常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护课程授课教案 NO:10 授课日期 授课班级03机电33103机电332 课是 伺服系统故障诊断(二) 授课类型 讲授 课时数 教学 目的 重点 难点 教具 挂图 教学过程 教学方法 及 主要教学内容 的运用 时间分配 2进给伺服系统 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 轴的位置控制。数控系统根据输入的程序指令及数据,经插补运 算后得到位置控制指令,同时,位置检测装置将实际位置检测信 号反馈于数控系统,构成全闭环或半闭环的位置控制。经位置比 较后,数控系统输出速度控制指令至各坐标轴的驱动装置,经速 度控制单元驱动伺服电动机带动滚珠丝杠传动进行进给运动。伺 服电动机上的测速装置将电动机转速信号与速度控制指令比较 构成速度环控制。因此,进给伺服系统实际上是外环为位置环 内环为速度环的控制系统。对进给伺服系统的维护及故障诊断将 落实到位置环和速度环上。组成这两个环的具体装置有:用于位 置检测的光栅、光电编码器、感应同步器、旋转变压器和磁柵等 用于转速检测的测速发电机或光电编码器等。进给驱动系统由直 流或交流驱动装置及直流和交流伺服电动机组成 21常见进给驱动系统介绍 21.1直流进给驱动系统 2111 FANUC公司直流进给驱动系统 从1980年开始, FANUC公司陆续推出了小惯量L系列、中 惯量M系列和大惯量H系列的直流伺服电动机。中、小惯量伺服
1 常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO: 10 授课日期 授课班级 03 机电 331 03 机电 332 课题 伺服系统故障诊断（二） 授课类型 讲 授 课时数 教 学 目 的 重 点 难 点 教 具 挂 图 教学过程 及 时间分配 主 要 教 学 内 容 教学方法 的运用 2 进给伺服系统 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 轴的位置控制。数控系统根据输入的程序指令及数据，经插补运 算后得到位置控制指令，同时，位置检测装置将实际位置检测信 号反馈于数控系统，构成全闭环或半闭环的位置控制。经位置比 较后，数控系统输出速度控制指令至各坐标轴的驱动装置，经速 度控制单元驱动伺服电动机带动滚珠丝杠传动进行进给运动。伺 服电动机上的测速装置将电动机转速信号与速度控制指令比较， 构成速度环控制。因此，进给伺服系统实际上是外环为位置环， 内环为速度环的控制系统。对进给伺服系统的维护及故障诊断将 落实到位置环和速度环上。组成这两个环的具体装置有：用于位 置检测的光栅、光电编码器、感应同步器、旋转变压器和磁栅等； 用于转速检测的测速发电机或光电编码器等。进给驱动系统由直 流或交流驱动装置及直流和交流伺服电动机组成。 2.1 常见进给驱动系统介绍 2.1.1 直流进给驱动系统 2.1.1.1 FANUC 公司直流进给驱动系统 从 1980 年开始，FANUC 公司陆续推出了小惯量 L 系列、中 惯量 M 系列和大惯量 H 系列的直流伺服电动机。中、小惯量伺服
电动机采用PWM速度控制中元,大惯里伺服电动机采用晶闸管 速度控制单元。驱动装置具打多种保护功能,如过速、过电流、 过电压和过载等。 2112 SIEMENS公司直流进给驱动系统 SIEMENS公司在70年代中期推出了IHU系列是永磁式直流 伺服电动机,规格有1HU504、1HU305、IHU307、IHU310和 IHU313。与伺服电动机配套的速度控制单元有6RA20和6RA26 两个系列,前者采用晶体管PWM控制,厅各采用晶闸管控制。 驱动系统除了各种保护功能外,另具有热效应监控等功能。 2113 MITSUBISH公司直流进给驱动系统 MITSUBISⅢ公司的HD系列永磁式直流伺服电动机、规格 有HD21、HD4、HD81、HD101、HD201和HD301等:配套的 6R系列伺服驱动单,采用晶体管PWM控制技术,具备过载、过 电流、过电压和过速保护,带有电流监控等功能。 