机床过载报警的故障维修故障现象中国工控网中国自动化企

1机床过载报警的故障维修故障现象：某配套FANUC-0M系统的数控立式加工中心，在加工中经常出现过载报警，报警号为434，表现形式为Z轴电动机电流过大，电动机发热，停上40min左右报警消失，接着再工作一阵，又出现同类报警。分析及处理过程：经检查电气伺服系统无故障，估计是负载过重带不动造成。为了区分是电气故障还是机械故障，将Z轴电动机拆下与机械脱开，再运行时该故障不再出现。由此确认为机械丝杠或运动部位过紧造成。调整Z轴丝杠防松螺母后，效果不明显，后来又调整Z轴导轨镶条，机床负载明显减轻，该故障消除、软件数控〔SoftCNC〕可以认为是开放式数控的高级阶段，它不仅强调核心控制策略的用户开放性，对智能控制也有充分的考虑；而且更加注重标准化核集成性，兼容数控领域主要标准的同时，更加向计算机技术靠拢。系统的主要功能部件均表现为应用软件的形式，而硬件局部仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡、CD-ROM和相应的驱动程序一样。用户可以在Windows平台上，利用开放的CNC内核开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。这种实现形式上的变革使得系统可以更方便、更广泛地应用计算机技术得先进成果，大幅度提升数控系统得控制性能，简化系统实现难度，缩短研发周期；大大增强了系统得伸缩性和可扩展性。血最近堂看到参不少滴人提稠出控零制卡赢与伺薯服电况机连读接时桑的基闪本问剂题，矩这些质显然张都是苏应该末由控挑制卡臂的技滔术支语持人捕员来始解答攻的。伍下面拼是我充给我灾的客治户写悼的?哲控制孟卡以征速度汤方式盟控制峰伺服谊电机芬的一芬般步拔骤?新，为倡了避相免广贡告的麦效果亮，尽饮量不抛涉及馆卡的摧具体匙型号悼，而般且控狂制卡虎的品恐牌型中号不缺同，辽具体句的接劲线和感指令煌也不托同，酱甚至纳某些慕功能搭，不桌一定少每种尘控制趋卡都迅支持债，大旬家参塑考吧曲。阔运动手控制封卡连侮接伺震服电争机的好一般痰步骤傻1、逼初始翼化参忠数际在接项线之伙前，森先初招始化警参数轧。叨在控容制卡邀上：欢选好散控制腰方式尼；将手PI宾D参丧数清榆零；馆让控尼制卡邻上电暂时默巾认使径能信碍号关霸闭；状将此卵状态壶保存论，确者保控而制卡叼再次慈上电拥时即糕为此桶状态俩。岸在伺慕服电歉机上浊：设婶置控表制方搁式；驻设置骄使能龟由外扇部控潮制；驶编码氏器信控号输悲出的谁齿轮捆比；耳设置臂控制胆信号谎与电兰机转底速的醋比例泥关系种。一液般来制说，呈建议翼使伺境服工令作中誓的最宽大设鄙计转葬速对院应9牲V的炮控制厕电压裹。比驱如，巾松下扰是设熊置1贝V电乓压对项应的跃转速文，出急厂值洋为5瞧00梢，如夫果你厦只准梨备让叫电机吧在1粥00纠0转败以下雷工作况，那跟么，誓将这皆个参巡数设共置为俭11停1腿2、森接线剖将控柿制卡狭断电搁，连智接控身制卡娃与伺蜡服之陷间的肾信号废线。吊以下弱的线劫是必农须要济接的犬：控碗制卡滔的模我拟量戚输出件线、笛使能味信号赶线、嘴伺服骨输出偷的编泊码器权信号喘线。佩复查塔接线际没有惕错误够后，蔬电机兼和控窝制卡境〔以询及P勺C〕山上电知。此编时电膨机应锅该不贫动，警而且巷可以摊用外匀力轻追松转处动，悉如果饱不是忙这样树，检该查使涛能信冰号的醒设置遮与接域线。您用外男力转场动电虽机，造检查汗控制霜卡是筹否可酷以正炊确检贤测到刷电机院位置塞的变筝化，燥否那么舰检查请编码菠器信事号的稍接线帝和设息置芒3、苗试方隶向蝶对于胶一个诉闭环西控制封系统街，如惯果反倘馈信扁号的链方向霜不正牢确，洋后果秘肯定巨是灾陡难性魄的。允通过漠控制摩卡打述开伺眯服的其使能授信号旁。这六是伺轧服应曾该以士一个愿较低妖的速旨度转湿动，品这就亡是传同说中挽的顺“鸡零漂告〞朴。一肌般控酒制卡稀上都旗会有犬抑制储零漂徒的指坛令或哪参数闹。使茄用这惧个指畜令或其参数燕，看葛电机鄙的转脆速和淡方向龙是否罩可以暂通过阳这个值指令颗〔参押数〕果控制还。如盯果不冈能控其制，京检查烧模拟牺量接谁线及通控制让方式怠的参犹数设蛙置。屿确认圈给出紫正数纠，电蝇机正甩转，朱编码渡器计吼数增服加；敌给出装负数雀，电慎机反率转转割，编披码器酿计数香减小尿。如倒果电搂机带蝇有负系载，度行程秀有限屡，不喊要采血用这壳种方行式。峡测试药不要某给过邀大的俱电压胳，建美议在洋1V怪以下俱。如餐果方么向不血一致纸，可隙以修涛改控科制卡泊或电渣机上煌的参条数，币使其脱一致串。热4、剩抑制缎零漂免在闭绝环控许制过砍程中翅，零惑漂的虑存在抵会对康控制嫁效果揭有一正定的浙影响世，最挥好将止其抑拆制住乔。使拜用控深制卡戚或伺朋服上狠抑制称零飘利的参旦数，爸仔细侨调整俘，使汤电机宫的转缩速趋净近于台零。艺由于捕零漂邮本身味也有份一定港的随播机性咱，所吧以，贪不必搭要求诵电机彼转速咱绝对品为零太。妥5、塞建立结闭环蚀控制熄再次恋通过猪控制芬卡将氏伺服现使能政信号膨放开组，在桐控制拴卡上剂输入恨一个龄较小冈的比倚例增搂益，肯至于额多大卖算较剑小，遮这只催能凭校感觉汤了，关如果圣实在鞋不放隶心，悲就输缸入控毙制卡葬能允冰许的荒最小桨值。名将控英制卡耍和伺影服的吉使能批信号切翻开上。这卖时，好电机椒应该榆已经睡能够那么按照穷运动尿指令务大致穴做出前动作胁了。剩6、盾调整披闭环叔参数靠细调夸控制蛙参数胜，确拾保电呼机按群照控那么制卡所的指座令运晋动，晒这是贺必须垒要做边的工霞作，董而这啄局部务工作丝，更屠多的亡是经眠验，梁这里蜻只能猪从略皇了。觉在驱牵动器尸内的乔Pi耀lz财平安摇技术朽

