第9章_伺服系统故障诊断ppt课件

1、第9章 伺服系统缺点诊断第一节 主轴驱动系统 主轴驱动系统、缺点方式、缺点诊断第二节 进给伺服系统 进给驱动系统、伺服系统构造方式、缺点诊断第三节 位置检测安装 检测安装的维护、位置检测的缺点诊断.第四章 伺服系统缺点诊断伺服：任务台电机的运动速度和间隔完全按CNC的指令 行动，准确无误控制方法：三环构造位置环外环：输入信号为CNC的指令和位置检测器反响的位置 信号速度环中环：输入信号为位置环的输出和测速发电机经反响网 络处置信号电流环内环：输入信号为速度环的输出信号和经电流互感器得到 的电流信号.第四章 伺服系统缺点诊断 在三环系统中，位置环的输出是速度环的输入；速度环的输出是电流环的输入；

2、电流环的输出直接控制功率变换单元，这三个环的反响信号都是负反响第一节 主轴驱动系统缺点诊断普通主轴要求：速度大范围延续可调、恒功率范围宽伺服主轴要求：有进给控制和位置控制主轴变速方式：电动机带齿轮换档降速、增大传动比、增大 主轴转矩；电动机经过同步齿带或皮带驱动 主轴恒功率、机械传动简单.第一节 主轴驱动系统缺点诊断一、常用主轴驱动系统引见FANUC公司主轴驱动系统主要采用交流主轴驱动系统，有S、 H 、P三个系列1.537 1.522 3.737 kW主要特点：1采用微处置控制技术 2主回路采用晶体管PWM逆变器3具有主轴定向控制、数字和模拟输入.第一节 主轴驱动系统缺点诊断SIEMENS公

3、司主轴驱动系统直流主轴电动机：有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四个系列及配套的 6RA24、6RA27系列驱动安装晶闸管交流主轴电动机：有1PH5和1PH6两个系列3100kW及配套的 6SC650、6SC611A系列的主轴驱动模块.第一节 主轴驱动系统缺点诊断二、主轴伺服系统的缺点方式及诊断方法主轴伺服系统发生缺点时，有三种表现方式：1、在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息2、在主轴驱动安装上用报警灯或数码管显示缺点3、无任何缺点报警信息.第一节 主轴驱动系统缺点诊断主轴伺服系统常见缺点有：1、外界干扰：屏蔽和接地措施不良时，主轴转速或反 馈信号受电磁干扰，使主轴驱动出现随 机

4、和无规律的动摇。判别方法，使主轴 转速指令为零再看主轴形状2、过载：切削用量过大，频繁正、反转等均可引起过载 报警。详细表现为电动机过热、主轴驱动安装 显示过电流报警等.第一节 主轴驱动系统缺点诊断3、主轴定位抖动 主轴准停用于刀具交换、精镗退刀及齿轮换档等场所，有三种实现方式： 1机械准停控制V形槽和定位液压缸 2磁性传感器的电气准停控制 图 3编码器型的准停控制准停角度可恣意 上述准停均要经减速的过程，假设减速或增益等参数设置不当；限位开关失灵；磁性传感器间隙变化或失灵都会引起定位抖动.第一节 主轴驱动系统缺点诊断磁性传感器主轴准停安装1.磁性传感器2.发磁体3.主轴4.支架5.主轴箱.第

5、一节 主轴驱动系统缺点诊断4、主轴转速与进给不匹配:当进展螺纹切削或用每转进 给指令切削时，会出现停顿进给、主轴依然运 转的缺点。主轴有一个每转一个脉冲的反响信 号，普通为主轴编码器有问题。可查CRT报 警、I/O编码器形状或用每分钟进给指令替代5、转速偏离指令值：主轴实践转速超越所规定的范围时 要思索，电机过载、CNC输出转速的模拟量没 有到达与转速指令对应值、测速安装有缺点、 主轴驱动安装缺点.第一节 主轴驱动系统缺点诊断6、主轴异常噪声及振动：电气驱动缺点假设是在 减速过程中发生或振动周期与转速无关； 主轴机械缺点假设发生在恒转速自在停车 时或振动周期与转速有关7、主轴电动机不转：CNC

6、能否有速度信号输出；使 能信号能否接通、CTR察看I/O形状、分析 PLC梯形图以确定主轴的启动条件光滑、 冷却；主轴驱动缺点；主轴电机缺点.第一节 主轴驱动系统缺点诊断三、主轴直流驱动的缺点诊断1.控制电路 控制回路采用电流反响和速度反响的双闭环调速系统，内环是电流环，外环是速度环。 调速特点是速度环的输出是电流环的输入，可以根据速度指令电压和转速反响电压的差值及时控制电动机的转矩。在速度差值大时，转矩大，速度变化快，转速尽快到达给定值，当转速接近给定值时，转矩自动减小，防止超调.第一节 主轴驱动系统缺点诊断.第一节 主轴驱动系统缺点诊断2.主电路 数控机床直流主轴电动机由于功率较大，切要求