2.1.2交流进给驱动系统 2121 FANUC公司交流进给驱动系统 FANUC公司在80年代中期推出了晶体管PWM控制的交流 驱动单元和永磁式三相交流同步电动机,电动机有s系列、L系 列、SF系列和T系列,驱动装置有α系列交流驱动单元等。 2122 SIEMENS公司交流进给驱动系统 1983年以来, SIEMENS公司推出了交流驱动系统,由6SC610 系列进给驱动装置和6SC61lA( SIMODRIVE61|A系列进给驱动 模块、1FT5和1FT6系列永磁式交流同步电动机组成。驱动采用 晶体管PWM控制技术,带有热监控存功能。另外, SIEMENS公 司还有用于数字伺服系统的 SIMODRIVE6lD系列进给驱动模 2123 MITSUBISH公司交流进给驱动系统 MITSUBISHI公司的交流驱动单元有通用型的MRJ2系列, 采用PWM控制技术,交流伺服电动机有HG-MF系列、HA-PF 系列、HC-SF系列和HC-RF系列。另外, MITSUBISH公司还有 用于数字伺服系统的MDS-SVJ2系列交流驱动单元。 22.4A-B公司交流进给驱动系统 A一B公司的交流驱动系统有1391系统交流驱动单元和1326 型交流伺服电动机。另外,还有1391—DES系列数字式交流驱动 单元,相应的伺服电动机有139—DESl5、1391—DES22 和1391—DES45三种规格 213步进驱动系统 在步进电动机驱动的开环控制系统中.典型的产品有KT400 数控系统及KT300步进驱动装置, SINUMERIK802S数控系统配 STEPDRIVE步进驱动装置及IMP5五相步进电动机等 2
2 电动机采用 PWM 速度控制中元，大惯里伺服电动机采用晶闸管 速度控制单元。驱动装置具打多种保护功能，如过速、过电流、 过电压和过载等。 2.1.1.2 SIEMENS 公司直流进给驱动系统 SIEMENS 公司在 70 年代中期推出了 lHU 系列是永磁式直流 伺服电动机，规格有 1HU504、1HU305、lHU307、1HU310 和 1HU313。与伺服电动机配套的速度控制单元有 6RA20 和 6RA26 两个系列，前者采用晶体管 PWM 控制，厅各采用晶闸管控制。 驱动系统除了各种保护功能外，另具有热效应监控等功能。 2.1.1.3 MITSUBISHI 公司直流进给驱动系统 MITSUBISHI 公司的 HD 系列永磁式直流伺服电动机、规格 有 HD21、HD4l、HD81、HD101、HD201 和 HD301 等；配套的 6R 系列伺服驱动单，采用晶体管 PWM 控制技术，具备过载、过 电流、过电压和过速保护，带有电流监控等功能。 2.1.2 交流进给驱动系统 2.1.2.1 FANUC 公司交流进给驱动系统 FANUC 公司在 80 年代中期推出了晶体管 PWM 控制的交流 驱动单元和永磁式三相交流同步电动机，电动机有 s 系列、L 系 列、SF 系列和 T 系列，驱动装置有 α 系列交流驱动单元等。 2.1.2.2 SIEMENS 公司交流进给驱动系统 1983 年以来，SIEMENS 公司推出了交流驱动系统，由 6SC610 系列进给驱动装置和 6SC611A(SIMODRIVE611A)系列进给驱动 模块、1FT5 和 1FT6 系列永磁式交流同步电动机组成。驱动采用 晶体管 PWM 控制技术，带有热监控存功能。另外，SIEMENS 公 司还有用于数字伺服系统的 SIMODRIVE 6l1D 系列进给驱动模 块。 2.1.2.3 MITSUBISHI 公司交流进给驱动系统 MITSUBISHI 公司的交流驱动单元有通用型的 MR-J2 系列， 采用 PWM 控制技术，交流伺服电动机有 HG-MF 系列、HA-PF 系列、HC-SF 系列和 HC-RF 系列。另外，MITSUBISHI 公司还有 用于数字伺服系统的 MDS-SVJ2 系列交流驱动单元。 2.1.2.4 A—B 公司交流进给驱动系统 A—B 公司的交流驱动系统有 1391 系统交流驱动单元和 1326 型交流伺服电动机。另外，还有 1391—DES 系列数字式交流驱动 单元，相应的伺服电动机有 139l—DESl5、1391—DES22 和 1391—DES45 三种规格。 2.1.3 步进驱动系统 在步进电动机驱动的开环控制系统中．典型的产品有 KT400 数控系统及 KT300 步进驱动装置，SINUMERIK 802S 数控系统配 STEPDRIVE 步进驱动装置及 IMP5 五相步进电动机等
