模块六数控何服系统的故障诊断 一、教学内容 课题一何服系统的结构和工作原理 课题二主轴问服系统故障诊斯概述 课题三直流主蛙动的故障诊断 课题四交流主拍聚动的酸障豫斯 课题五常见进给何服系统 课愿六进给是动的故障诊断 课题七位置检测装置的故障诊阳 二、教学目的和要求： 然悉句服系统的概念：了解服系统的作用：了解间服系统的组成：群解同鼠系统的工作原理。 了解数控机床主触饲服系统的分类：拿据主触饲服系统的故障形式及诊断方法， 理解直流主轴动的特点：靠挥直流主轴句服系统的推护要点：掌挥直流主蛙铜服系统的故项 诊斯技术。 了解交流主轴问服系饶的特点！握交流主轴饲服系统的故障诊斯与排障方法。 熟器直流进给影动系统的工作原理：熟悉交流进给梨动系统的工作原理。 热卷位置检测元件的维护要求：掌握位置检测装置故障诊断的基本方法。 熟悉三种不同的距动方式下的故障诊新方法。 三、知识点： 概念：作用：组成：工作原理。 主轴句服系统的分类：主轴月服系统的故障形式及诊断方法。 直流主轴驱动的特点：直流主轴问服系统的推护，直流主轴何服系统的故障诊斯。 主轴饲服系统的特点：交流主触饲服系统的故障诊斯。 直流进给驱动系统：交流进给驱动系统。 位置检测元件的维护：位置检测装置故障诊断。 直流进给驱动故障诊断：交流进给图动故障诊断：述电动机国动故牌诊断。 四、技能点： 同服系统的原理分析。 主轴饲服系饶一般性故障诊斯， 能够排除直流主轴问服系统的一般性故障。 能够排除交流主触饲服系统故障。 熟悉常见的几种进给驱动系统。 熟练案握位置检测装置的推护和故障诊新方法。 掌挥进给乳动的故障诊新方法，能够排除一般性故障。 五、内容提要和学习指导 (一)同服系统的概念 1。同服的概念 何服，是英文VD的诺音，中文解释算是侍候。在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，控 制整动电动机拖动工作台运动。为保证工作台运动时始终具有稳定的速度和精确的定位，控制上采 用三环结构，即位置环，速度环和电流环
模块六 数控伺服系统的故障诊断 一、教学内容 课题一 伺服系统的结构和工作原理 课题二 主轴伺服系统故障诊断概述 课题三 直流主轴驱动的故障诊断 课题四 交流主轴驱动的故障诊断 课题五 常见进给伺服系统 课题六 进给驱动的故障诊断 课题七 位置检测装置的故障诊断 二、教学目的和要求： 熟悉伺服系统的概念；了解伺服系统的作用；了解伺服系统的组成；理解伺服系统的工作原理。 了解数控机床主轴伺服系统的分类；掌握主轴伺服系统的故障形式及诊断方法。 理解直流主轴驱动的特点；掌握直流主轴伺服系统的维护要点；掌握直流主轴伺服系统的故障 诊断技术。 了解交流主轴伺服系统的特点；掌握交流主轴伺服系统的故障诊断与排除方法。 熟悉直流进给驱动系统的工作原理；熟悉交流进给驱动系统的工作原理。 熟悉位置检测元件的维护要求；掌握位置检测装置故障诊断的基本方法。 熟悉三种不同的驱动方式下的故障诊断方法。 三、知识点： 概念；作用；组成；工作原理。 主轴伺服系统的分类；主轴伺服系统的故障形式及诊断方法。 直流主轴驱动的特点；直流主轴伺服系统的维护；直流主轴伺服系统的故障诊断。 主轴伺服系统的特点；交流主轴伺服系统的故障诊断。 直流进给驱动系统；交流进给驱动系统。 位置检测元件的维护；位置检测装置故障诊断。 直流进给驱动故障诊断；交流进给驱动故障诊断；步进电动机驱动故障诊断。 四、技能点： 伺服系统的原理分析。 主轴伺服系统一般性故障诊断。 能够排除直流主轴伺服系统的一般性故障。 能够排除交流主轴伺服系统故障。 熟悉常见的几种进给驱动系统。 熟练掌握位置检测装置的维护和故障诊断方法。 掌握进给驱动的故障诊断方法，能够排除一般性故障。 五、内容提要和学习指导 （一）伺服系统的概念 1．伺服的概念 伺服，是英文 servo 的谐音，中文解释就是侍候。在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，控 制驱动电动机拖动工作台运动。为保证工作台运动时始终具有稳定的速度和精确的定位，控制上采 用三环结构，即位置环、速度环和电流环
位置环称为外环。其输人信号是计算机给出的指◆和位置检测器反陵的位置信号。这是一个负 反镜，位置环的输出是速度环的输入。速度环称为中环，它的输入信号有两个，一个是位置环的输 出，作为速度环的带令信号送给递度环：另一个是由电动机带动的测速发电机经反废网络处理后的 信号，作为负反镜送给速度环。这两个输入信号反相。速度环的输出就是电流环的指◆输入信号。 电流环称为内环，也有两个输入信号，一个是速度环输出的指令信号，另一个是经电流互感器，并 经处理后得到的电流谱号，它代表电动机电枢日路的电流，送入电流环的也是负反馈，电流环的输 出是一个电压横报信号，月米控制PwM电路。产生相应的占空比信号去触发功率变换单元电路，使 电动机获得一个与计算机指令相关的，并与电动机位置，速度、电流相关的运行状志。三个环都是 调节器，其中有的采用比例调节器。有的采用比例积分调节器，还有的要用比例积分微分调节器。 比例调节器珠之为P词节器，比例积分调节器称之为鬥两节器，比例积分微分调节器称之为D调 节器，三个环的反馈信号均为负反馈，所以三个环都是反相政大器， 2.句报系统的概念及作用 在自动控制系饶中，将输出量雀够以一定准疏度限随输入量的变化而变化的系统称之为限随系 统，又称为问服系统或拖动系统。数控机床的间服系统是指以机床移动部件的位移和速度作为控制 量的自动控制系统。量控机味的问服系统主要控制机风的进给运动和主轴转速。 数挖机床的何服系统是机床主体和数控装置(CN)的联系环节，是数控机床的重要组成部分，属 于关键部件，故称问服系统为数控机床的三大组成都分之一。 