7、正、反转及停顿迅速，驱动安装采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆变调速系统，在制动时，除了缩短制动时间，还能将主轴旋转的机械能转变成电能送回电网。还利用逻辑电路，使一组晶闸管任务时，另一组的触发脉冲被封锁，切断两组之间流通的电流.第一节 主轴驱动系统缺点诊断.第一节 主轴驱动系统缺点诊断例：某加工中心采用直流主轴电动机、逻辑无环可逆调速系统。当用M03指起动时有“咔、咔的冲击声，电动机换向片上有细微的火花，起动后无明显的异常景象；用M05指令使主轴停顿时，换向片上出现剧烈的火花，同时伴“叭、叭的放电声，随即交流回路的保险丝熔断。火花的剧烈程度和电动机转速成正比。但假设用急停方式停顿主轴，换向片上没

8、有任何火花。 分析诊断：急停电阻能耗制动；正常停机回馈制动。在任何时候不允许正、反两组同时任务，有火花阐明逆变电路有缺点。.第一节 主轴驱动系统缺点诊断例：某加工中心主轴在运转时抖动，主轴箱噪声增大，影响加工质量。经检查主轴箱和直流主轴电动机正常，把检查转到主轴电机的控制系统。测得的速度指令信号正常，而速度反响信号出现不应有的脉冲信号，问题出在速度检测元件上，经检查，测速发电机碳刷完好，但换向器因碳粉堵塞，而呵斥一绕组断路，使测得的反响信号出现规律性的脉冲，导致速度调理系统调理不平稳，使驱动系统输出的电流忽大忽小，从而呵斥电动机轴的抖动。用酒精清洗换向器，彻底消除碳粉，即可排除缺点.第一节 主

9、轴驱动系统缺点诊断四、主轴交流驱动的缺点诊断一6SC650系列主轴交流驱动系统1.驱动安装的组成原理图.第一节 主轴驱动系统缺点诊断驱动安装的组成主轴驱动系统.第一节 主轴驱动系统缺点诊断2.缺点诊断缺点代码 当交流主轴驱动变频器在运转中发生缺点，变频器面板上的数码管会以代码的方式提示缺点的类型。变频器的操作和显示面板.第一节 主轴驱动系统缺点诊断辅助诊断 除缺点代码外，在控制和I/O模块还有测试插座，作为辅助诊断的手段经过测试，可进一步判别变频器能否缺相以及过电流等缺点 I/O 模块上的测试插座1 接线端子2 I/O模块3 电流测试插孔测电机相电流测直流回路电流测电机总电流.第一节 主轴驱动

10、系统缺点诊断6SC650 系列变频器部分代码表故障代码故障名称故障原因 F11转速控制开环无实际转速值 1、编码器电缆未接；2、电机缺相工作；等 F12过电流1、变频器有短路故障2、转矩设定值过高等 F14电动机过热1、电动机过载；2、电动机电流过大等.第一节 主轴驱动系统缺点诊断二主轴通用变频器通用变频器主要和通用三相变频笼式异步电机配合运用通用变频器接口定义.第二节 进给伺服系统任 务 完成CNC对各坐标轴的位置控制组 成 进给驱动、位置检测及机械传动安装任务过程 程序指令经插补运算得位置指令同时将检测到的实践位置 信号反响数控系统构成半或闭环控制系统，是外环为位置环 内环为速度环的控制系

11、统位置检测 光栅、光电编码器、感应同步器、旋转变压器和磁栅等速度监测 测速发电机和光电编码器等.第二节 进给伺服系统一、常见进给驱动系统1.直流进给驱动系统FANUC公司直流进给驱动系统 小惯量L、中惯量M系列直流伺服电动机采用PWM速度控制单元 大惯量H系列直流伺服电动机，采用晶闸管速度控制单元 均有过速、过流、过载等多种维护功能.第二节 进给伺服系统SIEMENS公司直流进给驱动系统 1HU系列多种规格的永磁式直流伺服电动机，与电机配套的速度控制单元有6RA20晶体管PWM控制和6RA26晶闸管控制两个系列。也均有过速、过流、过载等多种维护功能.第二节 进给伺服系统2.交流进给驱动系统FA