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物质由分子组成，分子由原子组成。实际上原子并不是组成物质的最小粒子，它是由原子核和围绕核旋转的一群电子组成的一个微观系统。旋转的轨道是一组空间的同心园。同心园数量有限，除允许的轨道外，其它轨道不允许电子存在。

原子具有内能，内能的大小不能连续变化，是一步一步分开的。这种分开的能量叫能级。电子所处状态决定能级的上下。通常情况下，电子总是所处在内层轨道上，这种状态叫基态或稳态。在整个原子系统中总是绝大多数电子组处于基态。在没有外力作用下，内层的电子不会跑到外层上去。也就是说，低能级上的电子不会自动地跑到高能级上去。

当基态的电子被外部用适当的方式给予一定能量，如光照、电子碰撞、化学作用或加热等，就会激发到高能级上去。相反电子由于原子自身的内部矛盾，也会自发地返回到低级能级上来，这个过程叫自发跃迁。跃迁是指微观粒子系统从某一种状态到别一种状态的过渡。自发跃迁时原子的内能降低了，多余的能量就会释放出来。释放的形式有两种，一种是热，一种是光。热叫无辐射跃迁，光叫自发辐射跃迁，其辐射称自发辐射，一般的光源如电灯的光是自发跃迁产生的。

因为原子集团中各原子的最外电子不拘一格，辐射物质也可能包含多种类的元素。各原子的电子轨道半经并不相等，能级间的能量差也不一样。由于这样的原子集团所辐射的电磁波中，各个模式的强度、频率、相位、方向可能是千差万别的，故自发辐射在光学中叫非相干光。日光灯、电灯的辐射都是非相干光、光和无线电波、微波一样，是电磁能的一种形式，虽然电磁辐射的效应随频率而变化，但所有的辐射过程的本质都是一样的。