何服系统的作用是：接受数控装置的指令，经过傲大和转换，里动执行部件跟随指令账冲运动， 完成预期的动作，并保证动作的快速和准确。 何服系统的性能，在很大程度上决定了数控机床的性能和如工精度。数控机床的最大移动速度、 跟随精度、定位精度、重复定位精度等重要指标均直接取决于何服系统的静态和动态性能。所以句 服系统被视为一个独立的部分，研究与开发高性能的同服系统一直是现代数控机床的关健技术之一。 3。饲服系统的组成 数控机床的问服系统一般由驱动控制元件、驱动元件、机械传动部件、执行部件、检测反馈环 节等组成。驱动控制元件和驱动元件组成问服是动系统，机械传动部件和执行部件组成机械传动系 统，检测元件与反峡电路阻成检测装置，又称检测系统。 4,句服系统的工作原理 何量系统是一种反馈控制系统，它以折令脉冲为输入给定值与输出被调量进行比较，利用比较 后产生的偏差植对系统进行自动调竹，以清除偏差。使被调量跟踪给定值。所以何服系饶的运动来 原于偏整信号，必须具有负反谓目路，始终处于过度过程状态。在运动过程中实现力的放大。同服 系统多演有不斯输入能量的能源，外加负载可祝为系统的扰动输入。 (二)数控机床的主轴问服系统常有几种故障形式？如何诊断？ 主轴饲服系饶发生故障时，通常有三种表现形式：其一，在RT或操作面板上显示报警内容成 报警信息：其二，在主轴动装置上用服警灯或数码管显示主轴动装置的故障：其三，主轴工作 不正常。但无任何报警信息。 主轴句服系统常见的故障包括以下几种。 (》外界干扰，由于受到电磁干扰，屏蔽和接地措施的不良，主轴传速指令信号或反馈信号受到 干扰，使主轴驱动出璞随机和无规律性的被动。判斯有无干扰的方法是：当主轴转速指令为零时， 主轴仍往复转动，调整零逸平衡和漂移补赞亦无法排章放障。 (2)过载。切削用量过大、顿繁地正反转变速等均会引起过载报警。具体表现为主轴电动机过热、 丰轴取动装置显不过电淀报警等。 ()主伯定位抖动，主轴的定向控制又称主轴定位控制)是将主轴准确停在某一固定位置上，以 便在该位置述行刀具交换、精撞退刀、齿轮换挡等。如下三种方式可实现主轴准停定向。 1)机城准停腔制。由带V形槽的定位盘和定位液压缸配合动作
位置环称为外环。其输人信号是计算机给出的指令和位置检测器反馈的位置信号。这是一个负 反馈。位置环的输出是速度环的输入。速度环称为中环。它的输入信号有两个，一个是位置环的输 出，作为速度环的指令信号送给速度环；另一个是由电动机带动的测速发电机经反馈网络处理后的 信号，作为负反馈送给速度环。这两个输入信号反相。速度环的输出就是电流环的指令输入信号。 电流环称为内环，也有两个输入信号，一个是速度环输出的指令信号，另一个是经电流互感器，并 经处理后得到的电流涪号，它代表电动机电枢回路的电流，送入电流环的也是负反馈。电流环的输 出是一个电压模拟信号，用来控制 PwM 电路，产生相应的占空比信号去触发功率变换单元电路，使 电动机获得一个与计算机指令相关的，并与电动机位置、速度、电流相关的运行状态。三个环都是 调节器，其中有的采用比例调节器，有的采用比例积分调节器，还有的要用比例积分微分调节器。 比例调节器称之为 P 调节器，比例积分调节器称之为 PI 调节器，比例积分微分调节器称之为 PID 调 节器。三个环的反馈信号均为负反馈，所以三个环都是反相放大器。 2．伺服系统的概念及作用 在自动控制系统中，将输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称之为跟随系 统，又称为伺服系统或拖动系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位移和速度作为控制 量的自动控制系统。数控机床的伺服系统主要控制机床的进给运动和主轴转速。 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，属 于关键部件，故称伺服系统为数控机床的三大组成部分之一。 伺服系统的作用是：接受数控装置的指令，经过放大和转换，驱动执行部件跟随指令脉冲运动， 完成预期的动作，并保证动作的快速和准确。 伺服系统的性能，在很大程度上决定了数控机床的性能和加工精度。数控机床的最大移动速度、 跟随精度、定位精度、重复定位精度等重要指标均直接取决于伺服系统的静态和动态性能。所以伺 服系统被视为一个独立的部分，研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。 3．伺服系统的组成 数控机床的伺服系统一般由驱动控制元件、驱动元件、机械传动部件、执行部件、检测反馈环 节等组成。驱动控制元件和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行部件组成机械传动系 统，检测元件与反馈电路组成检测装置，又称检测系统。 4．伺服系统的工作原理 伺服系统是一种反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给定值与输出被调量进行比较，利用比较 后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。所以伺服系统的运动来 源于偏差信号，必须具有负反馈回路，始终处于过渡过程状态。在运动过程中实现力的放大。伺服 系统必须有不断输入能量的能源，外加负载可视为系统的扰动输入。 （二）数控机床的主轴伺服系统常有几种故障形式?如何诊断? 主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：其一，在 cRT 或操作面板上显示报警内容或 报警信息；其二，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；其三，主轴工作 不正常，但无任何报警信息。 