现代数控机床调试与维护 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
故障诊断与维护主轴速度误差过大报警：
主轴速度误差过大报警的检出，是反映实际检测到的主轴电机速度与M03或M04中给定的速度指令值相差过大。这个报警也是FANUC系统常见的报警之一，主要引起原因是主轴速度反馈装置或外围负载的问题。如下图所示为主轴电机速度反馈和分离编码器联接结构。请从速度检测角度分析报警产生的原因及其解决方法。2024/9/3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，所以被称为半闭环，它只能间接的检知当前的位置信息，且难以随时修正、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4.要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽；
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