22伺服系统结构形式 伺服系统不同的结构形式,主要体现在检测信号的反馈形式 上,以带编码器的伺服电动机为例: 221方式 转速反馈信号与位置反馈信号处理分离,驱动装置与数控系 统配接有通用性。图5-12b为 SINUMERIK800系列数控系统与 SIMODIVE61|A进给驱动模块和1FT5伺服电动机构成的进给伺 服系统 位胃控制模块(测量电路模块) 第1轴 X121 第2轴 第3轴 第3轴 51)p动 区31 ROD PT5伺服电动机光电脉冲编码器 图512伺服系统(方式一) a)框图b) SIEMENS伺服进给系统 数控系统位置控制模块上X141端口的25针插座为伺服输出 口,输出0~±l0ⅴ的模拟信号及使能信号至进给驱动模块上56 14速度控制信号接线端子和65、9使能信号接线端子;位控模块 上的X111、X121和X13端口的15针插座为位置检测信号输人 口,由IFT5伺服电动机上的光电脉冲编码器(ROD320)检测获得 速度反馈信号由1FT5伺服电动机上的二相交流测速发电机检 反馈至驱动模块X3ll插座中 222方式二 伺服电动机上的编码器既作为转速检测,又作为位置检测, 位置处理和速度处理均在数控系统中完成。图5-13b为 FANUC
3 2.2 伺服系统结构形式 伺服系统不同的结构形式，主要体现在检测信号的反馈形式 上，以带编码器的伺服电动机为例： 2.2.1 方式一 转速反馈信号与位置反馈信号处理分离，驱动装置与数控系 统配接有通用性。图 5—12b 为 SINUMERIK800 系列数控系统与 SIMODIVE611A 进给驱动模块和 1FT5 伺服电动机构成的进给伺 服系统。 数控系统位置控制模块上 X141 端口的 25 针插座为伺服输出 口，输出 0~±10v 的模拟信号及使能信号至进给驱动模块上 56、 14 速度控制信号接线端子和 65、9 使能信号接线端子；位控模块 上的 X111、X121 和 X13l 端口的 15 针插座为位置检测信号输人 口，由 1FT5 伺服电动机上的光电脉冲编码器(ROD320)检测获得； 速度反馈信号由 1FT5 伺服电动机上的二相交流测速发电机检测 反馈至驱动模块 X311 插座中。 2.2.2 方式二 伺服电动机上的编码器既作为转速检测，又作为位置检测， 位置处理和速度处理均在数控系统中完成。图 5—13b 为 FANUC
数控系统与用于车床进给控制的a系列2轴交流驱动单元的伺服 系统,伺服电动机上的脉冲编码器将检测信号直接反馈于数控系 统,经位置处理和速度处理,输出速度控制信号、速度反馈信号 及使能信号至驱动单元JVIB和JV2B端口中。 编码 CNC a CNC aJiB 驱动单元 脉冲编码器 图5-13何服系统(方式二) a)椎图b) FANUC伺服迸绐系统 223方式三 编码器 CNC 服驱 湖 Encoder(编码器〕 图5-14伺服系统(方式三 a)框图b)MR]2伺服进给系统
4 数控系统与用于车床进给控制的 α 系列 2 轴交流驱动单元的伺服 系统，伺服电动机上的脉冲编码器将检测信号直接反馈于数控系 统，经位置处理和速度处理，输出速度控制信号、速度反馈信号 及使能信号至驱动单元 JV1B 和 JV2B 端口中。 2.2.3 方式三
