《数控机床故障诊断与维修 高职数控类项目五进给伺服系统故障诊断与维修》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床故障诊断与维修 高职数控类项目五进给伺服系统故障诊断与维修（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目五 进给伺服系统故障诊断与维修,【项目导读】 本项目介绍各种驱动装置的结构、工作原理、与数控系统的连接、故障特点及常见故障排除方法。 【项目目标】 重点掌握驱动装置的结构、接口特点。,Contents,数控机床进给驱动系统基础,1,步进电机驱动系统的故障诊断与维修,2,直流伺服驱动系统故障诊断与维修,3,交流伺服驱动系统故障诊断与维修,4,任务5.1 数控机床进给驱动系统基础 5.1.1 数控机床进给驱动系统工作原理及常见故障 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。 伺服电动机上的测速装置将电动机转速信号
2、与速度制指令比较，构成速度环控制。,图5-1 常见的进给驱动系统,进给伺服系统常见的故障,（1）超程 （2）过载 （3）窜动 （4）爬行 （5）振动 (6) 伺服电动机不转 (7) 位置误差 (8) 漂移 (9) 回参考点故障,任务5.1 数控机床进给驱动系统基础 5.1.2 数控机床进给驱动系统分类 数控机床进给伺服系统主要由伺服驱动控制系统与数控机床进给机械传动机构两部分组成。机床进给机械传动机构通常由减速齿轮、滚珠丝杠、机床导轨和工作台拖板等组成，对于伺服驱动控制系统，按其反馈信号的有无，分为开环、半闭环和全闭环三种控制方式。,开环位置伺服系统是一种没有位置反馈的位置控制系统。,开环控制
3、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。,半闭环位置伺服系统是具有位置检测和反馈的闭环控制系统。它的位置检测器与伺服电机同轴相连，可通过它直接测出电动机轴旋转的角位移，进而推知当前执行机械（如机床工作台）的实际位置。,在数控机床上得到广泛应用。,全闭环位置伺服系统将位置检测器件直接安装在机床工作台上，从而可以获取工作台实际位置的精确信息，通过反馈闭环实现高精度的位置控制。,从理论上说，这是一种最理想的位置伺服控制方案。,混合闭环位置伺服系统,两者相结合可最后获得较高的位置控制精度和跟踪速度。,任务5.2 步进电动机驱动系统的故障诊断与维修 5.2.1 步进电动机驱
4、动器与数控系统的连接 所示为KT400-T数控系统与KT300步进电动机驱动装置的连接图。 A1和A3是KT400-T数控系统上分别用于X轴Z轴步进电动机脉冲输出连接插座 CW和 为正转和正转非信号，DIR和 为方向和方向非信号，FRAME为屏蔽接地 CNl为KT300步进驱动器脉冲输入连接插座,任务5.2 步进电动机驱动系统的故障诊断与维修 5.2.2 步进电动机驱动系统故障特点 步进电动机驱动系统主要弱点是高频特性差，在使用中常出现的故障是失步和步进电动机驱动电源的功率管损坏。由于步进驱动系统结构简单，所以分析步进驱动系统的故障是比较容易的，分析步进驱动系统的故障一般从步进电动机矩频特性和
5、步矩角两个方面入手。对于经济型数控机床加工中出现的精度问题，也可以从这两方面考虑。,任务5.2 步进电动机驱动系统的故障诊断与维修 5.2.3 步进电动机驱动系统常见故障,步进电机驱动维修实例,例5-1 开环系统加工大导程螺纹时电机出现堵转 故障现象：加工大导程螺纹时，步进电动机出现堵转现象。 例5-2 对加工精度的影响 故障现象：经济型数控机床的启动、停车影响工件的加工精度。 例5-3 步进电动机驱动单元的常见故障 故障现象：步进电动机驱动单元功率管损坏。,任务5.3 直流伺服驱动系统故障诊断与维修 5.3.1 直流伺服驱动系统的类型 进给驱动的任务是驱动装置接受数控系统的速度控制等信号，拖