主轴伺服系统常见的故障包括以下几种。 (1)外界干扰。由于受到电磁干扰，屏蔽和接地措施的不良，主轴转速指令信号或反馈信号受到 干扰，使主轴驱动出现随机和无规律性的波动。判断有无干扰的方法是：当主轴转速指令为零时， 主轴仍往复转动，调整零速平衡和漂移补偿亦无法排除故障。 (2)过载。切削用量过大、频繁地正反转变速等均会引起过载报警。具体表现为主轴电动机过热、 主轴驱动装置显示过电流报警等。 (3)主轴定位抖动。主轴的定向控制(又称主轴定位控制)是将主轴准确停在某一固定位置上，以 便在该位置进行刀具交换、精镗退刀、齿轮换挡等。如下三种方式可实现主轴准停定向。 1)机械准停控制。由带 V 形槽的定位盘和定位液压缸配合动作
2)磁性传感器的电气准停控制。发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装在主轴箱上，其安装位 置决定了主轴的准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为州1.5士0.5)mm. )编码器型的电气准停控制，通过在主轴电动机内安装或在机床主轴上直接安装…个光电编码 器米实现准停控制，准停角度可任意设定， 主轴定向控制，实际上是在主轴速度控制基陆上增加一个位置控制环。为检测主轴的位置，需 要采用磁性传感器或位置编码器等检测元件。采用位置编马器作为位置检测元件时，由干安装不方 便，一般要通过一对1：1的齿轮连接。当采用@性传感器作为位置检测元作时，其磁性元件可直接 装在主轴上，而磁性传感头固定在主轴箱体上。为诚少干扰，磁性传感头和败大器之间的连接线需 要屏蔽，且二者的连接越短越好。 产生主轴定位料动故障的原因是 )上述准停均要经过减速的过程，减速或增益等参数设置不当，均可引起定位料动： 2)采用位置编码墨作为位置检测元件的准停方式时，定位液压缸活寒移动的限位开关失灵，引 起定位抖动： 3)采用遗性传感头作为位置检测元件时，发磁体和磁传感暑之间的间障发生变化成题传感器失 灵，引妃定位抖动。 (4)主轴转地与进给不匹配。当进行螺纹切削成用每转进给番令切侧时，可能出现停止进给、主 轴仍会候续转动的故障。系统要执行每转进给的指令，主轴每转必须由主拍编码器发出一个脉冲反 馈信号。出现主轴转速与进给不匹配故障，一般由于主触编码器存在月题，可以用下面方法米确定： 1CT界面有报警显示5 2)通过CT调用机床数据成1/0状志。观察编码器的信号状态： 3)用每分钟进给指◆代替每转进给指◆米执行程序，观察放障是否清失， (5)转速偏离指令值。当主轴转速超过技术要求所规定的微围时，需要考感以下因素： 1)电动机过载5 2CNC系统输出的主轴转速模扳通常为0一土和V)设有达到与转速指令对应的值5 3)测速装置有故障成速度反候信号斯线： 4主信驱动装置有故障， (6)主拍异常噪声及振动，首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机城分还是在电气动都分， 具体可以按以下方法检查： 1)在减速过程中发生异常噪声，一毅是由驱动装置造成的，若交流里动中的再生回路故障。 2)在恒转速时产生异常暖声，可通过观察主触电动机白由停车过程中是否有噪声和叛动米区别， 如果有的话，则是主轴机械部分存在同愿： 3)检查振动周期是否与转速有关：如果无关，一般是主蛙驱动装置未调整好：如果有关，应检 查主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。 (7)主轴电动机不转。CNC系饶至主轴驱动装置的控制信号，除了转速棱拟量控制情号外。还有 使能控制信号，小妫q24VDC雕电器线圈电压。 1)检查CNC系统是否有转动横拟量控制信号输出。 2)检查使能信号是否接通。通过CT、观察I/0状态，分析机床PMC梯形图或流程图，以确 定主轴的启动条件，如润滑、冷想等是否满足要求。 3)主轴驱动装置故障， 4)主轴电动机故障。 (三)直流主轴同服泵统的特点 ()简化变速机构。直流主轴同服系统简化了传统的主轴变速机构，传统的主轴变速机构采用恒 定速度的交流异步电动机，由离合器、齿轮等组成多级机械变速装置的结构。在直流主鞋句服系统
2)磁性传感器的电气准停控制。发磁体安装在主轴后端，磁传感器安装在主轴箱上，其安装位 置决定了主轴的准停点，发磁体和磁传感器之间的间隙为(1．5±o．5)mm。 3)编码器型的电气准停控制。通过在主轴电动机内安装或在机床主轴上直接安装一个光电编码 器来实现准停控制，准停角度可任意设定。 主轴定向控制，实际上是在主轴速度控制基础上增加一个位置控制环。为检测主轴的位置，需 要采用磁性传感器或位置编码器等检测元件。采用位置编码器作为位置检测元件时，由于安装不方 便，一般要通过一对 1：1 的齿轮连接。当采用磁性传感器作为位置检测元件时，其磁性元件可直接 装在主轴上，而磁性传感头固定在主轴箱体上。为减少干扰，磁性传感头和放大器之间的连接线需 要屏蔽，且二者的连接越短越好。 产生主轴定位抖动故障的原因是： 1)上述准停均要经过减速的过程，减速或增益等参数设置不当，均可引起定位抖动； 2)采用位置编码器作为位置检测元件的准停方式时，定位液压缸活塞移动的限位开关失灵，引 起定位抖动； 3)采用磁性传感头作为位置检测元件时，发磁体和磁传感器之间的间隙发生变化或磁传感器失 灵，引起定位抖动。 (4)主轴转速与进给不匹配。当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时，可能出现停止进给、主 轴仍会继续转动的故障。