数控铣床主运动调试与维修资料

1、摘要随着科学技术的发展和数控技术的广泛应用， 在机械制造业中，普通机床逐 渐被高精度、高效率、高自动化的数控机床所替代。数控机床的普及使用以及计算机 辅助设计和制造技术的迅速发展，大幅度地缩短了产品的制造周期，提高了产品的加 工质量，加速了产品的更新换代，提高了产品的市场竞争力，因而数控加工具有广泛 的发展前景和显著的经济效益。数控机床是指装备了数控系统的机床。数控系统是一种控制系统，它能自动阅读 输入载体上按规定格式编写的数字化控制信息； 能自动译解其中的指令进行计算，并 由输出部分向所控制的执行机构发出指令， 从而使机床动作以加工零件。数控机床是 一种高度机电一体化的产品。从数控机床的控制

2、方式上，决定了其加工方式与普通机 床加工方式的不同。数控机床加工的特点是在对零件进行工艺分析后， 把编制好的加 工程序输入数控系统，由数控系统控制机床自动地完成加工。 因此，必须很好的诊断 出系统的故障并且正确合理的维修，以充分发挥数控机床的作用和效率。13目录摘要3第一章：数控机床的故障诊断与维修1.1 数控机床的组成41.2 数控机床故障及故障分类 71.3 数控机床故障诊断与维修基础知识 81.4 数控机床诊断与维修的一般步骤与原则 11第二章：进给伺服系统故障的诊断与维修2.1 进给伺服系统的概述 132.2 常见进给驱动系统介绍 142.3 伺服系统结构形式152.4 进给伺服系统的

3、故障形式及诊断方法 172.5 伺服电动机的维护202.6 进给驱动故障的诊断21第三章.FANUC数控系统故障分析与处理方法253.1系统报警的原因和处理方法 263.3TH 卧式加工中心全（半）闭环的修改 303.4 VMC_1000C 立式加工中心 A轴回零的调整 303.5 FANUC-Oi A关于报警履历的显示31总结32参考文献33第一章数控机床故障诊断与维修基础1.概述数控机床是现代制造业的基础设备。 目前，我国从国外引进了大量的数控系统及 数控机床，同时，我国在数控系统的研究和开发上也做了也多年的研究，开发出了具有自主知识产权的数控系统，并与多家机床生产厂进行了配套，形成了一定

4、的数控机 床产销规模。随着工业化进程的加快，数控机床在制造领域的作用越来越重要。 但是, 数控机床是很复杂的设备，即使只是一般的操作使用人员也必须具备一定的专业知识 而对于那些数控机床维护维修人员，则有相当高的专业技术水平的要求。 所以说我们 很有必要了解并掌握有关数控机床故障诊断与维修的基础知识。1.1.1数控机床的组成输入输出设备输入输出设备主要实现程序编制、 程序和数据的输入以及显示、存储和打印。这 一部分的硬件配置视需要而定，功能简单的机床可能只配有键盘和发光二极管（LED显示器；功能普通的机床则可能加上纸带阅读机和纸带穿孔机、磁带和磁盘读入器。 人机对话编程操作键盘和视频信号显示器

5、（CRT/LTD；功能较高的可能还包括一套自 动编程机或计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM系统。数控装置数控装置是数控机床的核心。它接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息 的要求完成数值计算。逻辑判断和输入输出控制等功能。数控装置通常是指一台专用 计算机或者通用计算机与输入输出接口板以及机床控制器（可编程序控制器）等所组成的控制装置。机床控制器的主要作用是实现对机床辅助功能M主轴转速功能S和换刀功能T的控制。数控装置的主要功能有以下几点：a. 多坐标控制（多轴联动）。b. 插补功能（如直线、圆弧和其他曲线插补）。c. 程序输入、编辑和修改功能（人机对话、手动数据输入、上位机通信

6、输入）。d. 故障自诊断功能。由于数控系统是一个十分复杂的系统，为使系统故障停机时间减 至最少，数控装置中设有各种诊断软件，对系统运动情况进行监视，及时发现故障， 并在故障出现后迅速查明故障类型和部位，发出报警，把故障源隔离到最小范围。e. 补偿功能。补偿包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿 等。f. 信息转换功能。主要包括 EIA/JSO代码转换、英制/米制转换、坐标转换、绝对侧 增量值转换等。g. 多种加工方式的选择。可以实现多种加工方式循环、重复加工，凸凹模加工和镜像 加工等。h. 辅助功能。辅助功能也称M功能，用来规定主轴的启停和转向、冷却液的接通和断 开。刀具的

7、更换等。i. 显示功能。用CRT或 LTD显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障源以及图 形等。j. 通信和联网功能。伺服系统伺服系统是接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件（如主轴驱 动、进给驱动）。它包括伺服控制电路。功率放大电路和伺服电机等。伺服电机常用 的是步进电动机。电液马达、直流伺服电动机和交流伺服电动机。一股来说，数控机 床的伺服驱动，要求有好的决速响应性能，能灵敏而准确地跟踪由数控装置发出的指 令信号。测量反馈装置该装置由测量部件和响应的测量电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。没有测量反馈装置的系统称为开环控制系统。机床本

