数控机床进给系统的故障诊断与维修.
森玛德数控：数控机床维修方法之故障记录及检查诊断
森玛德数控：数控机床维修方法之故障记录及检查诊断本文就数控机床发生故障后的一些操作步骤和维修方法的操作规范做一个阐述，通过阐述了数控机床的维修方法的操作规范，使其具有可利用性、可持续发展性，为规范数控维修行业奠定良好的基础。
数控机床发生故障时，对于操作人员应首先停止机床，保护现场，并对故障进行尽可能详细的记录，并及时通知维修人员。
1、故障发生时的情况记录1.1 发生故障的机床型号，采用的控制系统型号，系统的软件版本号。
1.2 故障的现象，发生故障的部位，以及发生故障时机床与控制系统的现象。
1.3 发生故障时系统所处的操作方式。
1.4 若故障在自动方式下发生，则应记录发生故障时的加工程序号，出现故障的程序段号，加工时采用的刀具号等。
1.5 若发生加工精度超差或轮廓误差过大等故障，应记录被加工工件号，并保留不合格工件。
1.6 在发生故障时，若系统有报警显示，则记录系统的报警显示情况与报警号。
2、故障发生的频繁程度记录2.1 故障发生的时例与周期。
2.2 故障发生时的环境情况。
2.3 若为加工零件时发生的故障，则应记录加工同类工件时发生故障的概率情况。
2.4 检查故障是否与“进给速度”、“换刀方式”或是“螺纹切削”等特殊动作有关。
2.5 故障的规律性记录。
2.6 故障时的外界条件记录。
3、故障检查3.1 机床的工作状况检查。
3.2 机床运转情况检查。
3.3 机床和系统之间连接情况检查。
3.4 CNC装置的外观检查。
4、故障诊断故障诊断是进行数控机床维修的第二步，故障诊断是否到位，直接影响着排除故障的快慢，同时也起到预防故障的发生与扩大的作用。
首先维修人员应遵循以下两条原则:①充分调查故障现场。
这是维修人员取得维修第一手材料的一个重要手段。
②认真分析故障的原因。
分析故障时，维修人员不应局限于CNC部分，而是要对机床强电、机械、液压、气动等方面都作详细的检查，并进行综合判断，达到确珍和最终排除故障的目的。
数控机床的故障诊断与维修总结
学号：中州大学《机电设备故障诊断与维修技术》数控机床的故障诊断与维修总结专业：机械制造与自动化姓名：班级：机制一班指导教师：评定成绩：完成日期：2012 年 12 月 10 日目录前言 (3)一、数控机床 (4)1、数控机床的特点及加工 (4)2、数控机床使用中应注意的事项 (4)二、数控机床故障的特点与类型 (5)1、数控机床故障特点 (5)2、数控机床故障类型 (5)三、数控机床故障诊断方法 (5)四、数控机床故障维修步骤与方法 (6)1、数控机床故障维修步骤 (6)2、数控机床故障维修方法 (7)五、心得体会 (7)六、参考文献 (8)前言随着科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。
数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。
数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。
它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。
数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。
因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。
但由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。
通过洛拖的实习，见到了各种先进的数控设备,仔细观察了工人师傅的操作及其维护修理过程,参考一些资料，了解到一些数控机床的故障诊断和维修方法，做一点总结，为以后的工作奠定一定的基础，让自己在机械行业能更快更好的发展。
一、数控机床1、数控机床的特点及加工数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。
《数控机床故障诊断及维修》教学设计
《数控机床故障诊断与维修》教学设计目录第一部分课程设计 (1)一、学习领域描述 (1)二、学习目标设计 (4)（一）学习对象分析 (4)（二）学习目标设计 (4)三、课程内容设计 (7)（一）学习内容结构设计 (7)（二）学习情境（或“项目、教学单元”）内容与要求设计 (8)四、课程教学策略设计 (13)五、课程教学进度设计 (19)六、课程学业评价考核设计 (22)七、课程实施条件设计 (22)第二部分课程教学单元设计 (23)学习情境一：维修前技术准备 (23)学习情境二：数控系统黑屏故障维修 (27)学习情境三：数控机床机床一直急停故障维修 (31)学习情境四：数控机床回零故障维修 (35)学习情境五：数控机床主轴运行故障维修 (39)学习情境六：数控机床进给轴不动故障维修 (43)学习情境七：数控车床刀架不转位故障维修 (47)学习情境八：数控车床换刀不成功故障维修 (51)第一部分课程设计一、学习领域描述工作任务描述通过社会调研，企业所需数控设备应用与维护人才岗位(群)分为以下几个部分：数控设备的操作人员、数控设备的装调人员、数控设备的维护人员、数控机床故障的排除人员以及其他工作岗位。
