《数控机床故障诊断与维修 教学课件 PPT 作者 刘树青 4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 教学课件 PPT 作者 刘树青 4伺服系统故障诊断与维修（115页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 伺服系统的故障诊断及维修,4.1 伺服系统,数控机床的伺服系统是以直线运动或旋转运动作为控制对象的自动控制系统，习惯上又称为驱动系统。它接受来自数控装置的位移、速度指令，经变换、调节和放大后驱动执行元件，转化为各进给轴及主轴的直线或旋转运动，是联系数控装置(CNC)和机床的中间环节，是数控机床的重要组成部分。,4.1.1伺服系统工作原理,半闭环伺服系统,如图所示是数控机床的半闭环伺服系统，反馈信号取自伺服电机，通过采样其旋转角度进行检测，而不是直接检测最终运动部件的实际位置,全闭环伺服系统,4.1.1伺服系统工作原理,如图所示是数控机床的全闭环伺服系统，位置反馈信号取自最终运动部件，直
2、接采样其直线位移信号进行检测。,1.检测信号的反馈形式,2.数控机床对伺服系统的要求,（1）精度高 （2）调速范围宽 （3）快速响应 （4）低速大转矩,4.1.2 常用检测反馈元件,检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分。它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号。检测系统的精度和数控机床的加工精度紧密相关，高精度的数控机床必须有高精度的检测元件作为保证。,1.旋转变压器,旋转变压器是一种常用的角位移检测元件，由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此曾被广泛应用在数控机床上。,旋转变压器的输出为模拟量信号，精度不如数字量输出的检测元件，但结构简单、坚固、耐热、耐冲击
3、、抗干扰、信号输出幅度大、成本低，适用于恶劣环境。,2.旋转编码器,旋转编码器是一种旋转式脉冲发生器，用于角位移的测量，同时也作为速度检测装置,旋转编码器,光电式旋转编码器的结构示意图,增量式旋转编码器的结构如图所示。在一个圆盘的圆周上刻有相等间距的线纹，称为圆光栅。圆光栅和工作轴一起旋转。与圆光栅相对的，平行放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅。上面制有相差1/4节距的两个狭缝，称为辨向狭缝。此外，还有一个零位狭缝（一转发出一个脉冲）。,光电式旋转编码器的输出波形,如图所示，A和B信号的相位相差90，经放大整形后成为方波形信号。通过判断A、B两相信号的相位，可以确定电机的旋转方向，通过对脉冲
4、计数，可以知道电机转过的角度。,绝对式旋转编码器是一种直接编码、直接测量的检测装置，它能指示绝对位置，没有累积误差。 二进制码盘的计数图案的改变按二进制规律变化。格雷码的计数图案的切换每次只改变一位，误差可以控制在一个单位内。,FANUC控制用编码器,型号中字母“A”表示绝对值编码器，字母“I”的为增量式编码器。 FANUC编码器并没有输出常见的A、B、Z、 并行六脉冲信号，只有两根信号线RD、*RD，这是串行输出，编码器和伺服驱动装置之间有专门的通讯协议，为串行编码器。,由于编码器是光电元件，在使用过程中要注意以下几点：,编码器安装后的径向跳动要小于0.1mm； 编码器安装环境不能有强烈的振
5、动，避免敲击； 编码器不能承受过大的径向力； 编码器安装环境不能有严重的粉尘、油雾污染。,3.光栅尺,海德汉公司的封闭式直线光栅尺,光栅尺是高精度的直线位移测量元件，在高精度的数控机床上，常使用光栅尺作为位置检测装置。,海德汉封闭式直线光栅尺结构示意图,光栅尺由标尺光栅和扫描单元两部分组成，铝制外壳可以保护光栅尺、扫描单元和轨道免受灰尘、切屑和切削液的影响。标尺光栅一般安装在机床的活动部件上，如工作台。扫描单元安装在机床固定部件上。扫描光栅安装在扫描单元中。,扫描单元的工作原理,扫描单元由光源、聚光镜、扫描光栅、光敏元件和驱动电路等组成,光栅在使用过程中要注意以下几点：,光栅尺在使用过程中，要