8、体机床本体是数控机床的主体，用于完成各种切削加工的机械部分，包括床身、立 柱、主轴、进给机构等机械部件。机床是被控制对象，其运动的位移和速度以及各种 开关量是被控制的。数控机床采用高性能的主轴及进给驱动装置， 其机械传动结构得 到了简化。辅助装置 为了保证数控机床功能的充分发挥，还有一些配套部件（如冷却、排屑、防护、润滑、 照明、储运等一系装置）和辅助装置（编程机和对刀仪等）。1.1.2数控机床的分类：数控机床大致上可以分为两大类。一类按伺服系统的控制特点可以分为开环控制 数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床；另一类按控制系统的特点可以分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓

9、控制数控机床。 下面让我们分别以图形和文字为例来逐一介绍一下各个类型的数控机床: 开环控制：CNC_插补脉冲就率F f 与脉冲个数= 打换坪图1-3开环控制数控机床功率冲形配换 脉环分变图1-4半闭环控制数控机床半闭环控制:闭环控制:蚀餐控制单兀实际位:輕度控制单兀也:電控制I机械执行削件速度控枪测垢辰图1-5闭环控制数控机床点位控制：点位控制就是保证单点在空间的位置，而不保证点到点之间的路径轨迹和精度的 控制。这种控制主要用于数控冲床、数控钻床、数控点焊设备中；还可以用在数控坐标镗铣床上。点位直线控制：直线控制就是不仅要保证点的位置精度，而且要保证点与点之间的走直线精度。 在数控镗铣床上使用

10、这种控制方法，可以在一次装夹箱式零件中对其平面和台阶完成 铣削，然后再进行钻孔、健孔加工。这样可以大大提高生产率。轮廓控制：轮廓控制是对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制。它不仅能保证各点的位置精度，而且还要控制加工过程中各点的位移速度，也就是刀具移动的轨迹。要保证尺 寸精度，还要保证形状精度。在运动过程中，同时要向两个坐标轴分配脉冲，使它们 走出所要求的形状来，这叫插补运算。它是一种软仿形，而不是靠模仿形。所以大大 缩短了生产准备时间，更重要的是这种软仿形的精度要比硬仿形的高很多倍。1.2数控机床故障及故障分类定义：系统故障诊断技术，就是在系统运行中或基本不拆卸的情况下， 即可掌握系统现 行

11、状态的信息，查明产生故障的部位和原因或预知系统的异常和故障的动向， 采取必 要的措施和对策的技术，诊断的目的就是要确定故障的原因和部位， 以便维修人员或 者操作人员尽快地进行故障的修复。图1-6故障的分类主机故障：数控机床的主机是指除电气控制部分外的机床部分，如机械、液压、气动、润滑、 冷却等部分。常见的主机故障有自动刀具交换装置（ ATC故障、自动工件交换装置 （APC故障、液压系统故障、气动管道堵塞、润滑系统供油中断和冷却液渗漏等。电气部分故障：电气部分包括强电和弱电两个部分，弱电部分主要由数字控制装置（CNC和可编程序控制器（PLQ组成。常见的故障有硬件故障，如开关元件、接插件、显示器、

12、运行器、存储器等发生 的故障；软件故障，如程序出嗜、参数出嗜和运算出嗜等造成的故障。1.3数控机床故障诊断与维修基础知识概述数控机床的故障诊断与维修是一项技术含量高、专业性很强的工作，即使那些己 经掌握了数控机床使用的技术人员，很多时候对数控机床出现的故障也是束手无策 的。所以，在最新制定的数控行业职业技能等级鉴定标准中，将数控机床故障诊断与维修作为一个相对比较高的标准，要求数控高级技师必须具备一定的故障诊断与维 修能力。1.3.1数控机床故障诊断与维修基础知识实现数控机床故障诊断与维修基础知识必须具备的三个条件了解和掌握各种测试和维修工具的使用包括测试仪器仪表（万用表，逻辑测试笔，示波器，P

13、LC编程器，离线IC测试仪，在线IC测试仪，短路追踪仪，逻辑分析仪，激光干涉仪），维修工具（电烙铁， 吸锡器，螺丝刀，钳类工具，扳手），化学用品（松香，纯酒精等），必要的备件。 万用表：数控设备的维修涉及弱电和强电领域，最好配备指针式和数字式万用表各一个。 指针式万用表除用于测量强电回路之外，还用于判断二极管、三极管、可控硅、电解 电容等元器件的好坏，测量集成电路引脚的静态电阻值。数字式万用表可用来正确测 量电压、电流、电阻值，还可以测量三极管的放大倍数和电容值。它还有一个蜂鸣器 档测量电路的通断判断印刷电路的走向。逻辑测试笔：可测试电路是处于高电平还是低电平， 或者是不高不低的浮空电平，判断

14、脉冲的 极性是正脉冲还是负脉冲，输出的脉冲是连续的还是单个的脉冲， 还可以大概估计脉 冲的占空比和频事范围。在选择逻辑测试笔时应该注意，一是它的频带要宽，二是它 的耐压要高。示波器：示波器主要用于模拟电路的测量， 它可以显示频率相位、电压幅值，双频示波器 可以比较信号相位关系，可以测量测速发电机的输出信号，调整光栅编码器的前置信 号处理电路，进行CRTS示器电路的维修。数控系统修理通常先用频带宽度为 10HA100MHZE围内的双通道示波器，它不 仅可以测量电平、脉冲上下沿、脉宽、周期、频率等参数 ，还可以进行两信号的相位 和电平幅度的比较常用来观察主开关电源的振荡波形，直流电源或测速发电机输