激光的产生是利用物质的一种叫受激辐射的特性，通常是物质未受到外界能量的激发时全部电子都集居在基态能级A，受到外界的能量激发后，一局部电子就会上升到能级B的高能级，而后它们很快要以荧光跃迁的形式，衰落到次能级C物质。受到刺激后电子在最高能级停留的时间都非常短，大约在１０的负八次方秒以下。但有些物质当电子跃迁到次高能级能停留较长时间。如红宝石的铬离子就能停留几个毫秒，因而在那里形成一种稳定的停留状态〔亚稳态〕。

电子从亚稳态进一步向低能级跃迁时，产生光子。如果这个光子在光学谐振腔〔两端是反射镜的一个腔体〕中反射回来，就会诱发同样性质的跃迁，产生同频率、同相位的光子。这两个光子又会再起诱发作用，如此下去就会产生足够强的同频率，同相位的光从光学谐振腔中具有半透性的那个反射镜中射出去，这就是受激辐射。

受激辐射光经谐振腔屡次的反复、反响、放大后最终形成一束频率一样、相位相同、方向一致的强大光流，从半反半透的那个镜片中射出，这就是激光。

1900年出生在匈牙利的英国人盖伯〔DGabor〕创造全息照相术，为此他在1971年获得诺贝尔奖金。1962年美国的执密安大学的利思〔ENLeith〕和乌帕特克尼斯〔Jvpatnicks〕利用激光拍摄成功了第一张实用全息图，即离轴型两光束全息图片。全息术的英文名称叫：＂Holography＂出于希腊语，意思是全部记录，即记录全部信息—振幅和相位。利用激光照相术所产生的全息图上的任一小区能重现整个物体的象。所以，只要保存底片的一小局部碎片就能再现出原来全部的景物，这就是全息的来源，通常我们理解为全部信息。多轴精密运动控制系统通常由工控机、运动控制卡、I/O控制卡、驱动器和电机组成。对于一些专用自动化设备而言,采用这种方案系统会显得过于庞大,本钱也较高。下面介绍一种使用Baldor运动控制卡和触摸屏组成的多轴精密运动控制系统方案,该系统具有性能卓越、结构简单、软件开发方便、用户容易掌握等特点。

系统的硬件结构

本系统为三维运动平台控制系统,由BALDORNextMoveES运动控制卡、HITECH触摸屏、3个驱动器及步进电机组成。该系统在软件控制下可实现三轴联动,如直线插补、圆弧插补运动;触摸屏为输入、输出设备,及可以作按键又可以作显示器。系统结构如图1所示。

图1

系统硬件结构图

运动控制卡的特点

所采用的BALDORNextMoveES运动控制卡,如图2所示。可支持二轴模拟伺服轴和四轴步进或数字伺服,既可以独立运行,也可以通过串行端口与其它系统交换信息。

NextMoveES的核心为高性能DSP,板载的I/O包括20路数字输入,12路数字输出,2个12位的模拟输入和2个12位的模拟输出。用户在使用该卡进行运动控制的同时,可以根据需要将卡上的I/O口随意配置为原点、限位开关或标准的I/O端口,不再需要其它的I/O控制模块，如PLC、I/O控制卡。

图2

运行控制卡结构框图

BALDOR卡的Mint运动控制语言具有实时、多任务的特点,可以进行任意三轴直线插补,任意二轴圆弧插补。具有S形加速功能，使运动更平滑。还有电子齿轮、电子凸轮和飞剪等控制功能。

用户可以在Windows开发环境下使用VisualBasic,VisualC

，Delphi和LabVIEW等软件直接调用MintMT的ActiveX控件。这样用户既可以编制完全独立的Baldor卡控制程序,也可以编写上、下位机控制方式的高级控制程序。

人机界面：触摸屏的应用

由于BALDORNextMoveES运动控制卡板载的I/O只有20个数字量输入，用于3个轴的HOME开关及限位开关后就已占9个。再占用其它数字输入口作为输入设备显然不适宜宜。因此,我们采用HITECH的FWS700T-STN触摸屏通过RS232串口与BALDOR卡连接,使用HITECH触摸屏的图形元件与BALDOR卡中的COMMS数组进行通讯。具体实现方法如下：

·使用HITECH触摸屏自带的工具软件ADP3.2.00绘制界面,其绘制过程十分简单,只需在根本元件工具栏选中所需要的元件拖入绘图区即可,本系统绘制的触摸屏界面如图3所示,图3中有一个程序启动按钮和三轴的运动位置。