6、避免受到灰尘、油液、冷却液的污染，造成信号丢失，影响位置控制精度。 光栅尺拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏。,4.磁栅尺,磁栅又叫磁尺，是一种直线位移检测装置，它由磁性标尺、拾磁磁头和检测电路组成。磁栅测量精度较高、安装调整方便，对使用环境要求低，如对周围的电磁场的抗干扰能力较强，在油污和粉尘较多的场合使用有较好的稳定性，长度在2米以上性价比优势愈加明显 。,5.激光尺,利用激光干涉的原理，但是比激光干涉仪更适合于工业应用而不是标定。适用于半导体、量规及机床等精度要求高的场合。,4.2 FANUC伺服驱动系统故障诊断及维修,目前，在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺
7、服系统，有模拟形式、数字形式和软件形式三种类型。 常用的交流主轴驱动系统有变频驱动和伺服驱动，习惯上又称为变频主轴和伺服主轴。,4.2.1 FANUC伺服驱动系统,1.分类 FANUC伺服驱动系统包括伺服放大器和伺服电机，不同系列的伺服放大器产品有一体式和模块式两种形式。,2 FANUC伺服驱动系统的连接,FANUCi系列伺服放大器各模块之间的连接,1）.FANUCi系列伺服放大器电源模块（PSM）端子及接口,STATUS（1位7段LED）：电源模块状态显示。 “ ”：电源模块未起动就绪。 “O ”：电源模块起动就绪。 “#”：电源模块报警代码。 CX1A：交流200V电压输入/输出端子。 C
8、XA2A：模块信息信号、+24V-OV及系统急停信号。与伺服模块CXA2B连接。 CX3：主电源MCC控制信号的连接器 。 CX4： ESP急停信号连接器。 L1、L2、L3：电源模块电源输入端子（有标准型AC200V和高压型AC400V）。,2）.FANUCi系列伺服放大器主轴模块(SPM)端子及接口,TBl：直流电源输入端。该接口与电源模块直流电源输出端、伺服模块的直流输入端连接。 STATUS：用于表示主轴模块所处的状态，出现异常时，显示相关的报警代码。 CXA2B：直流24 V输入接口。一般该接口与电源模块的CXA2A连接，接收急停信号。 CXA2A：直流24 V输出接口。一般该接口与
9、下一伺服模块地CXA2B连接，输出急停信号。 直流回路连接充电状态LED：在该指示灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行各种操作，否则有触电危险。 JX1A：模块连接接口。该接口一般与电源的JX1B连接，作通信用。 JA7B：通信串行输入连接接口。该接口与控制单元的JA7A(SPDL1)接口相连。 JA7A：通信串行输出连接接口。该接口与下一主轴(如果有的话)的JA7B接口连接。 JYA2：脉冲发生器，内置探头和电机CS轴探头连接接口。 JYA3：主轴位置编码器接口。,3）.FANUCi系列伺服放大器伺服模块(SVM)端子及接口,BATTERY：伺服电动机绝对编码器的电池盒（DC6V）。 STATU
10、S：伺服模块状态指示窗口。 CX5X：绝对式编码器电池接口。 C0P10A：伺服高速串行总线（HSSB）输出接口。与下一个伺服单元的C0P10B连接（光缆）。 C0P10B：伺服高速串行总线（HSSB）输入接口。与CNC系统的C0P10A连接（光缆）。 JX5：伺服检测板信号接口。 JF1、JF2：伺服电动机编码器信号接口。 CZ2L、CZ2M：伺服电动机动力线连接插口。,适用与FANUC 0i Mate系统的i伺服单元,(a)is系列单轴型伺服单元 (b)iSVSP一体型伺服单元(SVSP),FANUCi系列伺服单元端子及接口,is系列单轴型伺服单元的连接,iSVSP一体型伺服单元的连接,3
11、 主轴准停功能,主轴准停又称为主轴定向，是指主轴周向的准确定位功能。主轴准停功能的作用主要有: 自动换刀的数控铣镗类机床,为保证自动换刀时主轴停止在某一固定的位置上（刀柄上的键槽必须与主轴的凸键对准）； 在精镗时为不使刀尖划伤已加工的表面,退刀时要让刀尖在固定位置退出加工表面一个微小量。,通过主轴外接编码器实现主轴准停控制。主轴电机与主轴之间可以采用任意传动比，主轴具有刚性攻丝功能。,主轴定向是对主轴位置的简单控制,可以选用以下几种元件作为位置信号:,2）通过主轴电机内装编码器实现主轴准停控制，主轴电动机与主轴必须直连或采用1：1传动比的齿轮、齿形带连接。,3）通过外装主轴一转信号（接近开关）