6、动伺服电动机带动滚珠丝杠实现工作台、刀架或主轴箱的直线位移。,晶闸管调速是速度调节器对晶闸管的导通角进行控制，通过改变导通角的大小来改变电枢两端的电压，从而达到调速的目的。 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率的方波电压，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。,任务5.3 直流伺服驱动系统故障诊断与维修 5.3.2 晶闸管SCR直流伺服驱动 如图5-7所示为晶闸管SCR速度控制单元结构图。图中各部分的作用如下： （1）主回路连接端(背面)T1 （2）控制
7、信号连接CNl （3）控制信号连接CN3 （4）触发脉冲连接CN4/CN5 （5）控制电压、同步电压连接CN2 （6）控制电压、同步电压连接CN6/CN7 （7）指示灯,SCR速度控制单元主回路分析,由于大电流、高电压的原因，速度控制单元主回路原器件属于易损件，主回路维修在速度控制单元中在较大的比重，SCR速度控制单元主回路如图5-10所示。 图中，两组三相全控桥式晶闸管通过反并联连接组成了可以进行四象限运行的主回路，在正常情况下，驱动器可以实现再生制动。 对于直流伺服驱动系统来说，三相电源进线电压一般为交流120V，通过伺服变压器变压实现。,SCR速度控制单元常见故障诊断与维修,（1）SCR
8、速度控制单元熔断器熔断 可能的原因有： 1）机械故障造成负载大 2）切削条件不合适 3）控制单元故障 4）速度控制单元与电动机间的连接错误 5）电动机选用不合适或电动机不良 6）相序不正确,（2）状态指示灯显示的报警 三个指示灯亮与不亮，分别代表不同的含义，具体如下： 导致PRDY指示灯不亮，可能的故障原因是： 1）数控系统或伺服驱动器(速度控制单元)存在报警； 2）速度控制单元熔断器熔断； 3）伺服变压器过热、变压器温度检测开关动作； 4）来自机床侧的原因； 5）系统的位置控制或驱动器速度控制的印制电路板不良； 6）辅助电源电压异常，即：+5V，+24V，+15V，-15V电源故障； 7）安
9、装、接触不良； 8）驱动器发生TGLS或OVC报警。,导致TGLS指示灯亮，可能的原因有： 1）作为速度反馈部件（如测速发动机或脉冲编码器）的测量信号线断线或连接不良； 2）电动机的电枢线断线或连接不良； 导致OVC指示灯亮，可能的原因有： 过电流设定不当，应检查速度控制单元上的过电流设定电位器RV3的设定是否正确； 电动机负载过重，应改变切削条件或机械负载，检查机械传动系统与进给系统的安装与连接； 电动机运动有振动，应检查机械传动系统、进给系统的安装与连接是否可靠，测速发动机是否存在不良； 负载惯量过大； 位置环增益过高，应检查伺服系统的参数设定与调整是否正确、合理； 交流输入电压过低，应检
10、查电源电压是否满足规定的要求。,（3）超过速度控制范围 可能的原因有： 1）测速反馈连接错误，如被接成正反馈或断线； 2）在全闭环系统中，联轴器、电动机与工作台的连接不良； 3）位置控制板发生故障，使来自F/V转速的速度反馈信号未输入到速度控制单元； 4）速度控制单元设定不当。,（4）机床振动 可能的原因有： 1）机械系统连接不良，如联轴器损坏等； 2）脉冲编码器或测速发电机不良； 3）电动机电枢线圈不良(如内部短路)； 4）速度控制单元不良； 5）外部干扰； 6）系统振荡。,（5）超调 造成超调，可能的原因有： 1）伺服系统速度环增益太低或位置环增益太高。可以通过调整速度控制单元电位器RVl
11、，提高速度环增益；或通过改变系统的机床参数，降低位置环增益进行优化。此外，还可以通过改变速度控制单元的S6、S7、S9设定等措施解决； 2）提高伺服进给系统和机械进给系统的刚性。,（6）单脉冲进给精度差 可能的原因有： 1）机械传动系统的间隙、死区或精度不足 ； 2）伺服系统速度环或位置环增益太低。 （7）低速爬行 可能的原因有： 1）系统不稳定，产生低速振荡； 2）机械传动系统惯量过大。,（8）圆弧切削时切削面出现条纹 可能的原因有： 1）伺服系统增益设定不当：可以通过降低位置增益、提高速度环增益解决； 2）检查、确认速度控制单元的CHll端子上的电流波形，确认电流是否连续； 3）检查机械传
