第8章 伺服系统的故障诊断与维修.ppt

1、第8章伺服系统的故障诊断和修复，8.1概述8.2主轴伺服系统故障诊断和修复8.3进料伺服系统故障诊断和修复8.4位置检测系统的故障诊断和修复8.5伺服系统故障诊断和修复示例，8.1概述，8.1.1伺服系统的概念数控机床伺服系统是一个自动控制系统(也称为纵联系统)，其控制量为机床移动部件的位置和速度。在数控机床过程中，伺服系统是数控系统和数控机床本体连接的中间部分，是数控机床“肢体”。伺服系统的性能决定了数控机床的性能，因此伺服系统需要高精度、高速和可靠性。研究和开发高性能伺服系统是现代数控机床技术的关键技术之一。下一页，回顾，8.1概述，在实际应用中，数控机床伺服系统故障的概率很高，因此，充分

2、理解伺服系统的重要性，了解伺服系统的故障诊断和维护方法是必要的。下一页、上一页、后退、8.1概述、8.1.2伺服系统的数控机床伺服系统通常由驱动控制单元、驱动元件、机械驱动零件、执行元件和检查反馈链接组成。驱动控制单元和驱动元件构成了伺服驱动系统。机械传动部件和执行器构成机械传动系统。检查元件和反馈电路配置检查装置(也称为检查系统)。下一页，上一页，后退，8.1概述，8.1.3伺服系统的工作原理伺服系统是将指令脉冲与输入和输出进行比较的反馈控制系统。通过使用比较后生成的偏差值自动调整系统，消除偏差，您可以跟踪指定的值。因此，伺服系统的运动来自偏差信号，必须有负反馈循环，并且必须始终处于切换过程

3、状态。运动过程中实现了力量的扩大。伺服系统必须有不断输入能量的能量，附加负载可以被视为系统的扰动输入。下一页，上一页，后退，8.1概述，8.1.4伺服系统的作用数控机床，伺服系统是数控设备和机床之间的连接环，转换并放大数控设备插补器生成的命令脉冲或电脑插值软件生成命令脉冲，然后转换并保证机床移动部件的机械运动。数控机床精度和速度等技术规格主要取决于伺服系统。下一页、上一页、返回、8.1概述、8.1.5伺服系统的分类数控机床伺服系统有多种茄子分类方法。根据伺服系统的不同，检测元件或曹征原理不同，可分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。根据运动或功能，可分为主轴伺服系统(基于控制主轴切削

4、运动的旋转运动)和进给伺服系统(控制机床每个轴切削进给运动的功能)。根据驱动电动机，可分为直流伺服系统和交流伺服系统。根据反馈比较控制方法，可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和振幅比较伺服系统。上一页，返回，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，机床主轴主传动分为两大茄子类别：旋转运动，切削力传递，伺服驱动系统，直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统。一些数控机床主轴使用通用变频器驱动三相交流电动机，进行速度控制。数控机床要求主轴伺服驱动器系统在大范围内能够持续调节转速，稳定可靠。如果有机床螺纹加工功能、c轴功能、准停止功能和匀速加工，则主轴电动机必须装配检查元件以控制主轴速度和位置。，下一页，

5、返回，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，主轴驱动变速目前主要有三种茄子形式。一是有变速齿轮传动方式，实现分段无级调速，扩大输出转矩，满足强切削要求的转矩。二是通过皮带传动防止齿轮传动时产生的振动和噪音，具有低转矩特性要求的小型机床三、由调速电动机直接驱动的传动方式，主轴传动部件结构简单紧凑，以此方式，主轴输入转矩小。下一页，上一页，返回，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，8.2.1公用主轴驱动器系统简介1 FANUC的主轴驱动器系统简介20世纪80年代开始，FANUC使用交流主轴驱动器系统，直流驱动器系统已被交流驱动器系统取代。目前，3系列交流主轴电机为S系列电机，额定输出功率范围1.5kW3