12、和电机内装传感器实现主轴准停控制, 主轴电机与主轴之间可以采用任意传动比。,准停指令M19经CNC译码后，经PLC的DECB指令分配到R0002.3，如图所示。F45.1是主轴停止的检测信号，当主轴实际速度小于参数4024的设定值时，该位为“1”，G70.6为“1”，向CNC发出定向指令信号。如果主轴手动控制准停有效，而自动(M19)无效时，可以通过系统梯形图，查看主轴准停信号G70.6为1及M19执行的条件是否满足。,4 FANUC伺服有关参数的设置,1).伺服初始化的准备 首先确认以下基本数据，以便进行初始化工作。 数控系统的型号。 伺服电动机的型号、规格、电机代码。 电动机内装的脉冲编码
13、器的型号、规格。 伺服系统是否使用外部位置检测器件，如使用，需要确认其规格型号。 电动机每转对应的工作台移动距离。 机床的检测单位及数控系统的指令单位。,2).伺服初始化的步骤 选择MDI 方式，按下功能键 。按下软键SETING显示设置数据画面，用光标键移动光标到PARAMETER WRITE。按软键OPRT和1:ON使参数写入开关置1，于是参数可以写入。此时，CNC 出现报警P/S No.100。,确认PRM31111的0（SVS）=1,才可以显示伺服设定画面。按功能键 ，再按扩展键，找到软键 SV-PRM。按 SV-PRM软键，显示伺服设定画面。,初始设定位 电机代码 AMR功能 CMR
14、 指令倍乘比 进给齿轮比N/M,例3.1 机床直线轴的分辨率为1m，电机和丝杆的传动比为1，计算进给齿轮比N/M。,例3.2 对于机床的旋转轴，电机和旋转工作台之间的减速比为1/10，工作台的分辨率为1/1000度,计算进给齿轮比N/M。 电机每转一圈工作台旋转360/10度，工作台每旋转1度所需脉冲数为1000，则电机一转所需脉冲数为36000 。 所以，进给齿轮比N/M=36000/1000000=36/1000,移动方向 速度脉冲数、位置脉冲数 速度脉冲数、位置脉冲数的设定 参考计数器,3）.伺服FSSB设定,按功能键system。可以打开放大器设定画面和轴设定设定画面。 FANUC伺服
15、系统通过FANUC 串行伺服总线FSSB光缆（或高速串行伺服总线HSSB）与CNC控制单元连接，需要设定参数PRM1023、1905、19101919、1936 、1937。 伺服FSSB的设定方法有手动设定和自动设定之分，由PRM1902的0（FMD）的值决定。 FMD=1：手动设定方式,上述参数需要手工设定；FMD=0：自动设定方式。,伺服放大器设定画面,轴设定画面,在FSSB自动设定时，伺服放大器必须通电，否则不能正确设定，如果设置不正确，则会引起报警。,4）.伺服调整,按功能键system，再按扩展键，按软键SV-PRM,找到软键 SV-TUN。按 SV-TUN软键，显示伺服调整画面。
16、该画面中参数，对机床的性能有重要影响，必需仔细调整。,4.2.2 FANUC伺服系统故障诊断及维修,伺服驱动系统的故障表现形式有三种： 在LCD或操作面板上显示报警内容或报警信息； 在驱动装置上用报警灯或数码管显示故障内容； 伺服驱动系统工作不正常但无任何报警信息。,1.FANUC主轴伺服系统的故障诊断及维修,主轴伺服系统常见故障有： 外界干扰 过载 主轴定位抖动 主轴转速与进给不匹配 转速偏离指令值 主轴异常噪声及振动 主轴电动机不转,例3.3 某台数控车床通电起动后出现750报警，经多次断电通电起动都出现该报警。,故障分析： CNC 开机时，如果串行主轴放大器（SPM）没有达到正常的起动状态，发生此报警。此报警不是在CNC 系统（带有主轴放大器）正常起动后发生的。是在电源接通过程中发生故障时引发的。 可能的原因包括： 接触不良、接线不良、或电缆的连接错误； CNC 开机时主轴放大器处于报警状态； 参数设定错误； CNC 的印刷电路板故障； 主轴放大器故障。 处理方法： 根据维修手册说明，首先检