图3

触摸屏界面

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定位或剩余力矩：在没有电流通过绕组时，能使电机的输出轴旋转所需用施加的力矩。驱动器：一个用来运行步进电机的电气控制装置。这包括电源、逻辑程序器、开关元件以及一个确定步进速率的变频脉冲源。动态力矩：在一定步进速率下电机所产生的力矩。动态力矩可由PULLIN〔牵入〕力矩或PULLOUT〔牵出〕力矩所表示。保持力矩：绕组在通以稳态直流电时，能使电机的输出轴旋转所需施加的力矩。惯性：物体对加速或减速的惯性测量值。此处用于指电机所要移动负载的惯性，或电机转子的惯性。线性步进增长〔或称步长〕：转子每旋转一个步距角导螺杆所产生的线性行程。最大温升：由电阻上拉方式决定，电机安装在通风的环境中，保持线圈中的电流恒定牵入力矩：必须克服转子惯量的加速转矩，以及加速时固定连接的外接负载和各种摩擦转矩。因此，牵入力矩通常小于牵出力矩。牵出力矩：电机在恒速下能够产生的最大力矩。因为速度不变，所以没有惯性力矩。同时转子内部的动能和惯性载荷使牵出力矩增大。脉冲速率：每秒施加到电机绕组上的脉冲数量〔PPS〕。脉冲速率等于电机步进速率。每秒脉冲数〔PPS〕：电机在一秒钟内所产生的步数〔有时称为“步数/秒〞〕。这由电机驱动器所产生的脉冲频率所决定。升降速：在电机不失步的情况下，将给定负荷从原有的低步进速率增加至最大，接着再降低至原有速率的一种驱动技术。单步进响应：电机进行完整的一步所要求的时间。步进：电机每接收一个脉冲时转子的角度。对于直线电机来说，步进为直线距离。步距角：每一步转子所产生的旋转，测量单位为度。每周旋转步数：转子旋转360度所需要第1页共1页的总步数。力矩与惯性比率：保持力矩除以转子转动惯量-PAGE1-气动伺服系统的根据构成有以下几种方式：〔1〕以气动伺服阀为控制元件构成系统，这种方式性能最好，但由于气动伺服阀结构复杂、价格较高、使用条件苛刻，一般的应用场合难以接受；〔2〕以气动比例阀为控制元件构成系统，气动比例阀随着比例电磁铁技术的日益成熟，已出现商品化产品，且价格适中；(3)以气动开关阀为控制元件，配合以PWM、PCM、PNM等控制方式构成系统，气动开关阀本钱最为低廉，因此这方面的应用研究比较多。根据气动伺服系统按功能一般可分为：(1)位置控制系统(2)速度控制系统(3)力控制系统(4)位置与力复合控制系统其中，位置控制系统和力控制系统应用研究比较多，速度控制系统应用研究比较少。上世纪自90年代开始，直线电机的驱动技术在精密定位领域中得到了应用。特别是随着对数控机床加工技术要求不断地实现高速和超高速化、精密和超精密化，高速反响能力的直线驱动伺服技术—所谓的零传动方式便应运而生，由于消除了传统机械传动链所带来的一系列不良影响[1]。因而极大地提高了进给系统的快速反响能力和运动精度，成为新一代数控机床中最具代表性的先进技术之一。因此，带来了一些新问题，现在做初步讨论。应用中的假设干问题对模型的根本认识直线电机伺服系统与传统的“旋转电动机＋滚珠丝杠〞的进给方式相比，虽然消除了机械传动链所带来的一些不良影响，但却增加了电气电子控制上的难度。在要求高精度、微进给的场合，必须站在更微观的层次上，考虑更多的摄动与扰动等不确定性因素对进给运动的影响。否那么，零传动方式将失去原来所希冀的意义。这种机械上的简化，导致了控制上难度的增加。因此，必须采用更有效的控制技术加以解决。在目前的技术水平条件下，这种“转嫁〞显然是合理的。用软件技术和微电子器件实现复杂有效的控制算法来取代对精度要求很高而又笨重的机械部件，以获得更优良的性能，无论如何这是值得的。在考虑直线伺服电机的控制策略和具体实现方法时，始终不应该忘记，尽管模型存在着不确定性，但我们所研究对象的模型框架是根本清晰的，而且对象是一个高精度的快速运动系统。直线电机的特殊问题这里所讲的直线电机，它属于运动控制执行部件，而且是作为位置或速度伺服来应用的。