)控機(jī)床上，一般均采用直流伺服驅(qū)動(dòng)；從 80 年代中、后期起，數(shù)控機(jī)床上多采用交流伺服驅(qū)動(dòng)。下面將分別按直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)闡述其維修與維護(hù)的相關(guān)知識(shí)。4.3.2直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的介紹1. FANUC公司直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從 1980 年開(kāi)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(dòng)機(jī)。中、小慣量伺服電動(dòng)

40、機(jī)采用 PWM速度控制單元，大慣量伺服電動(dòng)機(jī)采用晶閘管速度控制單元。 驅(qū)動(dòng)裝置具有多重保護(hù)功能，如過(guò)速、過(guò)電流、過(guò)電壓和過(guò)載等。2. SIEMENS公司直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)，規(guī)格有 1HU504、 1HU305、 1HU310和 1HU313。與伺服電動(dòng)機(jī)配套的速度控制單元有 6RA20和 6RA26兩個(gè)系列，前者采用晶體管 PWM控制，后者采用晶閘管控制。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)除了各種保護(hù)功能外，另具有I 2 t 熱效應(yīng)監(jiān)控等功能。3. MITSUBISHI公司直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第 15頁(yè)MITSUBISHI公司的 HD系列永磁式直流伺服

41、電動(dòng)機(jī)，規(guī)格有HD21、HD41、HD81、HD101、 HD201和 HD301等。配套的 6R系列伺服驅(qū)動(dòng)單元，采用晶體管PWM控制技術(shù)，具有過(guò)載、過(guò)電流、過(guò)電壓和過(guò)速保護(hù)，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1） FANUC公司交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(dòng)單元和永磁式三相交流同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)有 S 系列、 L 系列、 SP系列和 T 系列，驅(qū)動(dòng)裝置有 系列交流驅(qū)動(dòng)單元等。2） SIEMENS公司交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1983 年以來(lái)， SIEMENS公司推出了交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由 6SC610系列進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置和

42、 6SC611A（ SIMODRIVE611A）系列進(jìn)給驅(qū)動(dòng)模塊、 1FT5和 1FT6系列永磁式交流同步電動(dòng)機(jī)組成。驅(qū)動(dòng)采用晶體管PWM控制技術(shù)，帶有 I 2t 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(jìn)給驅(qū)動(dòng)模塊。3） MITSUBISHI公司交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)MITSUBISHI公司的交流驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)系統(tǒng)的MDS-SVJ2系列交流驅(qū)動(dòng)單元。4） A-B 公司交流

43、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)A-B 公司的交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有 1391 系統(tǒng)交流驅(qū)動(dòng)單元和 1326 型交流伺服電動(dòng)機(jī)。另外，還有 1391-DES系列數(shù)字式交流驅(qū)動(dòng)單元，相應(yīng)的伺服電動(dòng)機(jī)有1391-DES15、1391-DES22和 1391-DES45三種規(guī)格。5） 華中數(shù)控公司交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)華中數(shù)控公司的交流驅(qū)動(dòng)系列主要HSV-9、 HSV-11、HSV-16和 HSV-20D四種型號(hào)。 HSV-11 運(yùn)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(gè)系列； HSV-16 采用專用運(yùn)動(dòng)控制DSP、大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列（ FPGA）和智能化功率模塊（ IPM

44、 ）等新技術(shù)設(shè)計(jì)，操第 16頁(yè)作簡(jiǎn)單、可靠性高、體積小巧、易于安裝。HSV-20D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(dòng)器。具有 025、050、 075、 100 多種型號(hào)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(gè)部分構(gòu)成，如圖4-11 所示。（ 1）交流伺服電動(dòng)機(jī)。可分為永磁交流同步伺服電動(dòng)機(jī)，永磁無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及磁阻式伺服電動(dòng)機(jī)；（ 2） PWM 功率逆變器。可分為功率晶體管逆變器、功率場(chǎng)效應(yīng)管逆變器、 IGBT 逆變器（包括智能型 IGBT 逆變器模塊）等。（ 3）

45、微處理器控制器及邏輯門陣列?？煞譃閱纹瑱C(jī)、 DSP 數(shù)字信號(hào)處理器、 DSP+CPU、多功能 DSP（如 TMS320F240）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(dòng)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(cè)，保護(hù)電路。鍵盤、顯電源、制動(dòng)RS23I/oDSPIGBT交流伺服邏輯門陣列逆變模擬輸電動(dòng)機(jī)器故障檢測(cè)、保護(hù)位置傳感器圖 4-11 交流伺服系統(tǒng)組成3. 交流伺服電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)介交流伺服電動(dòng)機(jī)可依據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理的不同，分為感應(yīng)式（或稱異步）交流伺服電動(dòng)機(jī)、永磁式同步電動(dòng)機(jī)、永磁式無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)、和磁阻同步交流伺服電動(dòng)機(jī)。這些電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子電流由滑差電勢(shì)產(chǎn)生，并與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)刷，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、造價(jià)低、免維護(hù)，對(duì)環(huán)境要求低，第 17頁(yè)其主磁通用激磁電流產(chǎn)生，很容易實(shí)現(xiàn)弱磁控制，高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到45 倍的額定轉(zhuǎn)速；缺點(diǎn)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(dòng)器容量，電動(dòng)機(jī)的電