伺服数控系统的故障诊断与维护 PPT课件
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《数控机床故障诊断与维修》第三章进给伺服系统故障诊断与维修
支撑 知识
一、FANUC进给伺服系统
1）直流PWM伺服单元 2）交流S系列伺服单元 3）交流α系列伺服单元SVU、SVUC 4）交流α系列伺服单元SVM 5）交流αi系列伺服单元SVM 6）交流β系列伺服单元 7）交流βi系列伺服单元
1.FANUC进给伺服系统
2.FANUC伺服控制系统及FSSB总线
1） 电源模块的状态
显示
2） 标准进给驱动模块
的状态显示
FANUC进给伺服系统的连接
FANUC进给伺服系统参数的设定及初始化操作 SIEMENS 611U数字式交流伺服驱动器初始化
任务一 FANUC进给伺服系统的连接
任务描述
某企业进行机床数控改造，完成结构改造后，车间要 求连接数控车床的进给伺服系统。FANUC LTD和FANUC 0i MateTB系统数控车床进给伺服装置的连接工作任务单如下。
任务一 步进装置连接及参数设定
（2）STEP1、STEP2。设置电动机每转的步数。驱动器 WD3-007可将电动机的步数分别设置为500、1 000、5 000、10 000步。用户可以通过驱动器正面板上的两个拨码开关STEP1、 STEP2设置电动机的步数，见表3-13。
任务一 步进装置连接及参数设定
（1）指令接口 与CNC连接
（2）指令接口 与CNC连接
（3）以经济区 划为主、兼顾行政区 划设置分支机构
三、步进驱动系统常见故障
1.步进电动机过热报警
2.步进驱动器尖叫后不转
3.工作中停车
4.工作噪声特别大
5.“闷车”现象
6.电动机不转
7.步进电动机失步或多步
8.机床运转有抖动
9.步进电动机定位不准
（3）CURR.RED。设定半流功能。半流功能是指电动机带 电静止100 ms后，驱动器输出电流降为额定输出电流的60%，用 来防止电动机发热。当拨码开关CURR.RED设置为“OFF”时， 有半流功能；当设置成“ON”时，无半流功能。
第7章数控机床故障分析维护与调试实例资料ppt课件
经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第7章 数控机床故障分析、维护与调试实例
• 7.1数控车床故障分析实例 • 7.2数控铣床故障分析实例 • 7.3加工中心故障分析实例
2024/3/14
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7.1.5 机械部件故障维修实例
• [例7-15]机械抖动故障维修 • 故障现象：CK6136车床在Z向移动时有明显的
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
引例
数控机床在使用过程中可能的故障有机械故障、电气故障、操作故障、 编程故障。故障的原因是多样的，有的可能是电气元件的质量问题，有 的是装配问题、有的是使用问题。对故障原因进行正确、准确的分析， 并确定合理的解决方案是数控机床的使用者、设计者共同关注的问题。
其余刀位可以正常转动。
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7.1.2主轴系统故障维修实例
• [例7-3] 主轴高速飞车故障维修
• 故障现象：国产CK6140数控车床，采用FANUC 0T数控系统。机床主轴为V57直流调速装置， 当接通电源后，主轴就高速飞车。
第7章 数控机床故障分析、维护与调试实例
• 7.1数控车床故障分析实例 • 7.2数控铣床故障分析实例 • 7.3加工中心故障分析实例
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7.1.5 机械部件故障维修实例
• [例7-15]机械抖动故障维修 • 故障现象：CK6136车床在Z向移动时有明显的
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
引例
数控机床在使用过程中可能的故障有机械故障、电气故障、操作故障、 编程故障。故障的原因是多样的，有的可能是电气元件的质量问题，有 的是装配问题、有的是使用问题。对故障原因进行正确、准确的分析， 并确定合理的解决方案是数控机床的使用者、设计者共同关注的问题。
其余刀位可以正常转动。
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经营者提 供商品 或者服 务有欺 诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
7.1.2主轴系统故障维修实例
• [例7-3] 主轴高速飞车故障维修