系统要执行每转进给的指令，主轴每转必须由主轴编码器发出一个脉冲反 馈信号。出现主轴转速与进给不匹配故障，一般由于主轴编码器存在问题，可以用下面方法来确定： 1)CRT 界面有报警显示 5 2)通过 CRT 调用机床数据或 I／O 状态，观察编码器的信号状态； 3)用每分钟进给指令代替每转进给指令来执行程序，观察故障是否消失。 (5)转速偏离指令值。当主轴转速超过技术要求所规定的范围时，需要考虑以下因素： 1)电动机过载 5 2)CNC 系统输出的主轴转速模拟量(通常为 o～±loV)没有达到与转速指令对应的值 5 3)测速装置有故障或速度反馈信号断线； 4)主轴驱动装置有故障。 (6)主轴异常噪声及振动。首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分， 具体可以按以下方法检查： 1)在减速过程中发生异常噪声，一般是由驱动装置造成的，若交流驱动中的再生回路故障。 2)在恒转速时产生异常噪声，可通过观察主轴电动机自由停车过程中是否有噪声和振动来区别， 如果有的话，则是主轴机械部分存在问题； 3)检查振动周期是否与转速有关：如果无关，一般是主轴驱动装置未调整好；如果有关，应检 查主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。 (7)主轴电动机不转。CNC 系统至主轴驱动装置的控制信号，除了转速模拟量控制信号外，还有 使能控制信号，--J 妫 q-24VDC 继电器线圈电压。 1)检查 CNC 系统是否有转动模拟量控制信号输出。 2)检查使能信号是否接通。通过 CRT、观察 I／0 状态，分析机床 PMC 梯形图(或流程图)，以确 定主轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足要求。 3)主轴驱动装置故障。 4)主轴电动机故障。 （三）直流主轴伺服系统的特点 (1)简化变速机构。直流主轴伺服系统简化了传统的主轴变速机构，传统的主轴变速机构采用恒 定速度的交流异步电动机，由离合器、齿轮等组成多级机械变速装置的结构。在直流主轴伺服系统
中只要设置高、低两级速度的机械变速机构，即可得到所有的主轴变换速度。电动机的速度由主轴 何服单元控制，变速时间短：通过最住切削速度的选释，可以经高加工质量，工作效率和可靠性。 (2)适应工厂环境的全封闭结构。直流主轴电动机采用全封闭的结构形式，所以陵在条件逐劣的 工作环境中使用， ()主拍电动机采用特殊的热管冷却系统。外形小。在主轴电动机上装入了比铜的热传导率大数 百倍的热管，能将转子产生的热及时向外发散。为将热限制在最小限度内，定子内采用了特殊附加 磁极，或小了损耗，提高了效率。电动机的外形尺寸小于同等容量的开启式电动机。容易安装在机 床上，而且吸声很小。 (4)影动方式性能好。主轴同服单元采用品间管三相全波影动方式，主轴振动小，旋转灵活。 (5)轴控制功能强，容易与数控系统配合，在与NC结合时，主轴同服单元准备了必要的D/A 转换墨、超程输入，速度计数器用输出等功能， (6纯电式主轴定位控制功能。采用纯电式主轴定位控制，能用纯电式手段控制主轴的定位停止， 故无需机械定位装置，可以进一步缩短定位时月· (四)直流主轴饲服系统的故障诊斯 ()主轴不能转动的源因：印制线路板太脏：触发脉冲电路故障，无账冲产生：主轴电动机动力 线斯线成与主轴控制单元连接不良：高低挡齿轮切换用的离合器切换不好：机床负载太大：机床未 给出主轴旋转信号等。 (2)电动机转速异第的原因：D/A变换器故障：测速发电机斯线：建度指令情误：电动机失效红如 卧延丧失)：过载：印制线路板故障等。 ()主轴电动机藏动成噪声的源因，电源缺相威电源电压不正常，控制单元上的电源开关设定 (30Hz/60H切换)册误：饲服单元上的增益电路和能抖电路调整不好：电流反馈国路未调整好：三 相输人的相序不对：电动机轴承放障：主轴齿轮砖合不好或主轴负载太大等。 (4)过流报警的原因：电流极限设定错误：同步脉冲素乱：主轴电动机电框线圈内部复路：+15V 电源异常等。 ()速度偏差过大的源因：负荷过大：电源零信号无输出：主怕已制动， (6溶丝熔断的原因：印制线路板不良(ED灯8：测速发电机不良(ED2灯亮)：输入电源反相 ED3灯亮)：电动机不良：输人电源缺相等。 (7热燃电器跳间。LED4灯亮，过载. (8)电动机过热。1FD4灯亮。过载， (⑨)过电压吸收器烧坏。外电压过高成存在干扰。 (1)运转停止。LED5灯亮。电源电压太低。控制电源混乱。 (I1儿ED2灯亮，说明励磁丧失。 (2)达不到最高转速的原因：财磁电流太大：动槛控制目路不动作：品闸管整流部分太航，造成 绝修峰低等。 (五)交流概报式主拍同服系统的截项诊斯 ()交瓷慎数式主轴同服系统的故障报警及诊断。在同服单元的中倒偏左处有4只用于报警的发 光二极管，从右向左持列分别代表16进制的1,2、4,8。主轴发生故障时，4只发光二极管可以显 示15种报警信息，各种信息含义如下所述。 报警1：表示电动机过热。其可能的即因是电动机过载，电动机的冷却系统太脏，成是电动机 断线等故障。 报警2：表示电动机速度偏离指定植，原因可能有：负载过大：转矩极限授定太小：功率品体 管损坏：再生故电回路中熔性熔斯，需降低加减速规率：速度反馈信号不对，可用示波器检查CH7 和CH8的波形并调整RV8和RV9,使波形的占空比为1：1：连接线断线或接触不良等