6、7kW是。h系列电动机，额定输出功率范围1.5kW22kWp系列电机，额定输出功率范围3.7kW37kW .牙齿公司交流主轴驱动系统的特点是，下一页，上一页，返回，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，1)使用CPU控制技术进行矢量计算，以实现最佳控制。2)主电路使用电晶体PWM逆变器，使电机电流非常接近正弦波。3)具有主轴方向控制、数字和模拟输入介面等功能。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，2 .西门子主轴驱动系统西门子生产的直流主轴电机是4个系列，包括1GG5、1GF5、1GL5和1GH5，随上述4个系列电机提供的6RA27、6、下一页、上一页、上一页、上一页、下一页、8

7、.2主轴伺服系统故障诊断和维护，以及驱动器是6SC650D系列交流主轴驱动器或6SC611A(SIMODRIVE 61lA)主轴驱动器模块，主电路采用电晶体PWM变频控制方式提供能源再生制动功能。另外，使用微处理器80186执行闭环速度、转矩控制和磁场计算，完成矢量控制。通过选项控制C轴进给，无需CNC帮助控制主轴位置。下一页，上一页，上一页，上一页，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，3 MITSUBISHI公司主轴驱动系统MITSUBISHI公司主轴电机设备和CNC使用总线连接，主回路使用PWM技术。主轴与进给轴完全同步，使用90000P/RPM脉冲编码器实现C轴功能。MITSUBISHI的

8、主轴驱动是SPJ、SPJ2英寸小型化系列，SPJ2添加了PJEX扩展装置，实现了主轴位置和C轴控制，配备了SJ-P、SJ-PF系列(0275kW)的主轴电机为0275KW。SP系列是大型磁盘轴驱动设备，由功率为0.545kW的SJ系列组成。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，8.2.2主轴伺服系统的典型故障格式主轴伺服系统故障时，通常有三种茄子表示。一种是在操作面板上用指示灯或CRT显示警报信息。二是在主轴驱动装置上用指示灯或数码管显示故障状态。第三，主轴工作不正常，但没有警告信息。典型数控机床主轴伺服系统的故障类型如下：下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和维

9、护，1外部干扰故障现象：主轴运行期间不规则振动或旋转。原因分析：主轴伺服系统受电磁、供电线路或信号传输干扰的影响，主轴转速命令信号或反馈信号受干扰，主轴伺服系统故障。下一页，上一页，上一页，上一页，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，检查方法：将主轴速度命令信号设置为零，0速度平衡电位计或漂移修正参数值曹征，确定系统参数变化是否导致故障，如果曹征后无法消除故障，则外部干扰信号将导致主轴伺服系统故障。采取措施：在电源输入端安装电源净化装置，断开电源线和信号线，接线要合理，信号线和反馈线必要时屏蔽，地线要可靠。下一页，上一页，返回，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，2主轴过载故障现象：主轴电机过热，

10、CNC设备和主轴驱动器显示器过电流报警等原因分析：主轴电机通风系统故障，电源连接接触不良，机床切削用量过剩，主轴频繁正号，反转等导致电流增加，电力发散，下一页，上一页，上一页，上一页，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，检查方法：根据CNC和主轴驱动器提示警告信息检查可能导致故障的各种因素。采取措施：保持主轴电机通风系统良好，过滤器清洁。检查电源接线端子接触。使用和操作机床以避免过载。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，3主轴位置抖动故障现象原因分析：主轴定位通常是机器、传记和编码器的3茄子准停止定位，定位机器执行机构不在位置时检测设备信息中存在误解时发生抖动。此外，主轴定位

11、需要减速过程，如果减速或增益等参数设置不当，故障也可能发生。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，检查方法：根据主轴定位方法，主要检查各定位，减速检测元件的运行状态和安装固定条件，如限位开关、接近开关、霍尔元件等。操作：确保定位执行组件灵活运行，检测组件稳定可靠。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，4主轴转速和进给不匹配故障现象原因分析：当主轴与进给同步一起处理时，必须依靠主轴上的脉冲编码器检测反馈信息。如果脉冲编码器或电缆连接有问题，则可能出现此类故障问题。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，检查方法：调用I/0状态数据，观察编码器信