• 故障现象：国产CK6140数控车床，采用FANUC 0T数控系统。机床主轴为V57直流调速装置， 当接通电源后，主轴就高速飞车。
数控设备维护与维修(中级)-项目二：电源单元故障诊断与维修
3）机械整体的电源（AC输入）。
各模块断电时序关系
16
电源单元故障排查
电源单元故障排查
总电源电路分析
数控机床总电源电路
17
电源单元故障排查
电源单元故障排查
伺服主电源电路分析
伺服主电源电路
18
电源单元故障排查
电源单元故障排查
电源单元三相交流电输入电路分析
电源单元三相交流电输入电路
19
电源单元故障排查
4)
Hale Waihona Puke (A1) 24V (B1) 24V (A2) 0V (B2) 0V (A3)MIFA (B3)BATL (A4)*ESP (B4)XMIFA
CX4 放大器急停
+24
3
V
2
*ES
1
P
CXA2A 跨接电缆
（3） CX
MCC
3
（1）
13
电源单元故障排查
电源单元上电时序
电源单元电源接口
（A3） （B3） （A1） （B1）
外部三相电接口
CX37 重力轴断电检测 (可有效防止重例轴下落）
需一一对应
R1 S2
3
CX48T
电源监控接口
8
14
电源单元故障排查
电源单元上电时序
数控系统电源接通、电源切断顺序
（1）数控系统电源接通顺序
1）机械整体的电源上电（AC输入）；
2）伺服放大器控制电源上电（DC24V输入 ）；
3）I/O Link i上所连接的从控 I/O设备、分离 型检测器 I/F单元电源（DC24V ）、控制单元 的电源（DC24V ）、分离型检测器（量尺）电 源上电。
各模块上电时序关系
各模块断电时序关系
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电源单元故障排查
电源单元故障排查
总电源电路分析
数控机床总电源电路
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电源单元故障排查
电源单元故障排查
伺服主电源电路分析
伺服主电源电路
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电源单元故障排查
电源单元故障排查
电源单元三相交流电输入电路分析
电源单元三相交流电输入电路
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电源单元故障排查
4)
Hale Waihona Puke (A1) 24V (B1) 24V (A2) 0V (B2) 0V (A3)MIFA (B3)BATL (A4)*ESP (B4)XMIFA
CX4 放大器急停
+24
3
V
2
*ES
1
P
CXA2A 跨接电缆
（3） CX
MCC
3
（1）
13
电源单元故障排查
电源单元上电时序
电源单元电源接口
（A3） （B3） （A1） （B1）
外部三相电接口
CX37 重力轴断电检测 (可有效防止重例轴下落）
需一一对应
R1 S2
3
CX48T
电源监控接口
8
14
电源单元故障排查
电源单元上电时序
数控系统电源接通、电源切断顺序
（1）数控系统电源接通顺序
1）机械整体的电源上电（AC输入）；
2）伺服放大器控制电源上电（DC24V输入 ）；
3）I/O Link i上所连接的从控 I/O设备、分离 型检测器 I/F单元电源（DC24V ）、控制单元 的电源（DC24V ）、分离型检测器（量尺）电 源上电。
各模块上电时序关系
数控机床故障诊断与维护-PPT
2.2.4 机床性能
➢ 主轴性能
手动操作—高、中、低三挡转速连续进行 五次正、反转的起动、停止，检验其动作的 灵活性和可靠性。观察功率变化。
MDI方式—转速由低到高，允差±10%。 观察机床的振动以及2H高速运行温升情况。
主轴准停—五次正、反转的起动、停止， 检验其动作的灵活性和可靠性。
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 进给性能
手动操作—高、中、低速进给和快速移动 的起动、停止、点动的灵活性和可靠性。一 级增量运行方式的误差。
MDI方式—快速移动（G00）和进给（G01) 速度，允差±5%。
软/硬限位—可靠性。
回原点—可靠性。
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 自动换刀功能
手动/自动操作—通过手动和M06T指令自 动运行，检验换刀的可靠性、准确性、灵活 性和平稳性
第二章 数控机床的验收及检测
2.2.2 系统的连接(以FANUC-0I系统为例)
➢ 控制单元主板与I/O LINK
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 控制单元主板与串行主轴及伺服轴的连接