12、NUC公司交流进给驱动系统驱动安装：晶体管PWM控制的系列交流驱动单元电 动 机：S、L、SP和T系列永磁式三相交流同步电动机.第二节 进给伺服系统SIEMENS公司交流进给驱动系统驱动安装：晶体管PWM控制的6SC610和6SC611A系列交流 进给驱动模块，还有用于数字伺服驱动的 611D系列电 动 机：1FT5和1FT6系列永磁式三相交流同步电动机3.步进驱动系统802S数控系统配STEPDRIVE步进驱动安装及IMP5五相步进电动机.第二节 进给伺服系统二、伺服系统构造方式伺服系统不同的构造方式，主要表达在检测信号的反响方式上，以带编码器的伺服电动机为例：方式1转速反响与位置反响信号处

13、置分别方式2编码器同时作为转速和位置检测，处置均在数控系统中完成方式3编码器方式同上，处置方式不同方式4数字式伺服系统.第二节 进给伺服系统方式一a 框图b西门子进给伺服系统方式一从图中可以看出：速度反响信号和位置反响信号是分别处置的。图a中为测速安装，编码器丈量位置信号。图b中311为速度反响插座，而X111、X121、X131为三根轴的位置反响信号输入口；X141为三根轴的伺服驱动口。 速度反响信号和位置反响信号分开处置.第二节 进给伺服系统方式二a 方式二框图 b FANUC伺服进给系统编码器同时作为速度和位置检测，由CNC完成处置.第二节 进给伺服系统方式三编码器将检测信号反响至CN2

14、口，一方面用于速度控制，另一方面再经过CN1A口输入至CNC中的位置检测口。.第二节 进给伺服系统方式四数字伺服系统编码器将检测信号直接反响到驱动单元上的CN2口，在驱动单元中完成位置控制和速度控制。三菱数字伺服系统.第二节 进给伺服系统三、进给伺服系统的缺点方式及诊断方法缺点出现后的表现方式：CRT报警、驱动单元提示信息、无1. 常见缺点超程进给运动超越软限位或硬限位，CRT过载进给运动的负载过大、频繁正反转以及传动链光滑不良 等引起，CRT及伺服驱动单元都会有报警信息窜动测速信号或速度控制信号不稳定、接线接触不良等引起.第二节 进给伺服系统爬行发生在起动加速段或低速进给时，普通是由于进给

15、传动链的光滑不良、伺服系统增益过低及负载过大、 联轴器松动等引起振动与进给速度有关，速度环增益太高或速度反响有故 障；与速度无关，位置环增益太高或位置反响有故 障；在加速过程中产生，减速时间设定过小伺服电动机不转数控系统速度信号能否输出；使能信号是 否接通；冷却光滑条件能否满足；电磁制 动能否释放；驱动单元缺点；伺服电动机 缺点.第二节 进给伺服系统位置误差系统设置的允差过小；伺服增益设置不当；位置 检测安装有污染；进给传动链累积误差过大；主 轴箱垂直运动时平衡安装不稳漂移当指令值为零时，坐标轴仍挪动从而呵斥位置误差。 经过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除回参考点缺点有找不到和找不准参考点

16、两种缺点，前者主 要是回参考点减速开关产生的信号或零标志 脉冲信号失效所致，可用示波器检测信号； 后者是参考点开关挡快位置设置不当引起， 只需重新调整即可.第二节 进给伺服系统2. 缺点定位模块交换法 X和Y的驱动单元一样，当一轴发生缺点时，用另一轴替代看缺点的转移情况模块交换法.第二节 进给伺服系统为确定能否伺服单元和伺服电动机缺点，可以脱开位置环，检查速度环 。有干电池和变阻器组成直流回路.第二节 进给伺服系统四、进给驱动的缺点诊断驱动构造1、模块式模块式驱动单元.第二节 进给伺服系统驱动构造2、单元式单元式驱动单元.第二节 进给伺服系统驱动方式直流PWM和晶闸管驱动方式、交流变频控制方式

17、、步进电 机驱动方式直流进给驱动1PWM调速是利用脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进展控制。将速 度控制信号转换成一定频率的电压，加到直流伺服电机电枢的两端，通 过对方波宽度的控制改动电枢两端的平均电压，从而到达控制电枢电 流，进而控制伺服电动机转速的目的。2晶闸管调速是利用速度调理器对晶闸管的导通角进展控制，经过改动 导通角的大小来改动电枢两端的电压，从而到达调速的目的。2、交流进给驱动 因采用交流同步电动机，驱动安装本质上是一个电子换向的直流电动机驱动安装.第二节 进给伺服系统FANUC系统进给驱动缺点表示方式：1、CRT有报警显示的缺点报警号400457伺服系统错误报警报警号70270