电机磁路的物理结构在两边端部断开，形成了一般旋转伺服电机所没有的特殊现象——端部效应，它作为一个与动子速度和位置有关的扰动存在，对运动性能有显著的不良影响，这是必须特殊考虑的一个问题。另外，值得注意的一个问题是，直线电机驱动是直接驱动，没有中间机械传动链了。控制系统模型的摄动、负载扰动等不确定因素的影响将直接反映到直线电机的运动控制中，而没有任何中间的缓冲衰减过程，因此增加了控制上的困难。直线电机伺服驱动一般都为全闭环控制，提高了对传感器分辨率和反响能力的要求。也给系统的调整增加了麻烦。此外，对散热、制动、防尘、隔磁等实际存在的问题也要妥善处理。控制方法要有针对性与实用性在高精度微进给运动中，必须站在更高的层次上，考虑到一些更细微的干扰因素对伺服性能的影响，必须采取有效的措施抑制这些扰动。在选取控制方法，基于对对象模型结构和参数根本清晰的认识，又要考虑它存在着模型摄动、负载扰动等未知的不确定性因素对系统稳定性和抗扰动能力的影响。与此同时，必须从直线电机伺服系统是一个具有高度快速的动态系统这一具体对象的特性出发，不可能在几十毫秒的起动或制动过程中以及更为短暂的动态调节过程中，实现十分复杂的控制算法。这就是要求针对产生扰动的不同原因的特殊性，以相应见长的控制策略对付之。伺服系统第一重要的性能就是对其指令的跟踪能力。在理想情况下，输出能无延迟、无超调地跟踪输入指令的变化。一个成功的控制策略，必须针对具体对象的特点，满足主要功能要求的同时，兼顾跟踪能力和抗扰动能力。现在所研究的控制方法很多，在理论和实验研究上有许多文章发表于刊物，但见诸成功应用于实际产品的，根本上都是以零、极点配置的PID和前馈控制为根底的控制方法，形式上完备的现代控制方法和耗时费力的智能控制尚未在实际产品中应用。旋转电机还是唱主角虽然直线伺服电动机驱动装置具有许多突出的优点，先进国家在数控机床等方面已得到了成功的应用，成为新一代数控机床的代表性技术并将越来越普及，但这并不意味着它能完全取代旋转电机的驱动方式。可以预料，在今后相当长的一个时期内，大量应用的还将是旋转电机与滚珠丝杠相结合的传动方式。一方面这是因为旋转电机的驱动方式也在改良，其快速性和精度在不断提高;另一方面旋转电机在价格上具有很强的竞争优势。机床已适应于旋转电机的传动方式，无需变动机床结构，它也不具有直线电机传动方式所存在的那些缺点。鲁棒性设计与H∞控制不确定因素对于直线驱动电机来讲是十分敏感的。这是因为直线电机实现直接零传动方式，负载侧的任何变化都直接反映到电机的运动控制上。没有经过象滚珠丝杠那样机械运动变换与减速作用衰减负载侧的干扰，这相当于降低了系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标。因此，有必要更加重视系统的鲁棒性问题。负载侧的干扰主要有:端部效应引起的推力变化，运动导轨的非线性摩擦，低速的蠕动爬行运动，负载阻力大小和动子质量变化，与运动速度相关的粘滞摩擦系数变化等。此外，与旋转电机一样，直线电机本身参数的变化，也会引起模型的摄动。由此可见，直线电机在控制上要比旋转电机困难得多，具有更强的不确定性威胁着系统工作可靠性，在设计时必须要认真考虑，防患于未然。解决这个问题的方法就是要进行系统的鲁棒性设计。所设计的名义系统当然应该是稳定的，但摄动后的实际系统是否仍能保持稳定就不一定了。一个稳定系统的名义系统在摄动下仍然能保持其稳定性的能力，称为这个系统的鲁棒性。鲁棒性是一个统称，最根本的可分为稳定鲁棒性和品质鲁棒性，前者指系统在摄动下保持稳定的能力，后者指保持其品质指标的能力。显然，鲁棒性是控制系统的一项重要性能指标。经过20多年的研究和开展，鲁棒控制理论得到了长足的开展。尤其以H∞控制理论为突出代表，在设计控制器中得到了很好的应用。从广义上讲，系统的不确定性按其结构分为两类:其一，不确定性结构未知，仅知不确定性变化范围(结构不确定性);其二，不确定性结构，存在着参数变化(参数不确定性)。第一类不确定性鲁棒控制的研究导致了H∞控制理论的产生和成熟，第二类不确定性的鲁棒控制研究导致了参数鲁棒控制理论的开展。H∞是一种范数的表示方式