《数控机床伺服系统的故障诊断与维修实例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床伺服系统的故障诊断与维修实例（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计（论文） 题 目数控机床伺服系统的故障诊断与修理实例 指导老师 系 部 机 电 工 程 系 专 业 数 控 技 术 姓 名 学 号 2008年12 月 1 日摘 要伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为限制对象，以限制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动限制理论的指导下组成的电气传动自动限制系统。这类系统限制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种困难的机械运动，
2、从而加工出用户所要求的困难形态的工件。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、限制、驱动及爱护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代限制技术的进步，经验了从步进到直流，进而到沟通的发展历程。数控机床中的伺服系统种类繁多，本文通过分析其结构及故障出现缘由、检查方法等来论述。 编者 2008-12-01书目前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4第
3、一章数控伺服系统概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5其次章数控设备故障分析诊断的方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8第三章数控伺服系统故障及诊断3.1 主轴伺服系统故障及诊断. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103.2 进给伺服系统的故障与诊断. . . . . . .
4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12第四章数控伺服系统故障修理实例4.1机床主轴伺服系统的故障及修理实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.2机床进给伺服系统的故障及修理实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15结束语. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5、 . . .18参考资料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19前言数控机床是技术密集型和学问密集型的机电一体扮装备。它以自动化传感检测计算机液压以及光电激光等技术为基础，在机械加工领域实现了高精度高速度和高自动化加工，代表了现代机床的发展方向。与一般机床完全依靠人工限制操作不同，数控机床工作是通过装在机床上的数字式程序限制系统阅读和处理数字指令式机床完成规定动作的，因而机床电子系统与机械液压等系统的交接部位就成为了
6、日常维护和保养的重点，这些部位的故障诊断和修理工作就是数控机床修理故障探讨的主要对象。随着我国制造业装备水平的提高，各类数控机床在企业生产中的作用越来越重要。但是，数控机床的广泛应用也给我们带来了一些新问题。首先，数控机床精度高，生产率高，因此它一旦发生故障停机，所造成的损失会比一般机床大的多。其次数控机床本身价格昂贵，其投资比一般机床高很多。从投入产出的角度讲，高投入应当带来高收益。达到这一目的重要保证是充分发挥数控机床的高效率，保证其开动率，是机床的平均无故障间隔时间增大，故障诊断修复时间削减。作为机电一体化的典型产品，数控机床本身的技术综合性和困难性很强，这给数控机床的管理运用和修理等工
7、作提出了新的要求。目前，由于企业中缺乏驾驭机电一体化技术的修理人员，并且由于数控机床修理学问和阅历不足，造成了数控机床维护和修理实力普遍低的局面，进而干脆影响了数控机床的开动率，降低了它的运用效率。随着现代化CNC系统牢靠性以及机床自诊断实力的不断提高，特殊是人类对数控机床故障诊断与修理方法特点相识的不断加深，这一被动局面将得到改观。然而数控机床的故障类型是多种多样的，也是困难多变的。我主要谈论的是数控机床发生故障部件方面的问题，是数控机床伺服系统方面的故障修理与分析以及一些实例。编者 2008-12-01第一章伺服系统的概述伺服系统伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为限制对象，以限制器为
8、核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动限制理论的指导下组成的电气传动自动限制系统。这类系统限制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种困难的机械运动，从而加工出用户所要求的困难形态的工件。 作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、限制、驱动及爱护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代限制技术的进步，经验了从步进到直流，进而到沟通的发展历程。
9、数控机床中的伺服系统种类繁多，本文通过分析其结构及简洁归分，对其技术现状及发展趋势作简要探讨。伺服系统的结构及分类 从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：限制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机。限制器依据数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调整限制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按限制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调整电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的沟通电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。 附图中的主要成分变更多样，其中任何部分的变更都可构成不同种类的伺服系统。如依据驱动电动机的类型，可将其分为直流伺服
10、和沟通伺服；依据限制器实现方法的不同，可将其分为模拟伺服和数字伺服；依据限制器中闭环的多少，可将其分为开环限制系统、单环限制系统、双环限制系统和多环限制系统。考虑伺服系统在数控机床中的应用，本文首先按机床中传动机械的不同将其分为进给伺服与主轴伺服，然后再依据其他要素来探讨不同伺服系统的技术特性。进给伺服系统的现状与展望进给伺服以数控机床的各坐标为限制对象，产朝气床的切削进给运动。为此，要求进给伺服能快速调整坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置限制。具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。依据系统运用的电动机，进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、沟通伺服和直线伺服。（一）步进伺服
11、系统 步进伺服是一种用脉冲信号进行限制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的限制系统。其角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过变更脉冲频率可调整电动机的转速。假如停机后某些绕组仍保持通电状态，则系统还具有自锁实力。步进电动机每转一周都有固定的步数，如500步、1000步、50 000步等等，从理论上讲其步距误差不会累计。 步进伺服结构简洁，符合系统数字化发展须要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移动速度越低。特殊是步进伺服易于失步，使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造。但近年发展起来的恒斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动和混合伺服技术，使得步进电动机的
12、高、低频特性得到了很大的提高，特殊是随着智能超微步驱动技术的发展，将把步进伺服的性能提高到一个新的水平。（二）直流伺服系统 直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上。与电磁转矩相关的是相互独立的两个变量主磁通与电枢电流，它们分别限制励磁电流与电枢电流，可便利地进行转矩与转速限制。另一方面从限制角度看，直流伺服的限制是一个单输入单输出的单变量限制系统，经典限制理论完全适用于这种系统，因此，直流伺服系统限制简洁，调速性能优异，在数控机床的进给驱动中曾占据着主导地位。 然而，从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，常常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产
13、生电磁干扰。同时机械换向器的换向实力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向实力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 （三）沟通伺服系统 针对直流电动机的缺陷，假如将其做“里翻外”的处理，即把电驱绕组装在定子、转子为永磁部分，由转子轴上的编码器测出磁极位置，就构成了永磁无刷电动机，同时随着矢量限制方法的好用化，使沟通伺服系统具有良好的伺服特性。其宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，使其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美。同时可实现弱磁高速限制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。
14、 目前，在机床进给伺服中采纳的主要是永磁同步沟通伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置限制通常由上位机实现。数字伺服可实现一机多用，如做速度、力矩、位置限制。可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以数字方式设定，稳定性好。具有较丰富的自诊断、报警功能。软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。其将各种限制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。运用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进入工作状态。配有数字接口，变更工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。 沟通伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展
15、而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进限制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服限制成为可能。 （四）直线伺服系统 直线伺服系统采纳的是一种干脆驱动方式（Direct Drive），与传统的旋转传动方式相比，最大特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方式，带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标，如加速度可达3g以上，为传统驱动装置的1020倍，进给速度是传统的45倍。从电动机的工作原理来讲，直线电动机有直流、沟通、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种方式；而从结构来讲，又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。目前应用到数控机床上的主要有高精度高频响小行程直线电动机与大推力长行程高精度直