15、出 的纹波,何服系统的超调、振荡波形；检查、调整纸带阅读机的光电放大器的输出波 形，还可以检查CRT电路垂直、水平振荡和扫描波形、视放电路的视频信号等。普通示波器可以观测周期性连续变化的电信号，但用它观测时间短促的脉冲信 号，进行相位比较和图案检查则有困难。因此，需要根据观测对象正确选择示波器类型和型号。对于逻辑示波器，应根据具体测试对象选择以下几个主要特性：通道数、丫通道频域和时域晌应、扫描速度。PLC编程器：不少数控系统的PLC控制器必须使用专用的编程器才能对其进行编程、调试、 监控和检查。这类编程器型号不少，这些编程器可以对PLC程序进行编辑和修改，监视输入和输出状态及定时器、移位寄存器

16、的变化值。在运行状态下修改定时器和计数器的设置值， 可强制内部输出，对定时器、计数 器和移位寄存器进行置位和复位等。带有图形功能的编程器还可以显示 PLC梯形图。 离线IC测试仪：这类测试仪可离线快速测试集成电路的好坏， 数控系统进行片级维修时，它是必 要的工具。它按测试的常用中、小、大规模的数字芯片和模拟芯片分类。 国内常用的有河洛 公司的PRUFER万艺-20型手持式常用芯片测试仪。在线IC测试仪：这是一种使用通用微型计算机技术的新型数字集成电路在线测试仪器，它的主要特点在于能够对焊接在电路板上的芯片直接进行功能、状态和外特性测试，确认其逻 辑功能是否失效。它所针对的是每个器件的型号以及该

17、型号器件应该具备的全部逻辑 功能而不管该器件应用在何种电路中，因此它可以检查各种电路板，而且无需图纸 资料或了解其工作原理，为缺乏图纸而使维修工作无从下手的数控维修人员提供了一 种有效手段，目前在国内应用日益广泛。短路追踪仪：短路追踪仪是专门测试印制电路板上或元器件内部短路故障的电子仪器，它可以快速地查找印制电路板上的任何短路，如多层板短路、总线短路、电源对地短路、芯 片内部短路、元器件管脚短路以及电解电容内部短路、非完全短路等故障“在CRT显 示器的故障测试中，经常会遇到电路中某元器件击穿短路、某线路桥接短路、印制板 上短路等现象。要想在线用万用表测出哪一个元器件或哪条线路短路困难很大。而且

18、对于变压器局部绕组发生的轻微短路故障， 用一般万用表更是无能为力。对于这些清 况，用短路追踪仪则能方便、迅速地找出短路点。逻辑分析仪：逻辑分析仪是专门用于测量和显示多路数字信号的测试仪器“通常分8个、16个、64个通道，即可以同时显示8个、16个或64个逻辑方波信号。它和显示连 续波形的通用示波器不同，逻辑分析仪显示各被测点的逻辑电平， 二进制编码或存储 器的内容。通过仿真头它可仿真多种常用的系统， 从而进行数据、地址或状态值的预 置、跟踪检查。维修时，它可用于检查数字电路的逻辑关系是否正常，时序电路的各点信号的时序是否正确，信号传输中是否存在竟争、毛刺和干扰。通过测试软件的支持，对电路 板输

19、入给定的数据，同时跟踪测试它的输出信息，显示和记录瞬间产生的错误信号， 找出故障所在。激光干涉仪：激光干涉仪可对机床、三测机及各种定位装置进行高精度的（位置和几何）精度 校正。具体说来，它可完成按标准测量各项参数，如线形位置精度、重复定位精度、 角度、直线度、垂直度、平行度及平面度等。它还具有若干为机床制造厂和用户所欢 迎的选择功能，如自动螺距误差补偿、机床动态特性测量与评估、回转坐标分度精度 标定、触发脉冲输刀输出功能等。有必要的维修备件和维修技术资料：电烙铁电烙铁是最常用的焊接工具，焊IC芯片用3OW左右的即可，常采用尖头的长寿 命的烙铁头，使用恒温式更好。使用时电焰铁接地线非常重要，否则

20、一亘电焰铁漏电 就有可能击穿多个芯片。吸锡器将多个引出脚的IC芯片从电路板上焊下来，长用的方法是采用吸锡器，目前有 手动和电动两种，手动的价格比较便宜，但是效果不好，电动吸锡器点电热丝和吸锡 泵，使用时对准焊点，待锡熔化后按动吸锡泵将锡抽净。螺丝刀常用的螺丝刀是大、中、小尺寸的平口和十字口的各一套。 在拆下某些数控零部 件需要专用螺丝刀，如拆下SIEMEN何服模块需用头部为六角形的螺丝刀。钳类工具常用的钳类工具是平头钳、尖嘴钳、斜口钳和剥线钳。扳手常用的有大小活络扳 手、各种尺寸的内六角扳手。其他其他工具还有剪刀、镊子、刷子、吹尘器、演洗盘、带鳄鱼钳连接线。维修人员必须具备一定的素质：一、专业

21、知识面要宽二、有较强的动手能力和实验技能三、能阅读英文技术文献必要的备件：对于数控系统的维修，备件是一个必不可少的物质条件。如果没有备件可以调换， 根多故障我们是无法诊断的，更谈不上维修了。采用备件来替换我们认为可能出现故障的元部件。 将有助于我们迅速找出故障原 因并找到排除故障的方法。但是，由于备件的价格普遍比较昂贵，基于成本控制方面 的原因，我们又不可能保存大量的备件，因此，数控系统的备件配置应该根据实际清 况，通常一些易损的电气元器件，如各种规格的熔断器、保险丝、开关、电刷，还有 易出故障的大功率模块和印刷电路板等，均是应当配备的。1.3.2数控机床故障诊断与维修的必备资料一、设备的安装