伺服电动机上的编码器同样作为速度和位置检测,检测信号 经伺服驱动单元一方面作为速度控制,另一方面输出至数控系统 进行位置控制,驱动装置具有通用性。如图5-14b为由MR-J2伺 服驱动单元和伺服电动机组成的伺服系统。数控系统输出速度控 制模拟信号(0~±10v)和使能信号至驱动单元CNB插座中的1、 针脚和5、8针脚,伺服电动机上的编码器将检测信号反馈至CN2 插座中,一方面用于速度控制,另一方面再通过CNlA插座输出 至数控系统中的位置检测输人口,在数控系统中完成位置控制。 该类型控制同样适用于由 SANYO DENKI P系列交流伺服驱 动单元和P6、P8伺服电动机组成的伺服系统。 在上述三种控制力式中,共同的特点是位置控制均在数抨系 统中进行,且速度控制信号均为模拟信号。 224方式四 [=c哥 编码器 MELDAS 50 CNC 轴驱动单 MDS-sv2驱动单元 Encoder(编码器 框图 15伺服系统(方式四) b)MSSv2伺服进给系统 图5-15a所示为数字式伺服系统。在数字式伺服系统中,数 控系统将位置控制指令以数字量的形式输出至数字伺服系统,数 字伺服驱动单元本身具有位置反馈和位置控制功能,能独立完成 位置控制。数控系统和数字伺服驱动单元采用串行通行的方式 可极大地减少连接电缆,便于机床安装和维护,提高了系统的可 靠性。由于数字伺服系统读取指令的周期必须与数控系统的插补 周期严格保持同步,因此决定了数控系统的伺服系统之间必须有 特定的通信协议。就数字式伺服系统而言,CNC系统与伺服系统
5 伺服电动机上的编码器同样作为速度和位置检测，检测信号 经伺服驱动单元一方面作为速度控制，另一方面输出至数控系统 进行位置控制，驱动装置具有通用性。如图 5--14b 为由 MR-J2 伺 服驱动单元和伺服电动机组成的伺服系统。数控系统输出速度控 制模拟信号(0~±10v)和使能信号至驱动单元 CN1B 插座中的 1、2 针脚和 5、8 针脚，伺服电动机上的编码器将检测信号反馈至 CN2 插座中，一方面用于速度控制，另一方面再通过 CN1A 插座输出 至数控系统中的位置检测输人口，在数控系统中完成位置控制。 该类型控制同样适用于由 SANYO DENKI P 系列交流伺服驱 动单元和 P6、P8 伺服电动机组成的伺服系统。 在上述三种控制力式中，共同的特点是位置控制均在数抨系 统中进行，且速度控制信号均为模拟信号。 2.2.4 方式四 图 5—15a 所示为数字式伺服系统。在数字式伺服系统中，数 控系统将位置控制指令以数字量的形式输出至数字伺服系统，数 字伺服驱动单元本身具有位置反馈和位置控制功能，能独立完成 位置控制。数控系统和数字伺服驱动单元采用串行通行的方式， 可极大地减少连接电缆，便于机床安装和维护，提高了系统的可 靠性。由于数字伺服系统读取指令的周期必须与数控系统的插补 周期严格保持同步，因此决定了数控系统的伺服系统之间必须有 特定的通信协议。就数字式伺服系统而言，CNC 系统与伺服系统
之间传递的信息有:①位置指令和实际位置。(2)速度指令和实际 速度。③扭矩指令和实际扭矩。④伺服驱动及伺服电动机参数 ⑤伺服状态和报警。⑥控制方式命令。图5-15b为三菱 MELDAS 50系列数控系统和MDS-SV2伺服驱动单元构成的数字式伺服系 统。数控系统伺服输出口( SERVO)与驱动单元上的CNA端口实 行串行通信,通信信息经CNIB端口再输出至第二轴驱动单元上 的C№1A端口。伺服电动机上的编码器将检测信号直接反馈至驱 动单元上的CN2瑞口中,在驱动单元中完成位置控制和速度控 能实现数字伺服控制的数控系统还有 FANUC OD SINUMERIK81OD和840D等。 23进给伺服系统的故障形式及诊断方法 231故障形式 当进给伺服系统出现故障时,通常有三种表现方式:一是在 CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息;二是在进给伺服驱 动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障:三是进给运动 不正常,但无任何报警信息。进给伺服系统常见的故障有: 23.1.1超程 当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬 限位时,就会发生超程报警,一般会在CRT上显示报警内容,根 据数控系统说明书,即可排除故障,解除报警 23.12过载 当进给运动的负载过大、频繁正、反向运动以及进给传动链 润滑状态不良时,均会引起过载报警:一般会在CRT上显示伺服 电机过载、过热或过流等报警信息。