第4章 伺服数控系统的故障诊断与维护.ppt

第4章 伺服数控系统的故障诊断与维护 ;*;; 数控机床的伺服系统是机床主体和数控装置（CNC）的联系环节，是数控机床的重要组成部分，是关键部件，故称伺服系统为数控机床的三大组成部分之一。伺服系统包括伺服驱动、伺服控制、检测及反馈等环节，它接受来自数控装置（CNC系统）的指令信号，经过放大和转换，驱动机床执行件跟随指令脉冲运动，实现预期的运动，并保证动作的快速和准确。 根据应用场合和对控制性能要求的不同，伺服系统具有多种不同的结构形式。按照系统的构造特点，大体上可以将其分为四种基本结构类型，即：开环伺服系统、半闭环伺服系统、全闭环伺服系统和混合闭环伺服系统。;1．开环伺服系统 开环伺服系统是一种没有位置反馈的位置控制系统。它的伺服机构按照指令装置发出来的位置移动指令，驱动机械作相应的运动，但并不对机械的实际位移量或转角进行检测，从而也无法将其与指令值进行比较。它的位置控制精度只能靠伺服机构本身的传动精度来保证。 早期简易型的数控机床的进给驱动位置伺服系统，常采用步进电动机为主要部件的开环位置伺服系统，结构如图4-1所示。 ;2．半闭环位置伺服系统 与开环位置伺服系统不同，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。由于位置检测器不是直接装在执行机械上，位置闭环只能控制到电机轴为止，所以被称之为半闭环，它只能间接的检知当前的位置信息，且也难以随时修正、消除因电动机轴后传动链误差引起的位置误差。数控机床进给驱动最常用的半闭环位置伺服系统如图4-2所示。 ;3．全闭环位置伺服系统 全闭环位置伺服系统典型构成方法如图4-3所示。它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。但是，在实际的数控机床系统中却极少采用全闭环结构方案。 4 混合闭环位置伺服系统 对有的执行机械（如重型机床工作台），位置伺服系统采用半闭环结构虽然容易整定，但很难补偿其机械传动部分引起的位置误差，使位置控制精度不能达到要求的指标；采用全闭环结构系统又很难整定，系统闭环后因环内多种非线性因素诱发的振荡很难消除。于是，人们提出系统中同时存在半闭环和全闭环。如图4-4所示。;4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护 ;5. 要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力，并且加减速时间短； 6. 为满足加工中心自动换刀以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控制； 7. 在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴（C轴）的控制功能。 ;为满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴电动机必须具备下述功能： ① 输出功率大。 ② 在整个调速范围内速度稳定，且恒功率范围宽。 ③ 在断续负载下电动机转速波动小，过载能力强。 ④ 加速时间短。 ⑤ 电动机温升低。 ⑥ 振动、噪声小。 ⑦ 电动机可靠性高，寿命长，易维护。 ⑧ 体积小、质量轻。;1．直流主轴驱动装置 直流主轴电动机的结构与永磁式伺服电动机不同，要求能输出大的功率，所以一般是他磁式。为缩小体积，改善冷却效果，以免电动机过热，常采用轴向强迫风冷或采用热管冷却技术。 2．交流主轴驱动装置 ① 交流异步伺服系统 ② 交流同步伺服系统; 当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障；主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴伺服系统常见故障有： (1) 过载 (2) 主轴不能转动 (3)主轴转速异常或转速不稳定 (4)主轴振动或噪声太大 (5)主轴加/减速时工作不正常; (6)外界干扰 (7)主轴速度指令无效 (8)主轴不能进行变速 (9)主轴只能单向运行或主轴转向不正确 (10)螺纹加工出现“乱牙”故障 (11)主轴定位点不稳定或主轴不能定位; 模拟量控制的主轴驱动装置常采用变频器实现控制。数控车床主轴驱动以及普通机床的改造中多采用变频器控制。作为主轴驱动装置用的变频器种类很多，下面以日立变频器为例进行介绍。图4-5所示为日立变频器的实物图。 1．变频器接线端子及连接 2．SJ100变频器面板操作 3．变频器常见功能参数;4．基本参数设定 5．SJ100变频器与FANUC 0i mate C数控系统连接 图4-11所示为某数控车床主轴驱动装置的接线图，以该图为例具体说明FANUC 0i mate c系统，数控机床与变频器的信号流程与功能。 6．变频器故障