针对不同的岗位群，这些核心岗位群对应的职业能力有：数控机床的操作、维护；数控机床的安装、检测、验收；数控机床的常见故障诊断与排除；普通设备的数控化改造。
根据专业核心能力，数控机床的日常维护；数控机床的安装、调试与检测；数控机床的故障诊断与排除构成了本课程的核心培养目标。
按照从岗位分析→确定典型工作任务→明确能力目标→归纳学习领域→设计与实施学习情境的思路进行课程开发。
用咨询、计划、决策、实施、检查和评估六步法进行课程设计。
咨询：到学生就业多的企业调研（2-3个），与企业专家、现场工程师、维修技师和维修工人一起座谈，确定典型工作任务。
计划：根据典型工作任务设计教学情境，遵循由浅入深，螺旋上升的原则。
决策：由专业指导委员会对计划进行评估，提出修改意见。
数控机床故障诊断与维修报告实习文档
④纸带的连接处正常否？
⑤纸带上的孔有无破损？
⑥这条纸带是否用过？
⑦使用的是黑色纸带还是其它颜色的纸带？
五．故障检查方法
１．直观法
这是一种最基本的方法。维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真察看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。
（1）故障的表现
①系统发生故障的工作方式
工作方式有：Tape（纸带方式）、MDI（手动数据输入方式）、MEMORY（存储器方式）、EDIT（编辑）、HANDLE（手轮）、JOG（点动）方式。
②MDI/DPL（手动数据输入/显示）。
③系统状态显示有时系统发生故障时却没有报警，此时需要通过诊断画面观察系统所处的状态。
②将该程序段的编程值与系统内的实际数值进行比较，确认两者是否有差异。
③本系统以前是否发生过同样故障？
（4）外界状况
①环境温度。
②周围的振动源。
③系统的安装位置检查，出故障时是否受到阳光的直射等。
④切削液、润滑油是否飞溅到了系统柜、系统柜里是否进水，受到水的浸渍（如暖气漏水）等。
⑤输入电压调查，输入电源是否有波动、电压值等。
5）定期检查和更换直流电机电刷。
6）经常监视CNC装置用的电网电压。
7）存储器用电池的定期更换。
8）CNC系统长期不用时的维护。
9）备用印刷线路板的维护。对于已购置的备用印刷线路板应定期装到CNC装置上通电运行一段时间，以防损坏。
10）做好维修前期的准备工作：
①技术准备：维修人员应在平时充分了解系统的性能。
三．伺服系统的诊断方法
《数控机床故障诊断与维修》试卷3答案.doc
《数控机床故障诊断与维修》期末试卷3答案一、填空题《每空仁5分，共15分》1 •存储器、外围逻辑电路2.NC键盘区、机床控制面板区3.机械运动4.热继电器5•步进电机驱动系统、直流电机驱动系统6•插补精度、伺服精度二、选择题《每空仁5分，共15分》题号12345答案G G G B B 题号678910答案B B C D A三、判断题（每空1分，共5分）2.X3.X四、简答题《每空8分，共48分》「答：1）开环控制没有反馈装置，一般采用步进电机作为控制 元件，其控制稳定性好，但精度较低。
2）半闭环控制具有反反馈装置，但其不包括机械传动的所有环 节，精度较高，稳定性较好，性价比较好。
3）闭环控制具有反反馈装置，包括机械传动的所有环节，精度很 高，但因为传动环节包含了许多的非线性因素，稳定性不太好, 价格较高。
译码T 刀具补偿T 进给速度处理T插补运算T位置控制的顺序来完成的。
根据控制系统LED （发光二极管）或数码管的指示进行故障诊3）根据PLC 状态或梯形图进行故障诊断4） 根据机床参数进行故障诊断5） 换板法4•答：1）通过CNC 报警，直接找到故障原因 2）故障有报警显示，但不反映真实原因 3）故障没有任何提示。
答：加工程序的处理过程是按照输入T3.答：1）根据报警好进行故障诊断2) 2.对后两种情况，要利用数控系统自诊断功能结合PLC的梯形图和输入/输出状态信息来分析。
5.答：自诊断功能法直观检查法功能程序法PLC程序法隔离法换件诊断法参数检查法6•答：数控机床的控制可分为二大部分：一部分是坐标轴运动的位置控制；另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。
在讨论PLC、CNC和机床各机械部件、机床辅助装置、强电线路之间的关系时，常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”（即机床侧）两大部分。