同时,在强电柜中的进给驱 动单元上,用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信息。 23.13窜动 在进给时出现窜动现象:①测速信号不稳定,如测速装置故 障、测速反馈信号干扰等。②速度控制信号不稳定或受到干扰 ③接线端子接触不良,如螺钉松动等。当窜动发生在由正向运动 向反向运动的瞬间,一般是由于进给传动链的反向间隙或伺服系 统增益过大所致。 23.1.4爬行 发生在起动加速段或低速进给时,一般是由于进给传动链的 润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。 尤其要注意的是,伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器,由于 连接松动或联轴器本身的缺陷,如裂纹等,造成滚珠丝杠转动和 伺服电动机的转动不同步,从而使进给运动忽快忽慢,产生爬行 现象。 23.15振动 分析机床振动周期是否与进给速度有关,①如与进给速度有 关,振动一般与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关;②
6 之间传递的信息有：①位置指令和实际位置。⑵速度指令和实际 速度。③扭矩指令和实际扭矩。④伺服驱动及伺服电动机参数。 ⑤伺服状态和报警。⑥控制方式命令。图 5—15b 为三菱 MELDAS 50系列数控系统和MDS-SVJ2伺服驱动单元构成的数字式伺服系 统。数控系统伺服输出口(SERVO)与驱动单元上的 CNIA 端口实 行串行通信，通信信息经 CN1B 端口再输出至第二轴驱动单元上 的 CN1A 端口。伺服电动机上的编码器将检测信号直接反馈至驱 动单元上的 CN2 瑞口中，在驱动单元中完成位置控制和速度控 制。 能 实现 数 字 伺 服控 制 的 数控 系统还有 FANUC 0D 、 SINUMERIK 810D 和 840D 等。 2.3 进给伺服系统的故障形式及诊断方法 2.3.1 故障形式 当进给伺服系统出现故障时，通常有三种表现方式：一是在 CRT 或操作面板上显示报警内容或报警信息；二是在进给伺服驱 动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障；三是进给运动 不正常，但无任何报警信息。进给伺服系统常见的故障有： 2.3.1.1 超程 当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬 限位时，就会发生超程报警，一般会在 CRT 上显示报警内容，根 据数控系统说明书，即可排除故障，解除报警。 2.3.1.2 过载 当进给运动的负载过大、频繁正、反向运动以及进给传动链 润滑状态不良时，均会引起过载报警：一般会在 CRT 上显示伺服 电机过载、过热或过流等报警信息。同时，在强电柜中的进给驱 动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信息。 2.3.1.3 窜动 在进给时出现窜动现象：①测速信号不稳定，如测速装置故 障、测速反馈信号干扰等。②速度控制信号不稳定或受到干扰。 ③接线端子接触不良，如螺钉松动等。当窜动发生在由正向运动 向反向运动的瞬间，一般是由于进给传动链的反向间隙或伺服系 统增益过大所致。 2.3.1.4 爬行 发生在起动加速段或低速进给时，一般是由于进给传动链的 润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。 尤其要注意的是，伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于 连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动和 伺服电动机的转动不同步，从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行 现象。 2.3.1.5 振动 分析机床振动周期是否与进给速度有关，，①如与进给速度有 关，振动一般与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关；②