12、号线的阻塞状态。您可以取消主轴和进给同步，并以每分钟进给命令而不是每个进给命令运行程序，以确定故障设备是否与编码器相关。措施：更换维修编码器，检查电缆线连接，特别注意信号线的抗干扰措施。下一页，上一页，上一页，上一页，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，5旋转速度偏差命令值故障现象：实际主轴速度值超过技术要求中规定的命令值范围。原因分析：(1)电动机负载过大，导致转速变慢，或低速极限设置过小，导致主轴电动机过载。(2)由于速度反馈信号变化，速度控制单元输入发生变化。(3)主轴驱动器故障，速度控制单元输出无效(4)未达到CNC系统输出的主轴速度模拟量(10V)牙齿旋转速度命令的相应值。下一页，上一

13、页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，检查方法：(1)检测空载主轴，实际主轴转速值和命令值的比较，确定是否是由于过量负载而故障，(2)检查速度反馈设备和电缆线，调整速度反馈量的大小，确保实际主轴速度达到指示值。(3)使用备件替代法判断驱动装置的故障部位。(4)检查信号电缆接线，调整参数，使其与CNC系统输出的模拟杨怡旋转速度命令值相对应。措施：更换维修损坏的部件，相关参数曹征。，下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和维修，6 (2)主轴电机在自由停车期间存在噪音和振动，主要是主轴机械部分故障(3)振动周期与转速相关的情况下，需要检查主轴机械部分和速度测量装置。如果不相关，通常

14、主轴驱动器参数调整不好。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，7主轴电机旋转CNC系统-主轴驱动器通常需要围绕速度控制模拟信号和可控制信号，主轴电机旋转渡边杏盒两个信号进行检查。(1)验证CNC系统是否有速度控制信号输出。(2)确保激活信号已打开。通过I/0状态确定是否牙齿满足主轴启动条件(例如润滑、冷却等)。(3)主轴驱动故障；(4)主轴电机故障。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，下一页，上一页，后退，8.2.3直流主轴伺服系统的属性和故障诊断1。直流主轴伺服系统的特性1，8.2主轴伺服系统故障诊断和维护，2)适用于工厂环境的全封闭直流主轴电机采用全封

15、闭结构，可以在灰尘和切削液飞溅的产业环境中使用。3)轴电机使用特殊的热管冷却系统，在主轴电机轴上安装比铜的热传导率高100倍的热管，使转子产生的热量立即向外散发。为了将热量限制到最低限度，定子内采用了独特方式的特殊附加极，减少了损失，提高了效率。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，4)驱动性能好的主轴伺服单元采用晶闸管三相传播驱动方式，主轴振动小，旋转灵活。5)轴控制功能强，与NC结合时，主轴伺服单元可提供所需的D/A转换器、超限输入、速度柜台输出等功能。6)纯传记主轴位置控制功能采用纯传记主轴位置控制，利用纯传记手段控制主轴的位置停止，不需要机械定位装置，从而进一步缩短定

16、位时间。下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障诊断和维修，2 DC主轴伺服系统的日常维护1)安装注意事项(1)伺服设备应放置在密封的强力机柜中。为了防止江田柜内的温度太高，必须将江田柜内的温度上升设计为15以下。强力传记机柜的外部空气入口必须设置过滤器。注意从排气口渗入灰尘或烟。电缆要注意人口、门等的密封。冷却风扇的风不要直接吹到伺服单元。这样可防止将灰尘等附着到伺服单元。(2)安装伺服装置时，应考虑到维护检查和拆卸容易。(3)电机安装应具有足够的刚度，使其不受下一页、上一页、返回、8.2主轴伺服系统故障诊断和维护、安装表面平整、电机振动等影响。刷子需要定期维修和更换工作，因此安装位置应尽可能容易地进行维护工作。进入电机冷却口的空气充足，安装位置要尽量容易进行冷却部分的检修清理工作。马达应安装在灰尘少、湿度不高的地方，环境温度应在40以下。马达必须安装在不能直接油炸的位置，比如切削油和油。，下一页，上一页，返回，8.2主轴伺服系统故障诊断和修复，2)使用检查，1)伺服系统启动前检查：伺服设备和电动机的信号线、电源线等连接是否正确、松动、绝缘是否良好，强大的传记机柜和电动机是否稳定接地，电动机刷子安装是否牢固，电动机安装螺栓是否完全到位，下一页，上一页，后退，8.2主轴伺服系统故障