“NC 侧"包括CNC系统的硬件和软件、以及与CNC系统连接的外部设备。
“MT侧”包括机床机械部分及其液压' 气压、冷却' 润滑、排屑等辅助装置，机床操作面板，继电器线路，机床强电线路等。
数控机床常见故障诊断及排除方法
数控机床常见故障诊断及排除方法不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的发展，在故障诊断上有它的共性。
1、数控机床故障诊断原则在故障诊断时应掌握以下原则：（1）先外部后内部数控机床是集机械、液压、电气和光学为一体的机床，故其故障的发生也会由这四者综合反映出来。
维修人员应先由外向内逐一进行排查。
尽量避免随意地启封、拆卸机床，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。
（2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。
在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。
（3）先静后动先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。
在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。
而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。
（4）先简单后复杂当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。
往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。
2、数控机床的故障诊断技术数控系统是高技术密集型产品，要想迅速而正确的查明原因并确定其故障的部位，要借助于诊断技术。
随着微处理器的不断发展。
诊断技术也由简单的诊断朝着多功能的高级诊断或智能化方向发展。
诊断能力的强弱也是评价CNC数控系统性能的一项重要指标。
目前所使用的各种CNC系统的诊断技术大致可分为以下几类：1. 启动诊断（Start Up Diagnostics）启动诊断是指CNC系统每次从通电开始，系统内部诊断程序就自动执行诊断。
诊断的内容为系统中最关键的硬件和系统控制软件，如CPU、存储器、I/O等单元模块，以及MDI/CRT单元、纸带阅读机、软盘单元等装置或外部设备。
只有当全部项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常运行的准备状态。
否则，将在CRT画面或发光二极管用报警方式指示故障信息。
此时启动诊断过程不能结束，系统无法投入运行。
数控机床的故障诊疗和维修技术课件
纳法和演绎法。归纳法是从故障原因出发寻找其功能联系，调查原因对结果的影响， 即根据可能产生该故障的原因分析，看其最后是否与故障现象相符来确定故障点。演 绎法是从所发生的故障现象出发，对故障原因进行分割式的分析方法。即从故障现象 开始，根据故障机理，列出可能产生该故障的原因；然后对这些原因逐点进行分析， 排除不正确的原因，最后确定故障点。
第六章 数控机床的故障诊断及维修技术
T数控机床的故障检测
5.2.1 与PLC有关的故障的特点
5.2.2 与PLC有关故障检测的思路和方法
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
第六章 数控机床的故障诊断及维修技术
TIANJIN 中德培训中心
按故障发生时有无破坏性来分，可分为破坏性故障和非破坏性故障； 按故障发生的部位分，可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴 系统故障，刀架、刀库、工作台故障等。
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第六章 数控机床的故障诊断及维修技术
第一节 概述
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第六章 数控机床的故障诊断及维修技术
第一节 概述
5.1.4 故障的诊断方法
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1．观察检查法：它指检查机床的硬件的外观，特性连接等直观及易测的 部分，检查软件的参数数据等。
2．PLC程序法：借助PLC程序分析机床故障，这要求维修人员必须掌握 数控机床的PLC程序的基本指令和功能指令及接口信号的含义。
3．接口信号法：要求维修人员掌握数控系统的接口信号含义及功能， PLC和NC信号交换的知识。
浅谈数控机床的故障诊断与维护维修技术