中只要设置高、低两级速度的机械变速机构，即可得到所有的主轴变换速度。电动机的速度由主轴 伺服单元控制，变速时间短；通过最佳切削速度的选择，可以提高加工质量、工作效率和可靠性。 (2)适应工厂环境的全封闭结构。直流主轴电动机采用全封闭的结构形式，所以能在条件恶劣的 工作环境中使用。 (3)主轴电动机采用特殊的热管冷却系统，外形小。在主轴电动机上装入了比铜的热传导率大数 百倍的热管，能将转子产生的热及时向外发散。为将热限制在最小限度内，定子内采用了特殊附加 磁极，减小了损耗，提高了效率。电动机的外形尺寸小于同等容量的开启式电动机，容易安装在机 床上，而且噪声很小。 (4)驱动方式性能好。主轴伺服单元采用晶闸管三相全波驱动方式，主轴振动小，旋转灵活。 (5)轴控制功能强，容易与数控系统配合。在与 NC 结合时，主轴伺服单元准备了必要的 D／A 转换器、超程输入、速度计数器用输出等功能。 (6)纯电式主轴定位控制功能。采用纯电式主轴定位控制，能用纯电式手段控制主轴的定位停止， 故无需机械定位装置，可以进一步缩短定位时问。 （四）直流主轴伺服系统的故障诊断 (1)主轴不能转动的原因：印制线路板太脏；触发脉冲电路故障，无脉冲产生；主轴电动机动力 线断线或与主轴控制单元连接不良；高低挡齿轮切换用的离合器切换不好；机床负载太大；机床未 给出主轴旋转信号等。 (2)电动机转速异常的原因：D／A 变换器故障；测速发电机断线；速度指令错误；电动机失效(如 励磁丧失)；过载；印制线路板故障等。 (3)主轴电动机振动或噪声的原因：电源缺相或电源电压不正常；控制单元上的电源开关设定 (50Hz／60Hz 切换)错误；伺服单元上的增益电路和颤抖电路调整不好；电流反馈回路未调整好；三 相输人的相序不对；电动机轴承故障；主轴齿轮啮合不好或主轴负载太大等。 (4)过流报警的原因：电流极限设定错误；同步脉冲紊乱；主轴电动机电枢线圈内部短路；+15V 电源异常等。 (5)速度偏差过大的原因：负荷过大；电源零信号无输出；主轴已制动。 (6)熔丝熔断的原因：印制线路板不良(LEDl 灯亮)；测速发电机不良(LED2 灯亮)；输入电源反相 (LED3 灯亮)；电动机不良；输人电源缺相等。 (7)热继电器跳闸。LED4 灯亮，过载。 (8)电动机过热。LED4 灯亮，过载。 (9)过电压吸收器烧坏。外电压过高或存在干扰。 (10)运转停止。LED5 灯亮，电源电压太低，控制电源混乱。 (11)LED2 灯亮，说明励磁丧失。 (12)达不到最高转速的原因：励磁电流太大；励磁控制回路不动作；晶闸管整流部分太脏，造成 绝缘降低等。 （五）交流模拟式主轴伺服系统的故障诊断 (1)交流模拟式主轴伺服系统的故障报警及诊断。在伺服单元的中间偏左处有 4 只用于报警的发 光二极管，从右向左排列分别代表 16 进制的 1、2、4、8。主轴发生故障时，4 只发光二极管可以显 示 15 种报警信息，各种信息含义如下所述。 报警 1：表示电动机过热，其可能的原因是电动机过载，电动机的冷却系统太脏，或是电动机 断线等故障。 报警 2：表示电动机速度偏离指定值，原因可能有：负载过大；转矩极限设定太小；功率晶体 管损坏；再生放电回路中熔丝熔断，需降低加减速频率；速度反馈信号不对，可用示波器检查 CH7 和 CH8 的波形并调整 RVl8 和 RVl9，使波形的占空比为 1：1；连接线断线或接触不良等
报警3：若同时出现直流回路的F7熔性烧级。其放障原因是大功率晶体管树块规坏。 此时可用机械式万用表来检查，如果晶体管棱块的CE问，CB间，BE间不是几百欧等而是无穷 大或短路则说明该模块已规环。 报警4：表示交流输入电路的下1，F2、F3熔丝馆断，累因可能是：交莲电源侧的阻抗太高。比 如自属变压器半联在系统中：品体管模块损坏：二极管模块或品闸管模块损坏：交流电源输入端的 浪酒吸收器成电容损坏：印制线路板损坏。 报警5：代表印制线路板上F2或AF、3溶丝培断，原因是交流电尊异常或者印制线路板有故 障 报警6：代表树拟系饶检测到电动机速度己超过额定速度，原因有，印制线路板设定不特别 是5的没定)或未调整好：华储器的OM编号不对：印线落板损坏。 报警7：表示二进制系统检测到电动机转速超过额定速度（原因同报警6）。 报警8：+24V电压太高，原因是：交流电压太高，已超过额定值的10%以上：电源电压切换开 关设定错误，应设定为220V。 报警9：大功率品体管模块的散热板过热，其冢因是过载：灰尘太多或者冷却风扇损坏 报警10：+15V太低，主要原因是交流输入电压太低。 报警1山：直流回路电压太高，主要原因有：F5、F6缩丝熔断，按报警3的方法处理：交流电源 的用抗太高：印制线路板故障等。 报警12：表示直流国路电流过大，原因是：电动机饶组短路或接线端子处复路：晶体管颅块损 坏：印制线择板损坏等。 报警13：表示印制线路板上的CU损坏， 报警14：表示印制线路板上的OM异常，原因可俺是ROM号请误或ROM片极坏。 报警15：选择板报警，原因是：选择板的连接故障：主轴切换回路等功能的选择板不良。 (2)主轴旋转过程中的振动和噪声。如果戴动、噪声故障发生在碱速过程中，首先检查再生国路 的F5、F6熔断器是否熔断及品体管横块TM7和T移的C,E极之间是否短路。在确认反陵电压 ISC2D端)和EC128端)无异常后，拔下CN2插头，观黎电动机是香有异常躁声。若有，则 说明肌宋机械都分存在故障。否心成属于丰轴问服单元控制部分故哈。 如果电动机的佩动周期与旋转速度无美，有可能存在以下原因：主轴电动机与主轴之间的西轮 比不合适；主轴电动机尾部的脉冲发生器不良；主轴电动机故障或者主轴不良， 如果发现电动机的振动周期与能转速度有关，应首先确认账冲发生器的反镜即CH7的波形古空 比是否为1：1.如果是，则可能属于印制线路板不良或产生了机械故障，否则，有可能是电位器V1, M表调整好或是膝冲发生器故障。 (3)电动机转动异常。