22、调试资料二、设备的使用操作资料三、维修保养资料数控系统生产厂提供的有关资料，主要有数控系统维修手册、诊断手册、参数手 册、固定循环手册、何服放大器、何服电机的参数手册和维护调整手册以及一些特殊 功能的说明书、数控系统的安装使用手册等。设备的电气图纸资料，如设备的电气原理图，电气接线图，电器元件位置图，可 编程控制器部分的梯形图或语句表， 输入输出点的定义表，梯形图中的计时器、计数 器、保持继电器的定义及详细说明，所用的各种电器的规格、型号、数量、生产厂家 等明细表。机械维修资料，主要有设备结构图、运动部件的装配图、关键件、易耗件的零件 图，零件明细表等。气动部分的维修调整资料，主要有气动原理图

23、、气动管路图、气 动元件明细表，有关过滤、调压、油化雾化三点组合的调整资料，使用的雾化油牌号 等。有关液压系统的维修调整资料，包括液压系统原理图、液压元件安装位置图、液 压管路图，液压元件明细表，液压马达的调整资料，液压油的标号及检验更换周期资 料，液压系统清理方法及周期等。润滑系统维修保养资料，数控设备一般采用自动润滑单元，设备生产厂应提供的 资料有润滑单元管路图、元件明细表、管道及分配器的安装位置图、润滑点位置图、 所用润滑油的标号、润滑周期及润滑时间的调整方法等。冷却部分的维修保养资料，数控设备冷却部分有切削液循环系统、电器柜空调冷 却器、有关精密部件的恒温装置等，这些部分的主要资料是安

24、装调整维修说明书。有关安全生产的资料，如安全警示图、保护接地图、设备安全事项、操作安全事 项等。设备使用过程中的维修保养资料，如维修记录、周期保养记录、设备定期调试记 录等。133对诊断与维修人员的素质要求一、专业知识面要宽从事数控设备故障诊断与维修的技术人员必须掌握或了解计算机原理电子技术、 电工原理、自动控制与电机拖动、检测技术、机械传动及机加工工艺方面的基础知识。 既要灌电、又要灌机。电包括强电和弱电；机包括机、液、气。同时，还必须经过了 数控技术方面的培训，掌握数字控制、何服驱动和 PLC控制的工作原理，会数控编 程和PLC编程。二、有较强的动手能力和实验技能进行数控机床的故障诊断与维

25、修， 必须理论联系实际，诊断与维修人员必须能结 合实际的故障现象，通过实际动手来检查、判断、测试来定位故障源，找出排除故障 的方法，并采用一定的维修方法，最终使数控机床的故障排除。在这个过程中，要求 诊断与维修人员能熟练运用各种检测仪器、仪表和维修工具。三、能阅读英文技术文献目前,我国应用的数控系统,大多数是从国外进口的，如FANUC,SIEMENS数控产 品.随着这些产品的技术手册大多数也是英文的，而且数控系统的操作面板、CRT显示、数控系统的报警等，几乎都是英文提示，所以要想成为一个合格的故障诊断与维 修人员，必须能读懂这些专业英语文献。1.4数控机床诊断与维修的一般步骤与原则故障诊断与维

26、修的一般步骤故障现场，掌握充分的故障信息分析故障原因，确定检查的方法与步骤故障的检测和排除故障现场，掌握充分的故障信息：数控机床一旦发生了故障，切忌盲目处理，特别是在故障现象和故障发生经过不 清楚的情况下，重新给数控系统上电，开动机床。首先，应该详细询问现场操作人员 故障发生的经过，故障发生过程中的一些故障现象，故障发生时机床正在做什么样的 操作等，然后现场查看机床当前的状况，确认通电不会对数控系统或机床造成损坏或 带来危险的前提下，可以上电进一步观察。发生时是否存在报警信息？如果有，报警 信息的内容是什么？报警信息包括 CNC系统的报警号信息和机床上的一些报警指示灯的信息。如果没有报警，系统

27、处于 何种工作状态？故障发生在那个程序段？执行何种指令？故障发生前进行了何种操 作？故障发生在何种速度下？轴处于什么位置？与指令值的误差量有多大？以前是 否发生过类似故障？现场有无异常现象？故障是否重复发生 ？ 分析故障原因，确定检查的方法和步骤：在调查故障现象，掌握第一手材料的基础上分析故障的起因。 故障分析可采用归 纳法和演绎法。1. 归纳法是从故障原因出发摸索其功能联系。 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。2. 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 现象出发，根据故障机理，列出多种可能产生

28、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。充分调查现场掌握第一手材料的基础上，把故障问题正确地列出来。俗话说，能 够把问题说演楚，就己经解决了问题的一半。要思路开阔，无论是数控系统、强电部分、还是机械、液、气等，要将有可能引 起故障的原因以及每一种可能解决的方法全部列出来，进行综合、判断和筛选。在对故障进行深入分析的基础上，预测故障原因并拟定检查的内容、步骤和方法。 故障的检测和排除：在检测故障的过程中，应充分利用数控系统的自诊断功能，如系统的开机诊断、 运行诊断、PLC的监控功能。根据需要随时检测有关部分的工作状态和接口信息。 同时还应灵活应用数控系统故障