12、动系统是否有连接松动、间隙等。,任务5.3 直流伺服驱动系统故障诊断与维修 5.3.3 晶体管直流脉宽调制PWM伺服驱动 仍然以与FANUC6系统配套的直流伺服系统为例，说明晶体管直流脉宽调制PWM伺服驱动单元的结构、工作原理、接口及常见故障的诊断与维修。 1晶体管直流脉宽调制PWM伺服驱动单元结构 2PWM速度控制单元主回路分析,作为主回路，PWM与SCR速度控制的主要区别是PWM速度控制单元的直流母线上增加了由斩波管Q1、直流过电压释放电阻DCR等组成的直流母线电压调节回路。 直流母线电压调节回路的作用有两方面， 一是当主接触器MCC断开时，直接通过MCC的常闭触点与过电压释放电阻DCR有
13、效释放直流母线上的电压； 二是通过速度控制单元的内部直流母线上电压检测，在速度控制单元因制动等原因使直流母线电压超过规定值时，可以通过这一环节，防止直流母线过电压。,PWM速度控制单元无CRT报警显示的常见故障处理方法如下： （1）机床失控 造成机床失控常见的原因及处理方法如下： 1）位置检测、速度检测信号不良：应检查连线，检查位置、速度环是否为正反馈； 2）电动机或位置编码器故障：有DON检查； 3）主板或速度控制单元故障,（2）机床振动 造成机床振动常见的原因及处理方法如下： 1）位置控制系统参数设定错误：对照系统参数说明检查原因； 2）速度控制单元设定错误：对照速度控制单元说明或根据机床
14、厂提供的设定单检查设定； 3）机床振动与进给速度成正比：与机床、检测器、电动机不良有关，或与插补精度差、检测增益设定太高有关，应更换或维修不良部分，调整相关参数。 4）机床振动周期基本相同，与进给速度无关：短接速度控制单元CH5、CH6，检查振动是否消除，若振动消除，说明机床和速度控制单元匹配不良，应重新设定，更换或调整伺服单元；若振动未消除，说明速度单元控制板不良，应更换控制板。,（3）定位精度和加工精度差 机床定位精度和加工精度差可分为定位超调、单脉冲进给精度差、定位点精度不好、圆弧插补加工圆度差等情况，具体分析如下： 1）超调：加减速时间设定过小，可检查电动机起动、制动电流是否已经饱和；
15、电动机与机床连接部分刚性差或连接不牢固也是引起超调的原因； 2）单脉冲精度差：通过DON800803，检查定位时位置跟随误差是否正确；检查机械部件的安装精度与定位精度；是否为伺服系统的增益不足，调整速度控制单元上的RV1，提高速度增益； 3）定位精度不良：通过DON800803，检查定位时位置跟随误差是否正确；检查机械部件的安装精度与定位精度；位置控制单元是否不良，必要时更换位置单元板（主板）；检查是否存在位置检测器件不良；是否为速度控制单元控制板不良； 4）圆弧插补加工圆度差：机床反向间隙大、定位精度差；位置环增益设定不良；各插补轴的检测增益设定不良；感应同步器或旋转变压器接口板调整不良。,
16、直流伺服驱动维修实例,例5-4 运动失控的故障维修 故障现象：一台配套FANUC 6ME系统的加工中心，由于伺服电动机损伤，在更换了X轴伺服电动机后，机床一接通电源，X轴电动机即高速转动，CNC发生ALM410报警并停机。 例5-5 速度控制单元无报警指示的故障维修 故障现象：一台配套FANUC 7M系统的加工中心，开机时，系统CRT显示ALM05、ALM07报警。 例5-6 速度控制单元HCAL报警的故障维修 故障现象：一台配套FANUC 6ME的数控冲床，开机时CRT显示ALM401报警，且Y轴速度控制单元上HCAL报警灯亮。 例5-7 速度控制单元BRK报警的故障维修 故障现象：一台采用FANUC 6M系统，配套FANUC DCl0型PWM直流伺服驱动系统的数控铣床，在自动运行过程中突然停机，CNC出现ALM401、ALM431报警。 更换同规格的浪涌吸收器后，在测量