出现电动机不转或蒙转异常时，可以核幅下面方法逐一检查：如果报警指 示灯亮，则按报警号作相应的处理：如果检查发现C田端的V(:M指令不正常，使用S模拟信号 的属于2M:故障，否则可能是D/A变换器不良成接受日路故障：如果确认有准停信号，则解除 准停信号：若无准停信号，应检查C3端V(:)指令是否正常。若正常，是印制线落板或同服单 元故障：若不正常，则可能存在下而原因：2设定不合适，主轴转速调整不当，主轴发动机不能启 动或用于主釉定向的传感器安装不良等。 例62 BXIIOP卧式加工中C,FANUC_I1ME,AC主轴AL.02号报警， 放障现象：当执行M6换刀时，主轴定向过程中发生报警，控制柜上的A。AM点亮，指示 SPINI)E推誓。当执行M19定向时，也发生间样故障。此前也偶尔发生过面工过程中建度实然变 侵，后又恢复正常的现象。 故障分析：据报警现象。判断斯故障在主轴饲服单元，经检查主触饲服单元印制板上最示，？ 号报警，内容为速度偏差超过指令值，何服单元与电动机控制接线不良。为观察主拍箱定向与运转 情况，将主轴箱下降到最低点时，启动主轴又能转动起来，这说明被障是有位置的。当用手摇狱神
报警 3：若同时出现直流回路的 F7 熔丝烧毁，其故障原因是大功率晶体管模块损坏。 此时可用机械式万用表来检查，如果晶体管模块的 C-E 间、C_B 间、B-E 间不是几百欧姆而是无穷 大或短路则说明该模块已损坏。 报警 4：表示交流输入电路的 F1、F2、F3 熔丝熔断，原因可能是：交流电源侧的阻抗太高，比 如自耦变压器串联在系统中；晶体管模块损坏；二极管模块或晶闸管模块损坏；交流电源输入端的 浪涌吸收器或电容损坏；印制线路板损坏。 报警 5：代表印制线路板上 AF2 或 AF、3 熔丝熔断，原因是交流电源异常或者印制线路板有故 障。 报警 6：代表模拟系统检测到电动机速度已超过额定速度，原因有：印制线路板设定不对(特别 是 s5 的设定)或未调整好；存储器的 ROM 编号不对；印制线路板损坏。 报警 7：表示二进制系统检测到电动机转速超过额定速度(原因同报警 6)。 报警 8：+24V 电压太高，原因是：交流电压太高，已超过额定值的 10％以上；电源电压切换开 关设定错误，应设定为 220V。 报警 9：大功率晶体管模块的散热板过热，其原因是过载；灰尘太多或者冷却风扇损坏。 报警 10：+15V 太低，主要原因是交流输入电压太低。 报警 11：直流回路电压太高，主要原因有：F5、F6 熔丝熔断，按报警 3 的方法处理；交流电源 的阻抗太高；印制线路板故障等。 报警 12：表示直流回路电流过大，原因是：电动机绕组短路或接线端子处短路；晶体管模块损 坏；印制线路板损坏等。 报警 13：表示印制线路板上的 CPU 损坏。 报警 14：表示印制线路板上的 ROM 异常，原因可能是 ROM 号错误或 ROM 片损坏。 报警 15：选择板报警，原因是：选择板的连接故障；主轴切换回路等功能的选择板不良。 (2)主轴旋转过程中的振动和噪声。如果振动、噪声故障发生在减速过程中，首先检查再生回路 的 F5、F6 熔断器是否熔断及晶体管模块 TM7 和 TM8 的 C．E 极之间是否短路。在确认反馈电压 TSA(C}t20 端)和 ER(CI_128 端)无异常后，拔下 CN2 插头，观察电动机是否有异常噪声。若有，则 说明机床机械部分存在故障，否则应属于主轴伺服单元控制部分故障。 如果电动机的振动周期与旋转速度无关，有可能存在以下原因：主轴电动机与主轴之间的齿轮 比不合适；主轴电动机尾部的脉冲发生器不良；主轴电动机故障或者主轴不良。 如果发现电动机的振动周期与旋转速度有关，应首先确认脉冲发生器的反馈即 CH7 的波形占空 比是否为 1：1。如果是，则可能属于印制线路板不良或产生了机械故障，否则，有可能是电位器 RVl8、 RVl 未调整好或是脉冲发生器故障。 (3)电动机转动异常。出现电动机不转或旋转异常时，可以按照下面方法逐一检查：如果报警指 示灯亮，则按报警号作相应的处理；如果检查发现 CHl 端的 V(；MI)指令不正常，使用 S 模拟信号 的属于(2N(：故障，否则可能是 D／A 变换器不良或接受回路故障；如果确认有准停信号，则解除 准停信号；若无准停信号，应检查 CHl3 端 V(；MI)指令是否正常。若正常，是印制线路板或伺服单 元故障；若不正常，则可能存在下面原因：s2 设定不合适，主轴转速调整不当，主轴发动机不能启 动或用于主轴定向的传感器安装不良等。 例 6-2 BXllOP 卧式加工中心，FANUC_11ME。AC 主轴 AL_02 号报警。 故障现象：当执行 M06 换刀时，主轴定向过程中发生报警，控制柜上的 AI。ARM 点亮，指示 SPINI)LE 报警。当执行 M19 定向时，也发生同样故障。此前也偶尔发生过加工过程中速度突然变 慢，后又恢复正常的现象。 故障分析：据报警现象，判断故障在主轴伺服单元。经检查主轴伺服单元印制板上显示 AI，02 号报警，内容为速度偏差超过指令值，伺服单元与电动机控制接线不良。为观察主轴箱定向与运转 情况，将主轴箱下降到最低点时，启动主轴又能转动起来，这说明故障是有位置的，当用手摇脉冲