29、检查的一些行之有效的方法，如交换法、隔离法等。 故障诊断与维修的基本原则a.先外部，后内部b.先机械，后电气c.先静后动d.先公用，后专用e.先简单，后复杂f.先一般，后特殊先外部后内部：数控机床是机械、液压、电气一体化的机床，故其故障的发生必然要从机械、液 压、电气这三者综合反映出来。数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原 则，即当数控机床发生故障后，维修人员应先采用望、闻、问等方法，由外向内逐一 进行检查。比如在数控机床中，外部的行程开关、按钮开关、液压气动元件以及印刷 线路板插座、边缘接插件与外部或相互之间的连接部位， 因其接触不良造成信号传递 失灵，是产生数控机床故障的主要因素

30、。先机械后电气：由于数控机床是一种自动化程度高、技术复杂的先进机械加工设备。一般来讲， 机械故障较易察觉而数控系统故障的诊断则难度要大些。先机械后电气解释在数控 机床的检修中，首先检查机械部分是否正常，行程开关是否灵活，气动、液压部分是 否存在阻塞现象等等。从我们的经验来看，数控机床的故障中有很大部分是由机械动 作失灵引起的。所以，在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可以达到 事半功倍的效果。先静后动：维修人员本身要做到先静后动， 不可盲目动手，首先，应询问机床操作人员故障 发生的原因和过程及状态，阅读机床说明书、图纸资料后，方可动手查找处理故障。 其次，对有故障的机床也要本着先静后

31、动的原则， 先在机床断电的静止状态，通过观 察测试、分析、确认为非恶性循环性故障，或非破坏性故障后，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。然而对恶性的破坏性故障。 必须先行处理排除危险后，方可进入通电，在运行工况下进行动态诊断。先公用后专用：公用性的问题往往影响全局，而专用性的问题只影响局部。如机床的几个进给轴 都不能运动，这时应该先检查和排除各轴公用的 CNC PLC、电源、液压等公用部分 的故障；然后再设法排除某轴的局部问题，又如电网或主电源故障是全局性的，因此 一般应首先解决影响一大片的主要矛盾，局部的、次要的矛盾才有可能迎刃而解。先简单后复杂：当出现多种

32、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。常常在解决简单故障的过程中，难度大的问题也有可能变得容易， 或者在排除简易故障时受到启发，对复杂故障的认识更为清晰，从而也有了解决办法。 先一般后特殊：在排除某一故障时，要先考虑最常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原 因。第二章进给伺服系统故障的诊断与维修2.1进给伺服系统的概述进给伺服系统由各坐标轴的进给驱动装置。 位置检测装置及机床进给传动链等组 成，进给伺服系统的任务就是要完成各坐标油的位置控制。数控系统根据输入的程序指令及数据，经插补运算后得到位置控制指令，同时，位置检测装置将实际位置检测 信号反馈于

33、数控系统，构成全闭环或半闭环的位置控制。 经位置比较后，数控系统输 出速度控制指令至各坐标轴的驱动装置， 经速度控制单元驱动伺服电动机带动滚珠丝 杠传动进行进给运动。伺服电动机上的测速装置将电动机转速信号与速度制指令比较，构成速度环控 制。因此，进给伺服系统实际上是外环为位置环，内环为速度环的控制系统。对进给 伺服系统的维护及故障诊断将落实到位置环和速度环上。组成这两个环的具体装置 有：用于位置检测的光栅。光电编码器。感应同步器。旋转变压器和磁栅等；用于转 速检测的测速发电机或光电编码器等。进给驱动系统由直流或交流驱动装置及直流和 交流伺服电动机组成。2.2常见进给驱动系统介绍驱动系统直流进给

34、驱动系统交流进给驱动系统步进驱FANUC公司直流进给驱动系统SIEMENS直流进给 驱动系统SIEMENS交流进给 驱动系统HFANUC公司交流进给驱动系统动系统图2-1常见的进给驱动系统FANUC公司直流进给驱动系统：1980年开始，FANUC公司陆续推出了小惯量L系列，中惯量M系列和大惯量H 系列的直流伺服电动机。中、小惯量伺服电动机采用PWM速度控制单元，大惯量伺服电动机采用晶闸管速度控制单元。驱动装置具有多种保护功能，如过速、过电流、 过电压和过载等。SIEMENS公司直流进给驱动系统SIEMENS公司在20世纪70年代中期推出了 IHU系列永磁式直流伺服电动机，规 格有IHU504

35、IHU305、IHU307和IHU313。与伺服电动机配套的速度控制单元有 6RA20 和6RA26两个系列，前者采用晶闸管PWMI制，后者采用晶闸管控制。驱动系统除了 各种保护功能外，另具有热效应监控等功能。FANUC公司交流进给驱动系统FANUC公司在20世纪80年代中期推出了晶体管PWMI制的交流驱动单元和永 磁式三相交流同步电动机，电动机有 S系列、L系列、SP系列和T系列。驱动装置 有a系列交流驱动单元等。SIEMENS公司交流进给驱动系统1983年以来，SIEMENS司推出了交流驱动系统，由 6SC610系列进给驱动装置 和6SC611A系列进给驱动模块。IFT5和IFT6系列永磁