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 控制单元I/O板与显示单元的连接
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 控制单元I/O板与内装I/O卡的连接
刀具交换时间—测定换刀时间是否符合要求
➢ 机床噪声
主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小于 85分贝。
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 润滑装置 检查可靠性、泄露状况、油温、润滑点的 油量分配。
➢ 气、液装置 密封性、可调整性、工作状态
➢ 电气装置 ➢ 数控装置 ➢ 附属装置-冷却、排屑等
第二章 数控机床的验收及检测
第一章 绪论
1.3.2 故障的分类
➢ 主轴性能
手动操作—高、中、低三挡转速连续进行 五次正、反转的起动、停止，检验其动作的 灵活性和可靠性。观察功率变化。
MDI方式—转速由低到高，允差±10%。 观察机床的振动以及2H高速运行温升情况。
主轴准停—五次正、反转的起动、停止， 检验其动作的灵活性和可靠性。
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 进给性能
手动操作—高、中、低速进给和快速移动 的起动、停止、点动的灵活性和可靠性。一 级增量运行方式的误差。
MDI方式—快速移动（G00）和进给（G01) 速度，允差±5%。
软/硬限位—可靠性。
回原点—可靠性。
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 自动换刀功能
手动/自动操作—通过手动和M06T指令自 动运行，检验换刀的可靠性、准确性、灵活 性和平稳性
第二章 数控机床的验收及检测
2.2.2 系统的连接(以FANUC-0I系统为例)
➢ 控制单元主板与I/O LINK
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 控制单元主板与串行主轴及伺服轴的连接
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 控制单元I/O板与显示单元的连接
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 控制单元I/O板与内装I/O卡的连接
刀具交换时间—测定换刀时间是否符合要求
➢ 机床噪声
主轴箱、冷却风扇、液压油泵等噪声小于 85分贝。
第二章 数控机床的验收及检测
➢ 润滑装置 检查可靠性、泄露状况、油温、润滑点的 油量分配。
➢ 气、液装置 密封性、可调整性、工作状态
➢ 电气装置 ➢ 数控装置 ➢ 附属装置-冷却、排屑等
第二章 数控机床的验收及检测
第一章 绪论
1.3.2 故障的分类
伺服系统的故障诊断与维修28页PPT
伺服、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
数控系统急停报警故障的诊断与排除教学课件.
X04 127
X05
资讯——收集信息
急停回路工作原理
所有急停按钮的常闭触点以串联方式，连接到 系统的急停回路中。在正常情况下，急停按钮处于 松开状态，其触点处于常闭状态。按下急停按钮后， 其触点断开，使得系统的急停回路所控制的中间继 电器 KA 断电，而切断移动装置 ( 如进给轴电机、主 轴电机、刀库/架电机等)的动力电源。同时，连接 在 PLC 输入端的中间继电器 KA 的一组常开触点，向 系统发出急停报警，此信号在打开急停按钮时则作 为系统的复位信号。
5 6 7
20
第1
8
HED-21S-3 数 控综 合 实 验台
F
张
1
9
华中数控
10
X轴限位开关2
x轴限位开关2
X轴正极限 100 -SQX-1 X轴参考点 100 -SQX-2 X轴负极限 201 -SQX-3 NC COM COM COM NO X01 201 NO X00 NO NC X04 202
XS20 /4（ESTO P1）
-
KA10
刀架反转
202
+
OT2 ES1 ES3 Y17 Y16 Y15 Y14 Y13 Y12 Y11 Y10 Y07 Y06 Y05 Y04
Y 03 Y 02 Y 01 Y 00
18 6 19 7 20 8 21 9 22 10 23 11 24 12 25 13
急停回路中相关信号说明
序 号 1 信号名 ESTOP 2 信号说明 急停回路端子 所在 接口 接口脚号 4 接口说明 接口型号
XS 8
手持接口
2
3
ESTOPቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3
ESTOP 1
急停回路端子
数控机床伺服驱动系统故障维修培训课件
2021/7/5
4
一、伺服系统概述
❖ 1.2伺服系统组成
数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动 元件（如电机）、机械传动部件、执行元件和检测反 馈装置等组成。
驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统； 机械传动部件和执行元件组成机械传动系统； 检测元件和反馈电路组成检测系统。
2021/7/5
采取措施：更换、维修编码器，检查电缆接线情况及编码器安装是否松 动，特别注意信号线的防干扰措施。
2021/7/5
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2.5主轴伺服系统故障诊断
❖ （5）转速偏离指令值
故障现象：主轴转速超过技术要求所规定的指令值范围
原因分析：
① 电动机负载过大引起转速降低或低速极限值设定太小，造成主轴电机过载。
② CNC系统输出的主轴转速模拟量（通常为0—+-10V）没有达到与转速指令对应的 值。
闭环控制一般采用伺服电动机作为驱动元件，根据位置检测元件所处在数 控机床不同的位置，它可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。
③ 测速装置有故障或速度反馈信号断线。
④ 主轴驱动装置故障，导致速度控制单元错误输出。
检查方法：
（1）空载运转主轴，检测比较实际转速值与指令值，判断故障是否由负载过大引起。
（2）检查速度反馈装置及电缆，调节速度反馈量的大小，使实际主轴转速达到指令值。
（3）检查信号电缆的连接情况，调整有关参数使CNC系统输出的模拟量与转速指令值相
2.5主轴伺服系统故障诊断
当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式： ① CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息； ② 在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障； ③ 主轴工作不正常，但无任何报警信息。
数控机床机械结构的故障诊断及维护PPT学习教案
(3) 滚珠丝杠副的润滑
（4）支承轴承的定期检查
2．滚珠丝杠副的故障诊断
滚珠丝杠副的常见故障诊断及排除方法见表6-3。
第11页/共36页
第6章数控机床机械结构的故障诊断及维护
序号
故障现象
故障原因
排除方法
丝杠支承轴承的压盖压合情况不 好
调整轴承压盖，使其压紧轴承端面
1
滚珠丝杠 副噪声
丝杠支承轴承可能破损 电动机与丝杠联轴器松动
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第6章数控机床机械结构的故障诊断及维护
类型 实用诊 断方法
现代诊 断方法
诊断方法 听、摸、看、
问、嗅 振动监测
噪声谱分析
温度监测
裂纹监测 非破坏性检测
原理及特征
应用
借用简单工具、仪器，如百分表、水准仪、光学仪等检测； 通过人的感官，直接观察形貌、声音、温度、颜色 和气味的变化，根据经验来诊断。
6．4．3 同步齿形带传动副 数控机床进给系统最常用的同步齿形带结构其工作面有梯形齿和圆弧齿两种，其中梯形齿同
步带最为常用。 同步齿形带传动综合了带传动和链传动的优点，运动平稳，吸震好，噪声小。缺点是对中心
距要求高，带和带轮制造工艺复杂，安装要求高。 同步齿形带传动的主要失效形式是皮带的疲劳断裂、带齿剪切，以及同步皮带两侧和带齿的
通过磁性探伤法、超声波法、电阻法、声发射法等观察零 件内部机体的裂纹缺陷。
疲劳裂缝可导致重大事故，测量不 同性质材料的裂纹应采用不 同的方法
使用探伤仪观察内部机体的缺陷，如裂纹等
用于机体内部的缺陷的检测
第3页/共36页
第6章数控机床机械结构的故障诊断及维护
6．3主传动系统与主轴部件的故障诊断及维护
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.1数控机床对主轴驱动系统的要求
5. 要求主轴在正、反向转动时均可进行自 动加减速控制，即要求具有四象限驱动 能力，并且加减速时间短； 6. 为满足加工中心自动换刀以及某些加工 工艺的需要，要求主轴具有高精度的准 停控制； 7. 在车削中心上，还要求主轴具有旋转进 给轴（C轴）的控制功能。
2018/7/6
7
4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护