若与进给速度无关,振动一般与位置环增益太高或位置反馈故障 有关。③如振动在加减速过程中产生,往往是系统加减速时间汲 定过小造成的 2316伺服电动机不转 数控系统至进给驱动单元际了速度控制信号外,还有使能控 制信号,一般为DC士24v继电器线圈电压:①检查数控系统是否 有速度控制信号输出。②检查使能信号是否接通。通过CRI观察 I/O状态,分析机床PLC梯形图(或流程图),以确定进给轴的 起动条件,如润滑、冷却等是否满足。③对带电磁制动的伺服电 动机,应检査电滋制动是否释放。④进给驱动单元故障。⑤伺服 电动机故障。 23.17位置误差 当伺服轴运动超过位量允差范围时,数控系统就会产生位置 误差过大的报警,包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要 原因;①系统设定的允差范围过小。②伺服系统增益设置不当 ③位置检测装置有污染。④进给传动能累积误差过大。⑤主轴箱 垂直运动时平衡装置(如平衡油缸等)不稳。 23.1.8漂移 当指令值为零时,坐标轴仍移动,从而造成位置误差。通过 漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。 23.19回参考点故障 L SERVO MON E TOR] ALARM/DIAGN 2 1/5 0 AMP DISP ALARM SERVO ] SPINDLE PLC-I/F MENU 衰53伺服监控参数含义 增娆(GAN 位置环增益 实际位置与指令位管的误差 服电动机实际转速 电洗( URRENT) 何眼电动机暂停期间的连续电洗 最大电流I( MAX CUR1) 用百分比表示侗服电动机的驱动电流与电流极限值 最大电流2( MAX CUR2 何服电动机驱动电流峰值的最大值 用干监控再生电阻的负载状态 驱动装置显示( AMP DSP) 显示动装置上7段发光三楼管的状态
7 若与进给速度无关，振动一般与位置环增益太高或位置反馈故障 有关。③如振动在加减速过程中产生，往往是系统加减速时间汲 定过小造成的。 2.3.1.6 伺服电动机不转 数控系统至进给驱动单元际了速度控制信号外，还有使能控 制信号，一般为 DC±24v 继电器线圈电压：①检查数控系统是否 有速度控制信号输出。②检查使能信号是否接通。通过 CRT 观察 I／O 状态，分析机床 PLC 梯形图 (或流程图)，以确定进给轴的 起动条件，如润滑、冷却等是否满足。③对带电磁制动的伺服电 动机，应检查电滋制动是否释放。④进给驱动单元故障。⑤伺服 电动机故障。 2.3.1.7 位置误差 当伺服轴运动超过位量允差范围时，数控系统就会产生位置 误差过大的报警，包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要 原因；①系统设定的允差范围过小。②伺服系统增益设置不当。 ③位置检测装置有污染。④进给传动能累积误差过大。⑤主轴箱 垂直运动时平衡装置(如平衡油缸等)不稳。 2.3.1.8 漂移 当指令值为零时，坐标轴仍移动，从而造成位置误差。通过 漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。 2.3.1.9 回参考点故障
在全数字式的数控系统中,由于数控系统与伺服系统的通信联 系,伺服系统的状态可通过数控系统的CRI来监控。图5-16所 示为 MELDAS50系列数控系统CRI的伺服监控页面,表5-3 为伺服控制页面中各参数的含义。 232故障定位 由于伺服系统是由位置环和速度环组成的,当伺服系统出现 故障时,为了快速定位故阵的部位,可以采用如下两种方法, 2321模块交换法 数控机床有些进结轴的驱动单元具有相同的当量,如立式加 工中心,X轴和Y轴的驱动单元往往是一致的,当其中的某一轴 发生效障时.可以用另一轴来替代,观察故障的转移情况,快速 确定故障的部位,图5-18为采用模块交换法故障诊断的入法ε 位咒挠制板 电动机 F轴进给欠常 「插头X与YXF与 YF同时父换 故障转至x轴, 位置控制板故障 X与Y复原,YM与XM 头交换 Y轴电动机成 进给山常 机械故障 故障转至X轴,Y轴 驱动装置故 图5-18模块交换法故障诊断 a)系统简图b)诊断流程图
