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1、,数控机床常见故障诊断与排除,数控机床进给轴定 位不准故障的诊断与排除,数控机床进给伺服系统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，因此对数控机床交流伺服系统的典型故障进行维修，及时消除故障，可有效提高数控机床的使用率。 维修人员通过查阅交流伺服系统说明书、数控系统连接与调试说明书以及维修资料，通过通用工具和万用表，将数控机床工作台定位不准故障快速除，填写维修记录单并交接验收。在故障诊断、检测及更换中能严格执行相关技术标准规范和安全操作规程，有纪律观念和团队意识，并具备环境保护和文明生产的基本素质。,学习任务,学习任务要求,加工中心在加工过程中急停，数控系统发出报警
2、，报警号为1041H，报警信息为Z轴跟踪误差过大，现对数控加工中心进给轴定位不准故障进行诊断与维修，使其能够正常运行。 1时间要求：12学时 2质量要求：能够准确无误地诊断与排除故障 3安全要求：严格按照安全操作规程进行项目作业 4文明要求：自觉按照文明生产规则进行项目作业 5环保要求：努力按照环境保护要求进行项目作业,学习目标,1、掌握交流伺服系统系统的结构和工作原理，会根据进给伺服系统故障形式判断故障类型； 2、借助技术资料和现场相关信息，能对可能的故障原因进行分析，制定合理的故障诊断与维修方案； 3、会使用各种诊断与维修用的仪器，对数控机床进给轴定位不准故障进行诊断与排除。,具有决策和执
3、行能力；具有语言及文字表达能力；具有通过自学获取新技术的自我更新能力；具有利用网络、文献等获取信息和综合处理信息的能力；具有制定工作计划、评估工作结果的能力。,能熟练表达自己的维修方案；能共同交流合作制定维修方案；能主动适应环境的变化；能遵守车间规章制度和做到安全文明生产；具有良好的职业道德和责任感。,任务实施过程,数控系统发出的控制指令是通过进给伺服系统来驱动机械执行部件，最终实现机床精确进给运动的。数控机床的进给伺服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指令，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
4、精度、定位精度等，因此对数控机床的进给伺服系统的典型故障进行维修，及时消除故障，可有效提高数控机床的使用率。,资讯收集信息,(1)进给伺服系统的工作原理,数控机床伺服系统一般由驱动元件、机械传动部件、执行部件和检测反馈环节等组成。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部件组成机械传动系统，检测元件和反馈电路组成检测装置（或称作检测系统）。,资讯收集信息,(1)进给伺服系统的工作原理,伺服系统的组成框图,资讯收集信息,进给伺服系统的任务是完成各坐标轴的位置控制，在整个系统中它又分为：位置环、速度环、电流环。位置环接受控制指令脉冲和位置反馈脉冲且进行比较，利用其偏差，产生速度环
5、的速度指令。速度环接受位置环发出的速度指令和电机的速度反馈，同样，速度环将速度偏差信号进行处理，产生电流信号；电流环将电流信号及从电机电流检测单元发出的反馈信号进行处理，再驱动大功率元件，产生伺服电机的驱动电流，在这些环节中，任一环节出现异常或故障都会使对伺服系统的正常工作造成影响。,(1)进给伺服系统的工作原理,资讯收集信息,数控机床所采用的伺服进给系统按控制系统的结构可以分为开环控制、闭环控制、半闭环控制3种。 无位置反馈装置的伺服进给系统称为开环控制系统，使用旋转式位置检测装置的伺服系统称为半闭环控制系统，使用直线型位置检测装置的系统称为闭环控制系统。,(2)进给驱动系统的基本形式,资讯