• 随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能满 足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求： • 1. 调速范围； • 2. 主轴的旋转精度和运动精度 ； • 3. 数控机床主轴的变速是依指令自动进行的，要求 能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传 递环节，简化主轴箱 ； • 4. 要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率， 并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率， 即恒功率范围要宽；
4.1 伺服系统概述
• 数控机床的伺服系统是机床主体和数控装置 （CNC）的联系环节，是数控机床的重要组成部分，是 关键部件，故称伺服系统为数控机床的三大组成部分 之一。伺服系统包括伺服驱动、伺服控制、检测及反 馈等环节，它接受来自数控装置（CNC系统）的指令信 号，经过放大和转换，驱动机床执行件跟随指令脉冲 运动，实现预期的运动，并保证动作的快速和准确。 • 根据应用场合和对控制性能要求的不同，伺服 系统具有多种不同的结构形式。按照系统的构造特点， 大体上可以将其分为四种基本结构类型，即：开环伺 服系统、半闭环伺服系统、全闭环伺服系统和混合闭 环伺服系统。
2018/7/6
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4.2.3主轴伺服系统故障诊断
• 当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形 式：CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；在 主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置 的故障；主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴 伺服系统常见故障有： (1) 过载 (2) 主轴不能转动 (3)主轴转速异常或转速不稳定 (4)主轴振动或噪声太大 (5)主轴加/减速时工作不正常
2018/7/6 6
• 3．全闭环位置伺服系统 • 全闭环位置伺服系统典型构成方法如图4-3所示。它将 位置检测器件直接安装在机床工作台上，从而可以获取工作台 实际位置的精确信息，通过反馈闭环实现高精度的位置控制。 从理论上说，这是一种最理想的位置伺服控制方案。但是，在 实际的数控机床系统中却极少采用全闭环结构方案。 • 4 混合闭环位置伺服系统 • 对有的执行机械（如重型机床工作台），位置伺服系统采 用半闭环结构虽然容易整定，但很难补偿其机械传动部分引起 的位置误差，使位置控制精度不能达到要求的指标；采用全闭 环结构系统又很难整定，系统闭环后因环内多种非线性因素诱 发的振荡很难消除。于是，人们提出系统中同时存在半闭环和 全闭环。如图4-4所示。
2018/7/6
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4.2.2主轴驱动装置的特点
• 为满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴电动机必须 具备下述功能： • ① 输出功率大。 • ② 在整个调速范围内速度稳定，且恒功率范围宽。 • ③ 在断续负载下电动机转速波动小，过载能力强。 • ④ 加速时间短。 • ⑤ 电动机温升低。 • ⑥ 振动、噪声小。 • ⑦ 电动机可靠性高，寿命长，易维护。 • ⑧ 体积小、质量轻。
2
2018/7/6
引例
主轴速度误差过大报警： 主轴速度误差过大报警的检出，是反映实际检测到的主轴电机速度与M03 或M04 中给定的速度指令值相差过大。这个报警也是FANUC 系统常见的 报警之一，主要引起原因是主轴速度反馈装置或外围负载的问题。如下图 所示为主轴电机速度反馈+分离编码器联接结构。请从速度检测角度分析 报警产生的原因及其解决方法。
2018/7/6 12
• • • • •
4.2.3主轴伺服系统故障诊断 • • • • • • (6)外界干扰 (7)主轴速度指令无效 (8)主轴不能进行变速 (9)主轴只能单向运行或主轴转向不正确 (10)螺纹加工出现“乱牙”故障 (11)主轴定位点不稳定或主轴不能定位
2018/7/6 5
• 2．半闭环位置伺服系统 • 与开环位置伺服系统不同，半闭环位置伺服系 统是具有位置检测和反馈的闭环控制系统。它的位置 检测器与伺服电机同轴相连，可通过它直接测出电动 机轴旋转的角位移，进而推知当前执行机械（如机床 工作台）的实际位置。由于位置检测器不是直接装在 执行机械上，位置闭环只能控制到电机轴为止，所以 被称之为半闭环，它只能间接的检知当前的位置信息， 且也难以随时修正、消除因电动机轴后传动链误差引 起的位置误差。数控机床进给驱动最常用的半闭环位 置伺服系统如图4-2所示。