浅谈数控机床的故障诊断与维护维修技术Ⅰ、数控机床的认知数控机床(Numerically controlled Machine Too1)采用了计算机数控(computerized Numerical contro1)系统，是集高、精、尖技术于一体，集机、电、光、液于一身的高技术产物，也称为计算机数控机床或CNC机床。
数控机床综合应用了计算机、自动控制、精密测量、现代机械制造和数据通信等多种技术，是机械加工领域中典型的机电一体化设备，数控机床的操作和监控全部在数控单元中完成，它是数控机床的大脑。
数控机床的特点是对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；可靠性高。
由于它适于多品种，中小批量的复杂零件的加工，所以其在各个行业受到广泛欢迎，在使用方面，也是越来越受到重视。
但由于它是集强、弱电于一体，数字技术控制机械制造的一体化设备，一旦系统的某些部分出现故障，就势必使机床停机，影响生产，所以如何正确维护设备和出现故障时能及时抢修就是保障生产正常进行的关键。
Ⅱ、数控机床的发展趋势当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈，以下是关于个性化发展的几大趋势：①复合化数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。
数控机床故障诊断的七种方法
数控机床故障诊断的七种方法数控机床是涉及多个应用学科的非常简单的系统，加之数控系统和机床本身的种类繁多，功能各异，不行能找出一种适合全部数控机床、全部类型故障的通用诊断方法。
这里我们仅对一些常用的一般性方法加以介绍，这些方法相互联系，在实际的故障诊断中，对这些方法要综合运用。
1．自诊断功能法现代的数控系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自诊断功能。
能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状况。
一旦发觉特别，马上在CRT上显示报警信息或用发光二极管指示出故障的大致起因。
利用自诊断功能，也能显示出系统与主机之间接口信号的状态，从而推断出故障发生在机械部分还是数控系统部分。
这个方法是当前修理工作最有效的方法之一。
2．功能程序测试法所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特别功能，如直线定位、圆弧插补、螺旋切削、固定循环、用户宏程序等用手工编程或自动编程方法，编制成一个功能测试程序，输入到数控系统中，然后启动数控系统使之运行，借以检查机床执行这些功能的精确性和牢靠性，进而推断出故障发生的可能缘由。
本方法对于长期闲置的数控机床第一次开机时的检查以及机床加工造成废品但又无报警的状况下，一时难以确定是编程错误还是操作错误，或者是机床故障的缘由，这是一个较好的推断方法。
3．隔离法隔离法是将某些掌握回路断开，从而达到缩小查找故障区域的目的。
例：某加工中心，在JOG方式下，进给平稳，但自动则不正常。
首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障照旧，说明NC系统没有问题。
进一步检查是Y轴夹紧装置出了故障。
4．局部升温法CNC系统经过长期运行后元器件均要老化，性能会变差。
当它们尚未完全损坏时，消失的故障会变得时有时无。
这时可用热吹风机或电烙铁等来局部升温被怀疑的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。
当然，采纳此法时，肯定要留意元器件的温度参数，不要将原来是好的器件烤坏。
数控机床常见故障诊断及维修
或 断则 难度 较 大些 。在 故 障检修 之前 ， 先注 意排 除机 械性 速度 控制 单元 方面 的故 障 引起 的 ， 是主控 制 印刷 线路板 首 内与位 置控 制 或伺 服信 号有 关部 分 的故 障。 的故 障 ， 往 可达到 事半 功倍 的效 果。 往 ２ 数 控 机床 常见故 障分 析 ②检测出错报警 指检测元件（ 测速发电机、 旋转变压 或检 测信 号 方面 引起 的故 障。 根 据 数控 机 床 的构 成 ， 工作 原 理和 特 点 ， 常见 的故 器 或脉 冲编码器 ） 将
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第1页 第4章 数控机床进给系统的故障诊断与维修 进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，直接影响了加工工件的精度。对它做好良好的维护与维修，是数控机床的关键。本章主要内容： ——对数控机床进给驱动系统作一半的介绍； ——介绍步进驱动系统的原理和主要特性作简单介绍后，列出了步进驱动系统的主要故障及排除，并列出相应维修实例。 ——简介了进给伺服驱动系统，列出了进给伺服驱动系统的主要报警及处理、主要故障及排除，并列出了维修实例。