8 在全数字式的数控系统中，由于数控系统与伺服系统的通信联 系，伺服系统的状态可通过数控系统的 CRT 来监控。图 5—16 所 示为 MELDAS 50 系列数控系统 CRT 的伺服监控页面，表 5—3 为伺服控制页面中各参数的含义。 2.3.2 故障定位 由于伺服系统是由位置环和速度环组成的，当伺服系统出现 故障时，为了快速定位故阵的部位，可以采用如下两种方法。 2.3.2.1 模块交换法 数控机床有些进结轴的驱动单元具有相同的当量，如立式加 工中心，X 轴和 Y 轴的驱动单元往往是一致的，当其中的某一轴 发生效障时．可以用另一轴来替代，观察故障的转移情况，快速 确定故障的部位，图 5—18 为采用模块交换法故障诊断的入法。 图 5—18 模块交换法故障诊断 a)系统简图 b)诊断流程图
其中,Ⅹ和Y针型插座为CNC系统位置控制模块至X轴和 Y轴驱动模块的控制信号,包括速度控制信号和伺服使能信号等: M和YM为伺服电动机动力线端子:XF和YF针插为伺服电动 机上检测装置的反馈信号。 2322外接参考电压法 当某轴进给发生故障时,为了确定是否为驱动单元和伺服电 动机故障,可以脱开位置环,检查速度环。如图5-19为 SIMODRIVE611A进给驱动模块接线图 转速控制 脉冲使能驱动使能 X321 电源模块 驱动模块 1FT5同服电动机 图5-19外接参考电压法故障诊断 使能端子63 使能端子64 使能端了 速度调节 图5-20使能信号时序图 首先断开闭环控制模块上X331-56速度给定输入正端和 X33-14速度给定值输入负端两接点,外加由9V干电池和电位器 组成的直流回路:再短接该模块上X331-9使能电压+24v和 X331-65使能信号两接点。接通机床电源,起动数控系统,再短 接电源和监控模块上X141-63脉冲使能和ⅹ141-9使能电压+24V 两接点,Ⅺ141-64驱动使能和ⅹ141-9使能电压+24v。使能信号时 序如图5-20所示 从图5-20可知,只有当三个使能信号都有效时,电动机才
9 其中，X 和 Y 针型插座为 CNC 系统位置控制模块至 X 轴和 Y 轴驱动模块的控制信号，包括速度控制信号和伺服使能信号等； XM 和 YM 为伺服电动机动力线端子；XF 和 YF 针插为伺服电动 机上检测装置的反馈信号。 2.3.2.2 外接参考电压法 当某轴进给发生故障时，为了确定是否为驱动单元和伺服电 动机故障，可以脱开位置环，检查速度环。如图 5—19 为 SIMODRIVE611A 进给驱动模块接线图。 首先断开闭环控制模块上 X331-56 速度给定输入正端和 X33l-14 速度给定值输入负端两接点，外加由 9V 干电池和电位器 组成的直流回路；再短接该模块上 X331-9 使能电压+24v 和 X331-65 使能信号两接点。接通机床电源，起动数控系统，再短 接电源和监控模块上 X141-63 脉冲使能和 X141-9 使能电压+24V 两接点，X141-64 驱动使能和 X141-9 使能电压+24v。使能信号时 序如图 5- 20 所示。 从图 5—20 可知，只有当三个使能信号都有效时，电动机才
能工作。当使能端子63无效时,驱动装置立即禁止所有进给轴运 行,伺服电动机无制动地自然停止:当使能端子64无效时,驱动 装置立即置所有进结轴的速度定值为零,伺服电动机进入制动状 态,200ms后电动机停转;当使能端子65无效时,对应轴的速 度给定值立即置零,伺服电动机进入制动状态,200ms后电动机 停转。正常情况下,伺服电动机就在外加的参考电压控制下转动, 调节电位器可控制电动机的转速,参考电压的正、负则决定电动 机的旋转方向。这时可判断驱动装置和伺服电动机是否正常,以 判断故障是在位置环还是在速度环。 24伺服电动机的维护 24.1直流伺服电动机的维护 直流伺服电动机带有数对电刷,电动机旋转时,电刷与换向 器摩擦而逐渐磨损。电刷异常或过度磨损,会影响电动机工作性 能,所以对直流伺服电动机进行定期检查和维护是相当必要的。 