2018/7/6 10
• 1．直流主轴驱动装置 • 直流主轴电动机的结构与永磁式伺服电动 机不同，要求能输出大的功率，所以一般是他 磁式。为缩小体积，改善冷却效果，以免电动 机过热，常采用轴向强迫风冷或采用热管冷却 技术。 • 2．交流主轴驱动装置 • ① 交流异步伺服系统 • ② 交流同步伺服系统
2018/7/6 4
• 1．开环伺服系统 • 开环伺服系统是一种没有位置反馈的位置控制 系统。它的伺服机构按照指令装置发出来的位置移动 指令，驱动机械作相应的运动，但并不对机械的实际 位移量或转角进行检测，从而也无法将其与指令值进 行比较。它的位置控制精度只能靠伺服机构本身的传 动精度来保证。 • 早期简易型的数控机床的进给驱动位置伺服系 统，常采用步进电动机为主要部件的开环位置伺服系 统，结构如图4-1所示。
第4章 伺服数控系统的 故障诊断与维护
2018/7/6
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第4章 伺服数控系统的故障诊断与维护
• • • • • • • • • 4.1 伺服系统概述 4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护 4.3 进给伺服系统的故障分析与维护 4.4 SIEMENS 802D伺服驱动系统 4.5 位置检测系统的故障分析与维护 4.6常用位置检测元件 4.7检测器件的常见故障及维修 4.8检测器件常见故障维修实例分析 4.9检测器件日常维护保养
5. 要求主轴在正、反向转动时均可进行自 动加减速控制，即要求具有四象限驱动 能力，并且加减速时间短； 6. 为满足加工中心自动换刀以及某些加工 工艺的需要，要求主轴具有高精度的准 停控制； 7. 在车削中心上，还要求主轴具有旋转进 给轴（C轴）的控制功能。
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4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护
• 随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能满 足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求： • 1. 调速范围； • 2. 主轴的旋转精度和运动精度 ； • 3. 数控机床主轴的变速是依指令自动进行的，要求 能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传 递环节，简化主轴箱 ； • 4. 要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率， 并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率， 即恒功率范围要宽；
4.1 伺服系统概述
• 数控机床的伺服系统是机床主体和数控装置 （CNC）的联系环节，是数控机床的重要组成部分，是 关键部件，故称伺服系统为数控机床的三大组成部分 之一。伺服系统包括伺服驱动、伺服控制、检测及反 馈等环节，它接受来自数控装置（CNC系统）的指令信 号，经过放大和转换，驱动机床执行件跟随指令脉冲 运动，实现预期的运动，并保证动作的快速和准确。 • 根据应用场合和对控制性能要求的不同，伺服 系统具有多种不同的结构形式。按照系统的构造特点， 大体上可以将其分为四种基本结构类型，即：开环伺 服系统、半闭环伺服系统、全闭环伺服系统和混合闭 环伺服系统。
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4.2.3主轴伺服系统故障诊断
• 当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形 式：CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；在 主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置 的故障；主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴 伺服系统常见故障有： (1) 过载 (2) 主轴不能转动 (3)主轴转速异常或转速不稳定 (4)主轴振动或噪声太大 (5)主轴加/减速时工作不正常