4.1 进给驱动系统概述
进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，决定了数控机床的档次，因此，在数控技术发展的历程中，进给驱动系统的研制和发展总是放在首要的位置。 数控系统所发出的控制指令，是通过进给驱动系统来驱动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运动的。数控机床的进给驱动系统是一种位置随动与定位系统，它的作用是快速、准确地执行由数控系统发出的运动命令，精确地控制机床进给传动链的坐标运动。它的性能决定了数控机床的许多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度等。
4.1.1 数控机床对进给驱动系统的要求 1. 调速范围要宽 调速范围rn是指进给电动机提供的最低转速nmin和最高转速nmax之比，即：rn=nmin/nmax。 在各种数控机床中，由于加工用刀具、被加工材料、主轴转速以及零件加工工艺要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求进给驱动系统必须具有足够宽的无级调速范围（通常大于1∶10000）。尤其在低速（如<0.1r/min）时，要仍能平滑运动而无爬行现象。 脉冲当量为1μm/P情况下，最先进的数控机床的进给速度从0~240m/min连续可调。但对于一般的数控机床，要求进给驱动系统在0~24m/min进给速度下工作就足够了。
2. 定位精度要高 使用数控机床主要是为了：保证加工质量的稳定性、一致性，减少废品率；解决复杂曲面零件的加工问题；解决复杂零件的加工精度问题，缩短制造周期等。数控机床是按预定的程序自动进行加工的，避免了操作者的人为误差，但是，它不可能应付事先没有预料到的情况。就是说，数控机床不能像普通机床那样，可随时用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响。因此，要求进给驱动系统具有较好的静态特性和较高的刚度，从而达到较高的定位精第2页 CNC 步进 驱动器 机床 工作台 步进
电动机
指令 电源
图4-1 开环控制的进给驱动系统 传动
机构
度，以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差（目前进给伺服系统的分辨率可达1μm或0.1μm，甚至0.01μm）；同时进给驱动系统还要具有较好的动态性能，以保证机床具有较高的轮廓跟随精度。
3. 快速响应，无超调 为了提高生产率和保证加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。一方面，在启、制动时，要求加、减加速度足够大，以缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。一般电动机的速度从零变到最高转速，或从最高转速降至零的时间在200ms以内，甚至小于几十毫秒。这就要求进给系统要快速响应，但又不能超调，否则将形成过切，影响加工质量；另一方面，当负载突变时，要求速度的恢复时间也要短，且不能有振荡，这样才能得到光滑的加工表面。 要求进给电动机必须具有较小的转动惯量和大的制动转矩，尽可能小的机电时间常数和起动电压。电动机具有4000r/s2以上的加速度。
4. 低速大转矩，过载能力强 数控机床要求进给驱动系统有非常宽的调速范围，例如在加工曲线和曲面时，拐角位置某轴的速度会逐渐降至零。这就要求进给驱动系统在低速时保持恒力矩输出，无爬行现象，并且具有长时间内较强的过载能力，和频繁的起动、反转、制动能力。一般，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4~6倍而不损坏。
5. 可靠性高 数控机床，特别是自动生产线上的设备要求具有长时间连续稳定工作的能力，同时数控机床的维护、维修也较复杂，因此，要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力，具有很强的抗干扰的能力。
4.1.2 进给驱动系统的基本形式 进给驱动系统分为开环和闭环控制两种控制方式，根据控制方式，我们把进给驱动系统分为步进驱动系统和进给伺服驱动系统。开环控制与闭环控制的主要区别为是否采用了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。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。 1. 开环数控系统 无位置反馈装置的控制方式就称为开环控制，采用开环控制作为进给驱动系统，则称开环数控系统。一般使用步进驱动系统（包括电液脉冲马达）作为伺服执行元件。所以也叫步进驱动系统。在开环控制系统中，数控装置输出的脉冲，经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理，在驱动电路中进行功率放大后控制步进电动机，最终控制步进电动机的角位移。步进电动机再经过减速装置（一般为同步带，或直接连接）带动丝杠旋转，通过丝杠将角位移转换为移动部件的直线位移。因此，控制步进电动机的转角与转速，就可以间接控制移动部件的移动，俗称位移量。图4-1为开环控制伺服驱动系统的结构框图。 第3页