36、式交流同步电动机组成。驱动 采用晶闸管PW控制技术，带有热效应监控等功能。另外，SIEMENS司还有用于数字伺服系统的SIMODRIVE 611系列进给驱动模块。A-B公司交流进给驱动系统A-B公司的交流驱动系统有1391系统交流驱动单元和1326型交流伺服电机，另外还有1391-DES系列数字式交流驱动单元。相应的伺服电机有1391-DES151391-DES22 1391-DES45 这三种规格。2.3伺服系统结构形式J V 11I JIMW W KIII |_W LVI _1USJIA制32)34 l_r： g JdLfejat 土Cr轴图2-2伺服系统结构形式数控系统位置控制模块上 X

37、1 41端口的25针插座为伺服输出口，输出0 士 10V的模拟信号及使能信号至进给驱动模块上56、14速度控制信号接线端子和65、9使能信号接线端子；位控模块上的 X111、X121和X131端口的15针插 座为位置检测信号输入口，由1FT5伺服电动机上的光电脉冲编码器检测获得；速度反馈信号由1FT5伺服电动机上的三相交流测速发电机检测反馈至驱动模块X311插座中。斑話耳捋(O. i 枯 m匚匚匸匚 bhl KM FiZ再円HU雄錯V崩紂h图2-3伺服系统结构形式伺服电动机上的编码器既作为转速检测， 又作为位置检测，位置处理和速度处理均在 数控系统中完成。伺服电动机上的脉冲编码器将检测信号直接

38、反馈到数控系统，经位置处理和速度处理，输出速度控制信号。速度反馈信号及使能信号至驱动单元。图2-4伺服系统结构形式三伺服电动机上的编码器同样作为速度和位置检测，检测信号经伺服驱动单元一方面作 为速度控制；另一方面输出至数控系统进行位置控制， 驱动装置具有通用性。数控系 统输出速度控制模拟信号和使能信号至驱动单元 CN1 B插座中的1、2针脚和5、8 针脚，伺服电动机上的编码器将检测信号反馈至 CN2插座中，一方面用于速度控制； 另一方面再通过CN1A插座输出至数控系统中的位置检测输入口， 在数控系统中完成 位置控制。2)椎禺tb)MR-J2进給乘统图2-5伺服系统结构形式四数字式伺服系统，三菱

39、MELDA5系列数控系统和MDS-SVJ2伺服驱动单元构成的 数字式伺服系统。数控系统伺服输出口与驱动单元上的 CN1A端口实行串行通信，通 信信息经CN1E端口再输出至第二轴驱动单元上的 CN1A端口。伺服电动机上的编码器 将检测信号直接反馈至驱动单元上的 CN2端口中，在驱动单元中完成位置控制和速度 抑制。2.4进给伺服系统的故障形式及诊断方法 故障形式:故障形式厂过载爬行V振动伺服电动机不、转位置误差票移回参考点故障jj图2-6进给伺服系统常见的故障形式超程当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬限位时，就会发生超程报警，一般会在CRT上显示报警内容，根据数控系统说明书，即可

40、排除故障，解除 报警。过载当进给运动的负载过大、频繁正、反向运动以及进给传动链润滑状态不良时， 均 会引起过载报警。一股会在CRT上显示伺服电机过载、过热或过流等报警信息。同时， 在强电柜中的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信息。 窜动在进给时出现窜动现象，有如下原因： 测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。 速度控制信号不稳定或受到干扰。 接线端子接触不良，加螺钉松动等。当窜动发生在由正向运动向反向运动的瞬间，一般是由于进给传动链的反向间隙 或伺服系统增益过大所致。爬行发生在启动加速段或低速进给时，一般是由于进给传动链的润滑状态不良。伺服 系统增益过低

41、及外加负载过大等因索所致。 尤其要注意的是，伺服电动机和滚珠丝杠 连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷， 如裂纹等，造成滚珠丝杠转动 和伺服电动机的转动不同步，从而使进给运动忽快忽馒，产生爬行 振动现象。分析机床振动周期是否与进给速度有关。 如与进给速度有关，振动一股与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关。 若与进给速度无关，振动一股与位置环增益太高或位置反馈故障有关。 如振动在加减速过程中产生，往往是系统加减速时间设定过小造成的。 伺服电动机不转数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外，还有使能控制信号，一般为 DC+24V继电器线圈电压。检查数控系统是否有速度控制信号输出。检查

42、使能信号是 否接通。通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC梯形图，以确定进给轴的启动条件， 如润滑、冷却等是否满足。对带电磁制动的伺服电动机，应检查电磁制动是否释放。 位置误差当伺服轴运动超过位量允差范围时， 数控系统就会产生位置误差过大的报警， 包 括跟随误差、轮廊误差和定位误差等。主要原因为：系统设定的允差范围过小；伺服 系统增益设置不当；位置检测装置有污染；进给传动链累积误差过大；主轴箱垂直运 动时平衡装置不稳。漂移当指令值为零时，坐标轴仍移动，从而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单元 上的零速调整来消除。回参考点故障在全数字式的数控系统中，由于数控系统与伺服系统的通信联系， 伺服系统