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• 3．全闭环位置伺服系统 • 全闭环位置伺服系统典型构成方法如图4-3所示。它将 位置检测器件直接安装在机床工作台上，从而可以获取工作台 实际位置的精确信息，通过反馈闭环实现高精度的位置控制。 从理论上说，这是一种最理想的位置伺服控制方案。但是，在 实际的数控机床系统中却极少采用全闭环结构方案。 • 4 混合闭环位置伺服系统 • 对有的执行机械（如重型机床工作台），位置伺服系统采 用半闭环结构虽然容易整定，但很难补偿其机械传动部分引起 的位置误差，使位置控制精度不能达到要求的指标；采用全闭 环结构系统又很难整定，系统闭环后因环内多种非线性因素诱 发的振荡很难消除。于是，人们提出系统中同时存在半闭环和 全闭环。如图4-4所示。
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4.2.2主轴驱动装置的特点
• 为满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴电动机必须 具备下述功能： • ① 输出功率大。 • ② 在整个调速范围内速度稳定，且恒功率范围宽。 • ③ 在断续负载下电动机转速波动小，过载能力强。 • ④ 加速时间短。 • ⑤ 电动机温升低。 • ⑥ 振动、噪声小。 • ⑦ 电动机可靠性高，寿命长，易维护。 • ⑧ 体积小、质量轻。
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引例
主轴速度误差过大报警： 主轴速度误差过大报警的检出，是反映实际检测到的主轴电机速度与M03 或M04 中给定的速度指令值相差过大。这个报警也是FANUC 系统常见的 报警之一，主要引起原因是主轴速度反馈装置或外围负载的问题。如下图 所示为主轴电机速度反馈+分离编码器联接结构。请从速度检测角度分析 报警产生的原因及其解决方法。
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4.2.3主轴伺服系统故障诊断 • • • • • • (6)外界干扰 (7)主轴速度指令无效 (8)主轴不能进行变速 (9)主轴只能单向运行或主轴转向不正确 (10)螺纹加工出现“乱牙”故障 (11)主轴定位点不稳定或主轴不能定位
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• 2．半闭环位置伺服系统 • 与开环位置伺服系统不同，半闭环位置伺服系 统是具有位置检测和反馈的闭环控制系统。它的位置 检测器与伺服电机同轴相连，可通过它直接测出电动 机轴旋转的角位移，进而推知当前执行机械（如机床 工作台）的实际位置。由于位置检测器不是直接装在 执行机械上，位置闭环只能控制到电机轴为止，所以 被称之为半闭环，它只能间接的检知当前的位置信息， 且也难以随时修正、消除因电动机轴后传动链误差引 起的位置误差。数控机床进给驱动最常用的半闭环位 置伺服系统如图4-2所示。
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• 1．直流主轴驱动装置 • 直流主轴电动机的结构与永磁式伺服电动 机不同，要求能输出大的功率，所以一般是他 磁式。为缩小体积，改善冷却效果，以免电动 机过热，常采用轴向强迫风冷或采用热管冷却 技术。 • 2．交流主轴驱动装置 • ① 交流异步伺服系统 • ② 交流同步伺服系统
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• 1．开环伺服系统 • 开环伺服系统是一种没有位置反馈的位置控制 系统。它的伺服机构按照指令装置发出来的位置移动 指令，驱动机械作相应的运动，但并不对机械的实际 位移量或转角进行检测，从而也无法将其与指令值进 行比较。它的位置控制精度只能靠伺服机构本身的传 动精度来保证。 • 早期简易型的数控机床的进给驱动位置伺服系 统，常采用步进电动机为主要部件的开环位置伺服系 统，结构如图4-1所示。
第4章 伺服数控系统的 故障诊断与维护
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第4章 伺服数控系统的故障诊断与维护
• • • • • • • • • 4.1 伺服系统概述 4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护 4.3 进给伺服系统的故障分析与维护 4.4 SIEMENS 802D伺服驱动系统 4.5 位置检测系统的故障分析与维护 4.6常用位置检测元件 4.7检测器件的常见故障及维修 4.8检测器件常见故障维修实例分析 4.9检测器件日常维护保养