数控车床、铣床和加工中心中的直流伺服电动机应每年检查 次,频繁加、减速的机床(如冲床等)中的直流伺服电动机应每 两个月检查一次,检查步骤如下: 1)在数控系统处于断电状态且电动机已经完全冷却的情况下 进行检查。 2)取下橡胶刷帽,用螺钉旋具刀拧下刷盖取出电刷 3)测量电刷长度,如 FANUC直流伺服电动机的电刷由10mm 磨损到小于5mm时,必须更换同型号的新电刷 4)仔细检查电刷的弧形接触而是否有深沟或裂痕,以及电刷 弹簧上有无打火痕迹。如有上述现象,则要考虑电动机的工作条 件是否过分恶劣或电功机本身是否有问题。 5)用不合金属粉末及水分的压缩空气导入装电刷的刷把孔, 吹净粘在刷孔壁上的电刷粉末。如果难以吹浄,可用螺钉旋具尖 轻轻清理,直至孔壁全部干净为止.但要注意不要碰到换向器表 6)重新装上电刷,拧紧刷盖。如果更换了新电刷,应使电动 机空运行跑合一段时间,以使电制表面和换向器表面相吻合。 242交流伺服电动机的维护 交流伺服电动机与直流伺服电动机相比,最大的优点是不存 在电刷维护的问题。应用于进给驱动的交流伺服电动机多采用交 流永滋同步电动机,其特点是磁极是转子,定子的电枢绕组与三 相交流电动机电枢绕组一一样,但它由三相逆变器供电,通过电 动机转子位置检测器产生的信号去控制定子绕组的开关器件,使 其有序轮流导通,实现换流作用,从而使转子连续不断地旋转。 转子位置检测器与电动机转子同轴安装,用于转子的位置检测, 检测装置一般为霍尔开关或具有相位检测的光电脉冲编码器。交 流伺服电动机常见的故障有: (1)接线故障内于接线不当,在使用一段时问后就可能出现
10 能工作。当使能端子 63 无效时，驱动装置立即禁止所有进给轴运 行，伺服电动机无制动地自然停止；当使能端子 64 无效时，驱动 装置立即置所有进结轴的速度定值为零，伺服电动机进入制动状 态，200ms 后电动机停转；当使能端子 65 无效时，对应轴的速 度给定值立即置零，伺服电动机进入制动状态，200ms 后电动机 停转。正常情况下，伺服电动机就在外加的参考电压控制下转动， 调节电位器可控制电动机的转速，参考电压的正、负则决定电动 机的旋转方向。这时可判断驱动装置和伺服电动机是否正常，以 判断故障是在位置环还是在速度环。 2.4 伺服电动机的维护 2.4.1 直流伺服电动机的维护 直流伺服电动机带有数对电刷，电动机旋转时，电刷与换向 器摩擦而逐渐磨损。电刷异常或过度磨损，会影响电动机工作性 能，所以对直流伺服电动机进行定期检查和维护是相当必要的。 数控车床、铣床和加工中心中的直流伺服电动机应每年检查 一次，频繁加、减速的机床(如冲床等)中的直流伺服电动机应每 两个月检查一次，检查步骤如下： 1)在数控系统处于断电状态且电动机已经完全冷却的情况下 进行检查。 2)取下橡胶刷帽，用螺钉旋具刀拧下刷盖取出电刷。 3)测量电刷长度，如 FANUC 直流伺服电动机的电刷由 10mm 磨损到小于 5mm 时，必须更换同型号的新电刷： 4)仔细检查电刷的弧形接触而是否有深沟或裂痕，以及电刷 弹簧上有无打火痕迹。如有上述现象，则要考虑电动机的工作条 件是否过分恶劣或电功机本身是否有问题。 5)用不合金属粉末及水分的压缩空气导入装电刷的刷把孔， 吹净粘在刷孔壁上的电刷粉末。如果难以吹净，可用螺钉旋具尖 轻轻清理，直至孔壁全部干净为止．但要注意不要碰到换向器表 面。 6)重新装上电刷，拧紧刷盖。如果更换了新电刷，应使电动 机空运行跑合一段时间，以使电制表面和换向器表面相吻合。 2.4.2 交流伺服电动机的维护 交流伺服电动机与直流伺服电动机相比，最大的优点是不存 在电刷维护的问题。应用于进给驱动的交流伺服电动机多采用交 流永滋同步电动机，其特点是磁极是转子，定子的电枢绕组与三 相交流电动机电枢绕组——样，但它由三相逆变器供电，通过电 动机转子位置检测器产生的信号去控制定子绕组的开关器件，使 其有序轮流导通，实现换流作用，从而使转子连续不断地旋转。 转子位置检测器与电动机转子同轴安装，用于转子的位置检测， 检测装置一般为霍尔开关或具有相位检测的光电脉冲编码器。交 流伺服电动机常见的故障有： (1)接线故障 内于接线不当，在使用一段时问后就可能出现