伺服数控系统的故障诊断与维护 PPT课件

.1数控机床对主轴驱动系统的要求
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。
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4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护
• 随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能满 足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求： • 1. 调速范围； • 2. 主轴的旋转精度和运动精度 ； • 3. 数控机床主轴的变速是依指令自动进行的，要求 能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传 递环节，简化主轴箱 ； • 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；
4.1 伺服系统概述
• 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。
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4.2.3主轴伺服系统故障诊断
• 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
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• 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。
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4.2.2主轴驱动装置的特点
• 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。
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引例
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+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。
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4.2.3主轴伺服系统故障诊断 • • • • • • (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
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• 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。
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• 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
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• 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。
第4章 伺服数控系统的 故障诊断与维护
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第4章 伺服数控系统的故障诊断与维护
• • • • • • • • • 4.1 伺服系统概述 4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护 4.3 进给伺服系统的故障分析与维护 4.4 SIEMENS 802D伺服驱动系统 4.5 位置检测系统的故障分析与维护 4.6常用位置检测元件 4.7检测器件的常见故障及维修 4.8检测器件常见故障维修实例分析 4.9检测器件日常维护保养