发生器到y轴（主轴前）某一位置时，又发生月样报警。故分析，同服单元与电动机信号控制断线，接 触不良的可能性根大。拆开D,轻拉接线头。有一线歌落，因有余线违着有时还能接触。所以有 时又出现通路， 故障排除：经焊接修复后，主拍运行正常。 (大)直流进给影动系统及工作原理 ()常见的直流进给图动系统简介， IFANUC公司直流进给驱动系统。从1980年开始，FNUC公司陆线推出了小模量L系列、中 惯量M系列和大惯量H系列的直流饲服电动机，中，小惯量何服电动机采用PWM速度控制单元， 大惯量同服电动机采用品属管速度控制单元。票动装置具有过速、过电流，过电压，过找等多种保 护功能。 2S1 EMENS公可直流进给鬼动系统。20世纪0年代中期，s1EMES公司推出了1HU系列水 磁式直流何服电动机。规格有1HLU504、1HLU305、1HU307、HU310.1H313等。与何服电动机 配套的速度控制单元有6RA20和6乐A站两个系列，前者采用品体管PWM控制。后者采用品闸管控 制。驱动系统除了具有各种保护功能以外。还有热效应监控功能。 3)MITSUBIS-I公司直流进给更动系统。MITSUBISH公司的HD系列水慧式直流饲服电动机 有HD21、HD41、HD8I、HD、HD01,HD301.等.配套的6很系列同服整动单元，采用品体管 PWM控制，具有过载、过速、过电流、过电压等保护。并有电流监控功能。 (2)直流进给里动系统工作原理。 直流：PWM调速是利用账宽调制器对大功率品体管的开关时间进行控制，将速度控制信号转 换成一定频率的方波电压，加到直流何服电动机的电松两端，通过对方波宽度的控制，改变电枢两 端的平均电压，从面达到控制电枢电流，最终控制同服电动机转速的目的。 品制管调速是利月速度调节器对品闸管的导通进行拉制，通过改变导通角的大小米改变 电枢两瑞的电压，选而达到调速的目的，在FANUC系统采用PWM进给驱动的控制系统中。位置 和转速检测采用脉冲编码晷。该系统也可采用旋转变压器成5应同步器和测速发电机作为位置和特 速检测元件。 (七)交流进给驱动系统工作绿理。 交流句服电动机通常采用水盈式同步电动机，交流进给驱动装置本质上是一个电子换向的直流 电动机动装置。虽然电路形式月变顾器电路相似。但在控制上不产生旋转烟场的内部节拍，各种 调节建立在直流电压特性上。 交流司服电动机配上采用矢量控制方式的同服单元后，整个交流同服系统具有以下特点： 1)系统能在极低速度下平稳运行，响应快： 2)高速区有很硬的转矩机械特性， 3)转矩惯量比大，能灵话地启动或制动： 4)电动机的振动和堤声能钟制在最低限度： 5)采用高精度的脉冲编码器进行数字控制。具有很高的如工精度： 6)采用大提模的专用集成电路，零都件减少，整个系统结构紧凑、体积小、可靠性高。 在数挖机床领域，已用交流进给驱动系统取代了直流进给塑动系统， FANUC模拟式交流选给何服系统的工作原理是：数控系统发出的速度指◆VCMD在比较器中 与T飞A信号相与输出的误差信号经做大作为转矩指令电压，在乘法器中分别与转子计算回路中输出 的0和白一240。)相乘之后作为电流指令信号输出。该指令又与电流反锁信号相与之后的电 流误差信号经放大之后送到PWM控制回路。进行味宽调制，然后再将该味宽调制信号经品体管功 率电源回路变成三相交流电流控制交流问服电动机，如图6一3所示系统中采用了两块用虚线框的专
发生器到 y 轴(主轴箱)某一位置时，又发生同样报警。故分析，伺服单元与电动机信号控制断线，接 触不良的可能性很大。拆开 I-ID，轻拉接线头。有一线脱落，因有余线连着有时还能接触，所以有 时又出现通路。 故障排除：经焊接修复后，主轴运行正常。 （六）直流进给驱动系统及工作原理 (1)常见的直流进给驱动系统简介。 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 速度控制单元， 大惯量伺服电动机采用晶闸管速度控制单元。驱动装置具有过速、过电流、过电压、过载等多种保 护功能。 2)SIEMENS 公司直流进给驱动系统。20 世纪 70 年代中期，SIEMENS 公司推出了 1HU 系列永 磁式直流伺服电动机，规格有 1HLJ504、1HLJ305、1HLl307、lHU310、1Hu313 等。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，后者采用晶闸管控 制。驱动系统除了具有各种保护功能以外，还有热效应监控功能。 3)MITSUBISI-II 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 有 HD21、HD41、HD81、HDl0l、HD201、HD301．等。配套的 6R 系列伺服驱动单元，采用晶体管 PWM 控制，具有过载、过速、过电流、过电压等保护，并有电流监控功能。 (2)直流进给驱动系统工作原理。 直流：PWM 调速是利用脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进行控制，将速度控制信号转 换成一定频率的方波电压，加到直流伺服电动机的电枢两端，通过对方波宽度的控制，改变电枢两 端的平均电压，从而达到控制电枢电流，最终控制伺服电动机转速的目的。 晶闸管调速是利用速度调节器对晶闸管的导通进行控制，通过改变导通角的大小来改变 电枢两端的电压，进而达到调速的目的。在 FANUC 系统采用 PWM 进给驱动的控制系统中，位置 和转速检测采用脉冲编码器。该系统也可采用旋转变压器或感应同步器和测速发电机作为位置和转 速检测元件。 （七）交流进给驱动系统工作原理。 交流伺服电动机通常采用永磁式同步电动机，交流进给驱动装置本质上是一个电子换向的直流 电动机驱动装置。虽然电路形式同变频器电路相似，但在控制上不产生旋转磁场的内部节拍，各种 调节建立在直流电压特性上。 交流伺服电动机配上采用矢量控制方式的伺服单元后，整个交流伺服系统具有以下特点： 1)系统能在极低速度下平稳运行，响应快； 2)高速区有很硬的转矩机械特性； 3)转矩惯量比大，能灵活地启动或制动； 4)电动机的振动和噪声能抑制在最低限度； 5)采用高精度的脉冲编码器进行数字控制，具有很高的加工精度； 6)采用大规模的专用集成电路，零部件减少，整个系统结构紧凑、体积小、可靠性高。 在数控机床领域，已用交流进给驱动系统取代了直流进给驱动系统。 FANUC 模拟式交流进给伺服系统的工作原理是：数控系统发出的速度指令 VCMD 在比较器中 与 TSA 信号相与输出的误差信号经放大作为转矩指令电压，在乘法器中分别与转子计算回路中输出 的 sin0 和 sin(臼一 240。)相乘之后作为电流指令信号输出。该指令又与电流反馈信号相与之后的电 流误差信号经放大之后送到 PWM 控制回路，进行脉宽调制，然后再将该脉宽调制信号经晶体管功 率电源回路变成三相交流电流控制交流伺服电动机。如图 6—3 所示系统中采用了两块用虚线框的专