18、4过热报警 缺点缘由：1、机床切削条件差及机床摩擦力矩增大，引起主回路中的过载继电 器动作2、切削时伺服电机电流太大或变压器本身缺点，引起变压器热控开 关动作3、伺服电机电枢内部短路或绝缘不良等，引起变压器热控开关动作.第二节 进给伺服系统2.报警指示灯指示的报警7个灯缺点缘由：BRK无熔丝断路器切断报警HVAL过电压报警HCAL过电流报警伴有401号报警OVC过载报警401或702报警LVAL欠压报警TGLS速度反响信号断线报警DCAL放电报警.第二节 进给伺服系统3.无报警显示的缺点缺点缘由：机床失控 速度反响信号为正反响信号机床振动 与位置有关的系统参数设定错误检测装 置有缺点随进给速度

19、定位精度低 传动链误差大；伺服增益太低电动机运转噪声过大 换向器的外表粗糙度过低、油液灰尘等 侵入电刷或换向器、电动机轴向窜动等.第三节 位置检测安装位置环是外环，其指令脉冲来自NC经插补运算包含对伺服系统位置和速度的要求位置环是伺服系统中重要的一环，检测元件的精度直接影响机床的位置精度闭环常用光栅，半闭环常用编码器缺点方式是在CRT上显示报警号和信息 轮廓误差、静态误差监视报警和丈量安装监控报警.第三节 位置检测安装一、位置检测安装的维护1.光栅 透射光栅与反射光栅光栅输出信号：二个相位和一个零标志维护留意点 防污冷却液细微结晶、水雾、通入低压紧缩空气、无水酒精轻檫 防振不能敲击防止光学元件

20、损坏.第三节 位置检测安装一、位置检测安装的维护2.光电脉冲编码器输出信号：二个相位和一个零标志维护留意点 防振和防污内部松动和信号丧失 结合松动影响位置精度、进给运动的不稳定、伺服电机的换向而引起振动.第三节 位置检测安装一、位置检测安装的维护3.感应同步器组成：定尺和滑尺上面具有矩形绕组维护留意点 在安装时必需坚持定尺和滑尺的相对平行、不要损坏尺上耐切削液涂层和带绝缘层的铝箔、滑尺接线要分清SIN和COS 绕组.第三节 位置检测安装一、位置检测安装的维护4.旋转变压器输出电压与转子的角位移有固定的函数关 系维护留意点 定子和转子阻值不同不要接错、碳刷磨损要及时改换.1.电机轴2.测速发电机

21、6.小齿轮7.旋转变压器8.安装板10.大齿轮11.防护罩.第三节 位置检测安装一、位置检测安装的维护5.磁栅尺组成：磁性标尺、磁头和检测电路维护留意点 不能 将磁性膜刮坏、不能用力和撞击磁性标尺和磁头防止磁性减弱或磁场紊乱、 在接线时要分清磁头上激磁绕组和输出绕组.第三节 位置检测安装二、位置检测的缺点诊断SIEMENS数控位控模块与检测安装的衔接1.输出信号(有两种方式电压或电流正弦信号/TTL电平信号. 机床在运动过程中，从扫描单元输出三组信号，两组增量信号和一组基准信号.第三节 位置检测安装二、位置检测的缺点诊断2.EXE信号处置通道放大器整形电路报警电路细分电路.第三节 位置检测安装

22、 二、位置检测的缺点诊断 3.缺点诊断 当出现位置环开环报警时，将J2衔接器脱开，在CNC系统的一侧，把J2衔接器上的5V线同报警线ALM连在一同，合上数控电源，根据报警能否再现，可迅速判别出缺点的部位是在丈量安装还是在CNC系统的接口板上。在丈量安装的话，可再测J1衔接器上有无信号输入，可将缺点定位在光栅或EXE电路. 例 一卧式加工中心，采用SINUMERIK8系统，带EXE光栅丈量安装。运转中出现114号报警，同时伴有113号报警。 分析：114号电缆断线或与地短路；信号丧失 检查：外观检查和丈量；信号漏读检查信号源和传输系统光源和光学系统 实践：灯泡外表呈毛玻璃状、指示光栅外表也有一层雾状物.伺服电机忽然不动案例缺点景象运转中，图形回转台交流伺服电机忽然不起动 .修前预备技术预备备好常用维修工具：信号发生器、示波器、万用电表等画出相关的系统框图与电机动作有关的查阅WY203 自动换箱数控组合机床的技术资料与维修手册。获得信息图形回转台为半闭环交流伺服控制系统。PLC程序控制位置调理器速度设定为模拟量位置反响为数字量.修前调查缺点报警显示无缺点景象运转中，忽然交流电机不起动外观检查与环境：电源正常。环境无干扰源 、外观正常。 察看检查法：外观检查，电机与线缆表观正常无异味。滑动面光滑正常、电缆外