6、收集信息,(2)进给驱动系统的基本形式,资讯收集信息,开环控制系统控制框图,(2)进给驱动系统的基本形式,资讯收集信息,半闭环数控系统进给控制框图,(2)进给驱动系统的基本形式,资讯收集信息,全闭环数控系统进给控制框图,(2)进给驱动系统的基本形式,资讯收集信息,混合闭环数控系统进给控制框图,(3)进给伺服系统故障表现形式,当进给伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息，这是利用软件的诊断程序来实现的；二是利用进给伺服驱动单元上的硬件（如报警灯或数码管指示、保险丝熔断等）显示报警驱动单元的故障信息；三是进给运动不正常，但无任何报警信息。对于第一、第
7、二种形式，因为有些报警的含义比较明确，可根据相应的系统说明书进行检查。第三种形式，就要综合分析伺服系统的各个环节可能造成的这种现象的原因，再逐步检查、排除直至查到真正的原因，或优化各种因素直至恢复正常。,资讯收集信息,(4)故障分析,由于数控系统与交流伺服控制单元有自诊断的功能，报警信息可以帮助维修人员更快地排除故障，所以在排故的过程中要首先使用状态指示灯诊断法和数控系统报警显示诊断法。,仔细观察故障现象，CRT上显示系统报警号为1041H，三洋交流伺服驱动器操作面板上报警号为ALD1H，查阅数控系统说明书和三洋交流伺服驱动器使用说明书可知，系统报警信息为Z轴跟踪误差过大，伺服单元报警信息为定
8、位偏差太大，故障表现形式为进给伺服系统第一、二种形式，自诊断为Z轴伺服系统定位误差过大故障，根据Z轴伺服系统的工作原理可知，任一组成环节出现问题都会引起Z轴故障。,资讯收集信息,(4)故障可能原因分析,1CNC位置控制信号引起的故障,2交流伺服控制单元故障,3位置检测装置故障,4机械传动系统故障,资讯收集信息,机械传动系统故障分析,按照数控机床上故障诊断的先机械后电气一般原则，首先应诊断是否有机械故障，一般引起进给轴定位不准的典型故障有两个，一为进给传动链累计误差过大，二为进给链传动间隙过大。 检查Z轴进给传动链累计误差是否过大，若是，应重新调整Z轴进给传动链，排除机械故障，确保工作正常。 检
9、查Z轴机械结构是否因连接不好而造成传动间隙过大。若是，应重新连接机械结构，减小传动间隙。,资讯收集信息,在数控加工的过程中，程序中的位置指令经过CNC装置中央处理器的插补运算，根据数控系统进给轴接口的类型，从而产生进给脉冲或进给位移量指令输送到经给驱动装置中，经过变换、功率方法后驱动进给电动机动作，从而控制电动机的转动，经机械传动机构带动机床移动部件到达指令位置。 查看华中加工中心连接与调试说明书可知，Z轴位置控制信号的接口为XS30，接口类型为脉冲式伺服接口。,资讯收集信息,数控机床进给轴接口XS30的结构图,引脚信号说明,资讯收集信息,HNC-21T数控装置通过XS30脉冲伺服接口将Z轴进
10、给位移量输送到Z轴的伺服单元中，从而完成Z轴工作台的位置控制。 XS30控制接口包括位置控制指令输出和光电编码器反馈输入。本接口属于脉冲式伺服接口，采用此接口时，速度环和位置环的控制都由伺服驱动装置完成，位置信息由伺服驱动装置反馈给CNC作监控用，脉冲指令接口有三种类型：单脉冲（脉冲+方向）方式、双脉冲方式、正交脉冲方式。伺服驱动装置三种类型的接口都提供，只是不同工作模式下，CP、DIR的含义不同。,资讯收集信息,CNC位置控制信号指的是插补运算计算出来的进给位移量指令，经过XS30送往交流伺服驱动器，在其内部完成位置控制和速度控制，因此CNC位置控制信号的产生是否与传输有误都直接影响了进给轴
11、的运动情况。,资讯收集信息,2数控系统参数设置引起的故障分析 除硬件故障外，CNC内部软件故障也可能引起进给轴定位不准故障，这主要是由坐标轴有关的系统参数决定的，与坐标轴有关的参数可在轴参数与硬件配置参数中进行设置，如果设置不当有误，则会造成进给轴位置误差大。,硬件配置参数可以看作是系统内部所有硬件设备的清单，共可配置32个部件（部件0部件31）。对系统中相应的硬件进行设置，包括每个硬件的功能、控制方式以及每个硬件模块所对应的接口。每个部件包含五个参数部件型号、标识、地址、配置0、配置1。,资讯收集信息,与Z轴有关的硬件配置参数只有一个，进给轴参数设置如表所示。,部件型号指定接口板卡的型号；标