43、的状 态可通过数控系统的CRT来监控。伺服监控参数含义名称含义位宣环壇益位移呈实际位宣与指令位宣的埃差伺月艮电动机实际转速电源伺服电动机哲停期闻的电源呈:大1电流1电动机的驱动电源勺电流极限偵电动机电流阳苴的垠大偵实际员载占撷定负载的比價再生回路用于监控再生电阻的如载状态驱动装宣显示显示驱动裝宣匕了段发光一根勞的状态报警显示郭动装宣以外的报警故障定位的方法有两种:77图2-7模块交换法系统简图（怕诊断流程图图2-8外接参考电压法首先断开闭环控制模块上X331-56速度给定输入正端和X331-14速度给定值输入 负端外加由9V干电池和电位器组成的直流回路；再短接该模块上X331 一 9使能电压+

44、 24v和X331 一 65使能信号两接点。接通机床电源，启动数控系统，再短接电源 和监控模块上X141 一 63脉冲使能和X141 一 9使能电压+ 24V两接点，X141 一 64 驱动使能和X141 一 9使能电压+ 24V。2.5伺服电动机的维护图2-9直流伺服电动机对直流电动机的电刷进行定期检查，检查步骤： 在数控系统处于断电状态且电动机己经完全冷却的清况下进行检查。 取下橡胶刷帽，用螺钉旋具刀拧下刷盖取出电刷。 测量电刷长度，如小于某给定值必须更换同型号的新电刷。 仔细检查电刷弧形接触面是否有深沟或裂痕，以及电刷弹簧上有无打火痕迹。 用不含金属粉末及水分的压缩 空气导入装电刷的刷握

45、孔，吹净粘在刷孔璧上的电 刷粉末。 重新装上电刷，拧紧刷盖。交流电动机的维护：常见故障： 接线故障。由于接线不当，在使用一段时间后就可能出现一些故障，主要为插座脱焊，端子接线松开引起接触不良。 转子位置检测装置故障。当霍尔开关或光电脉冲编码器发生故障时，会引起电动机 失控，进给有振动。 电磁制动故障。带电磁制动的伺服电动机，当电磁制动器出现故障时，会出现得电 不松开，失电不制动的现象。故障判断方法： 用万用表或电桥测量电枢绕组的直流电阻， 检查是否断路，并用兆欧表查绝缘是否 良好。 将电动机与机械装置分离，用手转动电动机转子，正常情况下感觉有阻力，转一个 角度后手放开，转子有返回现象；如果用手

46、转动转子时能连续转几圈并自由停下， 该 电动机己损坏；如果用手转不动或转动后无返回，电动机机械部分可能有故障。452细构阿1絹 c J卅F碎早的1心户联卑图2-10IFT5系列交流伺服电动机例如配备SIEMENS IFT5系列交流伺服电动机的数控机床，当机床坐标轴快速移 动时，有紧急制动现象，并伴有很大的响声。IFT5系列交流伺服电动机采用霍尔开 关组件和磁性感应盘进行转子位置检测。在排除机床机械装置可能产生的故障因素 后，将电动机拆开进行检查，发现固定感应盘的螺钉有松动，这样使触发信号不正常， 引起电动机换向失灵，造成电动机故障。配备三菱HA系列交流伺服电动机的数控机床，工作时出现振动，并伴

47、有伺服报 警。该电动机采用光电脉冲编码器作为位置检测装置。在排除机床机械装置可能产生的故障因素后，拆开电动机检查光码盘，发现光码盘上枯有尘粒，从而造成脉冲丢失 引起机床报警。在检查交流伺服电动机时，对采用编码器控制换向的，如原连接部分无定位标记 的，编码器不能随便拆离，不然会使相位嗜位；对采用霍尔元件核向的应注意开关的 出线顺序。平时，不应敲击电动机上安装位置检测装置的部位。另外，伺服电动机一 般在定子中埋设热敏电阻，当出现过热报警时，应检查热敏电阻是否正常。2.6进给驱动故障的诊断驱动装置的结构有以下两种：图2-11Fi欣痂三夂沁jg斗+& SMQ tAt K JZTOKr 忙kfi-j J

48、J14 m xUj*L事吕敢 右-J-. .5Z W rtfSJ-IKH.Z3ZnJJD_ 一 一 CT 1ST II ZS.士 cr MC7* a mu FKji f-d JJbUVr *J-图2-12单元式结构直流PWM口晶闸管驱动方式：PWM调速是利用脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进行控制。将速度控制信 号转换成一定频卒的方波电压，加到直流伺服电动机的电枢两端，通过对方波宽度的 控制，改变电枢两端的平均电压，从而达到控制电枢电流，进而控制伺服电动机转速 的目的。RP2、RP9为零漂调整，RP3为速度给定调整，RP4为速度反馈系数调整，RP5 为速度增益调整,RP6为电流反馈系数调整，

49、RP8为电流给定调整，场效应晶体管V 处于开关工作状态。当电动机正常工作时,复位信号RST为低电平,场效应晶体管处于 关断状态,PI调节器正常工作；当停机或出现故障时,RST为高电平，场效应晶体管处 于饱和导通状态，将PI调节器的RC网络短接，而只能工作在比例状态。场效应晶体 管的饱和内阻很小，故比例放大倍数很小，输出电压很低，使PW啲脉宽减小，电枢电压大大降低。楓園I杵电邂1件功榊哺:交硫伺服电动机O O 氏 LED1O O W TLED2O O &讥、TT宦莎佻斗(a)图2-14交流进给驱动6SC610交流进给系统：TG为IFT5伺服电动机上的三相交流测速发电机，RLG为 霍尔式转子位置检