采用开环控制系统的数控机床结构简单，制造成本较低，但是由于系统对移动部件的实际位移量不进行检测，因此无法通过反馈自动进行误差检测和校正。另外，步进电动机的步距角误差、齿轮与丝杠等部件的传动误差，最终都将影响被加工零件的精度。特别是在负载转矩超过输出转矩时，将导致的“丢步”，使加工出错。因此，开环控制仅适用于加工精度要求不高，负载较轻且变化不大的简易、经济型数控机床上。 2. 半闭环数控系统 图4-2所示为半闭环数控系统的进给控制框图。半闭环位置检测方式一般将位置检测元件安装在电动机的轴上（通常已由电动机生产厂家安装好），用以精确控制电动机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动机构，将角度转换成工作台的直线位移，如果滚珠丝杠的精度足够高，间隙小，精度要求一般可以得到满足。而且传动链上有规律的误差（如间隙及螺距误差）可以由数控装置加以补偿，因而可进一步提高精度，因此在精度要求适中的中、小型数控机床上半闭环控制得到了广泛的应用。
图4-2：半闭环数控系统进给控制框图 半闭环方式的优点是它的闭环环路短（不包括传动机械），因而系统容易达到较高的位置增益，不发生振荡现象。它的快速性也好，动态精度高，传动机构的非线性因素对系统的影响小。但如果传动机构的误差过大或误差不稳定，则数控系统难以补偿。例如由传动机构的扭曲变形所引起的弹性变形，因其与负载力矩有关，故无法补偿。由制造与安装所引起的重复定位误差，以及由于环境温度与丝杠温度的变化所引起的丝杠螺矩误差也不能补偿。因此要进一步提高精度，只有采用全闭环控制方式。 3. 全闭环数控系统 图4-3所示为全闭环数控系统进给控制框图。全闭环方式直接从机床的移动部件上获取位置的实际移动值，因此其检测精度不受机械传动精度的影响。但不能认为全闭环方式可以降低对传动机构的要求。因闭环环路包括了机械传动机构，它的闭环动态特性不仅与传动部件的刚性、惯性有关，而且还取决于阻尼、油的粘度、滑动面摩擦系数等因素。这些因素对动态特性的影响在不同条件下还会发生变化，这给位置闭环控制的调整和稳定带来了困难，导致调整闭环环路时必须要降低位置增益，从而对跟随误差与轮廓加工误差产生了不利影响。所以采用全闭环方式时必须增大机床的刚性，改善滑动面的摩擦特性，减小传动间隙，这样才有可能提高位置增益。全闭环方式广泛应用在精度要求较高的大型数控机床上。
位置控制调节器速度控制
调节与驱动
检测与反馈单元
位置控制单元速度控制单元++--
电机机械执行部件
实际位置反馈
实际速
度反馈第4页 CNC 进给 驱动器 机床 工作台 伺服 电动机
指令
电源
图4-4 混合闭环控制的进给驱动系统 位置反馈 速度/位 置反馈 位置
反馈 位置 反馈
传动 机构
由于全闭环控制系统的工作特点，它对机械结构以及传动系统的要求比半闭环更高，传动系统的刚度、间隙、导轨的爬行等各种非线性因素将直接影响系统的稳定性，严重时甚至产生振荡。 解决以上问题的最佳途经是采用直线电动机作为驱动系统的执行器件。采用直线电动机驱动，可以完全取消传动系统中将旋转运动变为直线运动的环节，大大简化机械传动系统的结构，实现了所谓的“零传动”。它从根本上消除了传动环节对精度、刚度、快速性、稳定性的影响，故可以获得比传统进给驱动系统更高的定位精度、快进速度和加速度
图4-3：全闭环数控系统进给控制框图 4. 混合式闭环控制 图4-4所示为混合闭环控制。混合闭环方式采用半闭环与全闭环结合的方式。它利用半闭环所能达到的高位置增益，从而获得了较高的速度与良好的动态特性。它又利用全闭环补偿半闭环无法修正的传动误差，从而提高了系统的精度。混合闭环方式适用于重型、超重型数控机床，因为这些机床的移动部件很重，设计时提高刚性较困难。
4.2 步进驱动系统常见故障及排除
步进驱动系统简单来说，包括有步进电动机和步进驱动器。 4.2.1 步进电动机原理简介及分类 1. 步进电动机原理简介
步进电动机流行于70年代，该系统结构简单、控制容易、维修方面，且控制为全数字化；是一种能将数字脉冲转化成一个步距角增量的电磁执行元件；能很方便地将电脉冲转换为角位移，具有较好的定位精度，无漂移和无积累定位误差的优点，能跟踪一定频率范围的脉冲列，可作同步电动机使用。随
位置控制调节调节与驱动
CNC
实际位实际速器速度控制
检测与反馈单元
位置控制单元速度控制单元++--
电机机械执行部件插补指令
置反馈度反馈