12、识值标识外部设备的型号，伺服驱动的标志设置为45；地址指定外部设备占用的地址；配置0值在0255之间，区别HNC-21数控装置中相同类型的接口，调整所接外部设备的功能。,资讯收集信息,查看HNC-21T数控系统硬件配置参数中部件2（伺服驱动器部件号）的参数设置是否正常，如果不正确，按照数控系统说明书对其参数进行重新设置。,查看HNC-21T数控系统坐标轴参数中部件2的参数设置是否正常，如果不正确，则要根据数控系统说明书上的参数，对坐标轴参数进行重新设置，设置方法同硬件配置参数。这里要重点检查最大跟踪误差和最大定位误差，如果最大跟踪误差设置值或最大定位误差设定过小，就会引起“位置误差过大”系统报
13、警。,资讯收集信息,利用数控装置的进给轴控制接口XS30中的进给位移量指令信号作为交流伺服驱动器的位置控制信号，通过位置环和速度环的调节控制作用，驱动进给轴的伺服电机转动，从而带动工作台运动，完成程序中的位置控制。 Z轴伺服系统为半闭环控制系统，使用三洋交流伺服驱动器和三洋交流伺服电机组成伺服系统，检测装置为增量式光电脉冲编码器。,资讯收集信息,交流伺服控制单元连线图,资讯收集信息,CNA强电输入模块；R、S、T为动力电源，动力电源是指进给驱动装置用于变换以驱动电动机运行的电源，供电方式为三相交流200V，三相交流380V电源经过伺服变压器变压为三相交流200V作为动力电源，经过变换为U、V、
14、W驱动电动机运行。 CNC强电输出模块，驱动器三相电输送到伺服电机。 CN1控制接口模块，接受从CNC发出的位置控制信号，同时将光电编码器的脉冲信号输出到CNC中，另外有开关量信号控制驱动器的工作状态，例如电源允许信号、伺服准备好信号、伺服允许信号。 CN2反馈接口模块，主要是接受伺服电机上增量式光电编码器的位置反馈信号。,资讯收集信息,三洋交流伺服驱动器面板上按键功能 三洋交流伺服驱动器操作面板有五个按键，可以通过个五个按键来进行参数的修改和调试。,确认WR与选择光标位的光标键是同一个按键，按的时间长短不同，功能也不同。,资讯收集信息,三洋交流伺服驱动器数字操作器功能,可通过连续按模式键MO
15、DE，进行不同模式之间的切换。,资讯收集信息,坐标轴参数在交流伺服系统中的设置,资讯收集信息,位置比例增益,设定位置环调节器的比例增益。 设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。 参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。,资讯收集信息,速度比例增益,设定速度调节器的比例增益。 设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。 在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。,资讯收集信息,速度积分时间常数,设定速度调节器的积分时间常数。 设置值越小，积分速度
16、越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。 在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。,资讯收集信息,如果交流伺服驱动器中与位置跟踪误差有关的参数设置不当，就会引起交流伺服驱动器系统报警，报警信息为定位误差过大，这时应根据三洋交流伺服驱动器的使用说明书，正确设置参数。,在这里需要注意的是，交流伺服驱动器具有故障自诊断功能，因此在排除故障之前，一定要首先确认故障代码以及故障信息，尽量缩小故障区域，制定出合理的故障诊断与维修方案。,资讯收集信息,HNC-21T的Z轴伺服系统为半闭环控制系统，采用的位置检测装置为增量式光电编码器，内置于交流伺服电机内部，由于交流伺服电机出现故障的概率很低，因此将检查重点放在位置检测元件上。如果脉冲编码器出现问题的话，就会使伺服系统位置环和速度环断开，无法完成最后的位