50、测器。测试孔 X为转速实际值，R为转速给定值，W为电流实 际值，T为电流给定值，MS为士 24 V和士 15V的参考值，NZ为转速辅助给定值 发光二极管LED1不用，LED2为速度调节器，200ms监控有效时亮，LED3为I2t监 控有效时亮，LED4为电动机过热监控有效时亮。步进电动机驱动:A1和A3是KT400_T数控系统上分别用于X轴和Z轴步进电动机脉冲输出连接插 座，CW和CW为正转和正转非信号，DIR和DIR为方向和方向非信号，FRAMED屏蔽 接地。CN1为KT300步进驱动器脉冲输入连接插座。进给驱动常见故障：1. 伺服使能查阅机床I/O接口信息，确认使能条件是否满足；+24V是

51、否能够加到使能端。2. 伺服电动机低速时速度不稳定，负载惯量大及电机振动检查驱动装置增益设置情况。3. 欠电压电源电压太低；电源容量不足；整流器件损坏。4. 过电压电源电压过高；内装或者外接的再生制动电阻接线端开或破损；加减速时间过小，在减速过程中引起过电压。5. 过电流驱动装置输出U、V、W之间短路；伺服电动 机过载；功率开关晶体管损坏；加速过快。6. 伺服电动机过热伺服电动机的环境温度超过了给定值；伺服电动机过载；编码器内的热保护器故障。7. 过载负载过大；加减速时间设定过小；负载有冲击现象；编码器故障。8. 编码器错误编码器电缆破损或短路，引起编码器与驱动装置之间的通信错误。步进电动机驱

52、动常见故障驱动器故障：1. 故障现象：电动机尖叫后不转。故障原因：输入脉冲频率过高引起堵转；输入脉冲的突跳频率太高；输入脉冲的升速 曲线不够理想引起堵转。排除方法：降低输入脉冲频率；降低输入脉冲的突跳频率；调整输入脉冲的升速曲线。2. 故障现象：电动机选装时噪声很大。故障原因：电动机低频选装时，有进二进一现象，电动机告诉上不去。 排除方法：检查相序数控系统故障：1. 故障现象：步进电机失步。故障原因：升降频曲线设置不合适，或速度设置过高。 排除方法：修改升降频曲线降低速度。2. 故障现象：显示时有时无或抖动。故障原因：通常是由于干扰造成，检查系统接线是否良好，是否使用屏蔽线。 排除方法：正确接

53、线。例如某立式加工中心，备配DANUC系统及a系列伺服驱动单元。故障时，CRT显 示414号报警。同时伺服驱动单元报警显示号码 9。查阅机床技术资料可知：414号 报警为X轴的伺服系统有错误，当错误的信息输出至DGN72时，伺服系统报警。根据报警显示内容，用机床自诊断功能检查机床参数DGN NO72上的信息，发现第4位为1。正常清况下，该位应为0,现该位由0变1,则为异常电流报警，同时a系 列伺服驱动单元报警显示号码 9,表示伺服轴过电流报警。检查伺服驱动单元晶体管 模块，用万用表测得电源输入端阻抗只有 6远低于正常值的10，因而诊断伺服驱动 单元晶体管模块损坏。例如一台配有FANUCFFS-

54、11M系统的加工中心，产量SV023和SV009报警。SV023 报警表示伺服电动机过载。产生的原因是： 电动机负载太大。 速度控制单元的热继电器设定嗜误，如热继电器设定位小于电动机额定电流。 伺服变压器热敏开关不良，如变压器表面温度低于60时，热敏开关动作，说明此开关不良。 再生反馈能量过大，如电动机的加减速频率过高或垂直轴平衡调整不良。 速度控制单元印制线路板上设定错误。SV009报警表示移动时误差过大，产生的原因是： 数控系统位置偏差量设定错误。 伺服系统超调。 电源电压太低。 位置控制部分或速度控制单元不良。 电机输出功率太小或负载太大等。第三章数控机床故障分析与处理方法当系统电源打开

55、后，如果电源正常，数控系统则会进入系统版本号显示画面 （如下图 所示），系统开始进行初始化。如果系统出现硬件故障，显示屏上会出现 900 973 号报警提示用户。下面介绍出现系统报警时的原因和处理方法。2.1900号报警（ROMt偶校验错误）此报警表示发生了 ROM奇偶错误。要点分析：系统中的FROM在系统初始化过程中都要进行奇偶校验。当校验出错时， 则发生FROM奇偶性报警，并指出不良的FROMt件。原因和处理：主板上的FRO M&SRAM块或者主板不良。2.2910911报警（DRAMJ偶校验错误）此报警是DRAM动态RAM的奇偶错误。要点分析：在FANUC 0 i数控系统中，DRAM勺数

56、据在读写过程中，具有奇偶校验检 查电路，一旦出现写入的数据和读出的数据不符时， 则会发生奇偶校验报警。ALM910 和ALM911分别提示低字节和高字节的报警。原因和处理：应考虑主板上安装的 DRAW良。更换主板。2.3912913报警（SRAM奇偶校验错误）此报警是SRAM静态RAM的奇偶错误。要点分析：与DRAMH样，SRAM中的数据在读写过程中，也具有奇偶校验检查电路， 一旦出现写入的数据和读出的数据不符时，则会发生奇偶校验报警。ALM912和 ALM913 分别提示低字节和高字节的报警。原因和处理：（1）SRAh中存储的数据不良。若每次接通电源，马上就发生报警，将电源关断，全 清存储器（全清的操作方法是同时按住MDI面板上的RESET和