用大规模集成电路，一个是AF20,它包括两个乘法器和一个转子置计算回路：另一个是M旧63137， 它包括PwM控制回路和脉冲编码图的接受回路。 (八)位置检测装置的故障诊断 ()输出信号。增量式旋转测量装置减直线测量装置的输出信号有两种形式：一种是电压成电流 正弦信号，另一种是T电平信号。 (2E征信号处理，EXE的作用是将光播尺成编码器输出的增量信号】小如和k进行放大，整形、 倍频和报警处理，输出至NC进行位置控制。EXE由基本电路和细分电路组成。基本电路印制线 路板内含通道放大器、整形电路、影动、报警电路等，细分电路作为一种任选功能单独制成一块线 路板，两板之间通过J3连接器连接， (3)放障现象及诊断。 1)加速或减速时，机械振荡。脉神编码器出现故项，检查遮度单元上的反镜线端子电压是否下 降，若有下降，则表明脉冲编码器不良：脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的 走度不问步：测速发电机出现故项， 2)机械暴走飞车)。脉冲编码器接线是否错误。应检查林冲编码器接线是否为正反馈，A相和B 相是否接反：脉冲编码墨眠轴节是否视环，若损坏。需更换联拍节！检查测速发电机端子是否接反， 分题信号线是否接错， )主轴不能定向或定向不到位。在检查定向控刺电路设置，校在定向板与调整主轴控制印刷电 路板的同时，应检查偏码器是否异常， )坐标轴振动进给。在检查电动机线圆是否短路，机城进给控杆同电动机的连接是否良好，整 个何服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码器是否良好、联触节连接是否平稳可常、测速机是否 可靠。 5)NC报警中因程序错误，慢作错误引起的报警。如FANUC6ME系统的NC报警090、91：出 现NC报警，可能是主电路故障和进给速度过低引起，还可能存在以下原因：脉冲编码“不良、脉 冲编码器电源电压太低、没有输入脉冲编码器的一转信号而不能正常执行参考点返回等， 6)同服系统的报警号，如FANc6E系统的饲服报警号：416.426.436、446、456：S1 EMENS830 系统的何服报警号：1364：S1 EMENS8系统的句服报警号：104,114等。若出现以上报警，可能有 下面原因：账冲编码器反镜信号断线、短路成信号丢失。可用示波器检测A相、B相一转信号：编 码器内部污染，信号无法正确接收
用大规模集成电路，一个是 AF20，它包括两个乘法器和一个转子位置计算回路；另一个是 MB63137， 它包括 PwM 控制回路和脉冲编码器的接受回路。 （八）位置检测装置的故障诊断 (1)输出信号。增量式旋转测量装置或直线测量装置的输出信号有两种形式：一种是电压或电流 正弦信号，另一种是 TTL 电平信号。 (2)EXE 信号处理。EXE 的作用是将光栅尺或编码器输出的增量信号 J 小如和 k 进行放大、整形、 倍频和报警处理，输出至 CNC 进行位置控制。EXE 由基本电路和细分电路组成。基本电路印制线 路板内含通道放大器、整形电路、驱动、报警电路等，细分电路作为一种任选功能单独制成一块线 路板，两板之间通过 J3 连接器连接。 (3)故障现象及诊断。 1)加速或减速时，机械振荡。脉冲编码器出现故障，检查速度单元上的反馈线端子电压是否下 降，若有下降，则表明脉冲编码器不良；脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的 速度不同步；测速发电机出现故障。 2)机械暴走(飞车)。脉冲编码器接线是否错误，应检查脉冲编码器接线是否为正反馈，A 相和 B 相是否接反；脉冲编码器联轴节是否损坏，若损坏，需更换联轴节；检查测速发电机端子是否接反， 励磁信号线是否接错。 3)主轴不能定向或定向不到位。在检查定向控制电路设置，检查定向板与调整主轴控制印刷电 路板的同时，应检查编码器是否异常。 4)坐标轴振动进给。在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杆同电动机的连接是否良好，整 个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码器是否良好、联轴节连接是否平稳可靠、测速机是否 可靠。 5)NC 报警中因程序错误、操作错误引起的报警。如 FANUC 6ME 系统的 NC 报警 090、091。出 现 NC 报警，可能是主电路故障和进给速度过低引起，还可能存在以下原因：脉冲编码器不良、脉 冲编码器电源电压太低、没有输入脉冲编码器的一转信号而不能正常执行参考点返回等。 6)伺服系统的报警号。如 FANuc 6ME 系统的伺服报警号：416、426、436、446、456；SIEMENS880 系统的伺服报警号：1364；SIEMENS8 系统的伺服报警号：104、114 等。若出现以上报警，可能有 下面原因：脉冲编码器反馈信号断线、短路或信号丢失，可用示波器检测 A 相、B 相一转信号；编 码器内部污染，信号无法正确接收