《数控机床调试与维修》项目四：进给传动系统的故障维修与保养

1、项目四： 进给传动系统的故障维修与保养【学习目标】（一）专业能力目标1、能对急停、超程电路进行分析及维修；2、熟悉接线定义，会正确测量；3、能进行参数调试及设置；4、能对进给部分的故障进行分析和处理（二）社会能力目标1. 具有良好的职业道德和敬业精神；2. 具有较强的责任感；3具有团结协作精神；4具有良好的心理素质和身体素质；（三）方法能力目标1. 具有通过电教片、网络等现代途径学习和图书查询等自学能力；2. 具有综合运用知识与技术从事程度较复杂的技术工作的能力。【相关知识】任务一：超程故障维修 数控机床各轴移动量超出限制范围，称为超程。一旦超程，对刀具、工件、设备甚至人身安全造成危险，所以，

2、数控机床都设有超程保护。数控机床超程保护的方法有两种：软件超程保护、硬件超程保护。一、硬件保护 硬件保护分限位保护和PMC保护。在各轴行程极限位置设置检测开关（如行程开关），超程时开关动作，起到保护作用，并显示报警信息。图4-1是急停、超程保护电路原理图。图中+X、-X是X轴的两个方向限位行程开关的常闭触点,+Y、-Y是Y轴的两个方向限位行程开关的常闭触点,+Z、-Z是Z轴的两个方向限位行程开关的常闭触点,+4、-4是第四轴的两个方向限位行程开关的常闭触点。 任一轴任一方向发生超程或按下急停按钮时，急停继电器线圈断电，使机床进入紧急停止状态。该信号输入至CNC 控制器、伺服放大器以及主轴放大器

3、。当急停信号（*ESP ）触点断开时，CNC 控制器复位并进入急停状态，伺服和主轴电机减速直至停止。切断伺服放大器电源后，伺服电机有一个动态刹车。然而，即使有动态刹车，与垂直轴连接的伺服电机由于重力的作用仍可以运动，选用带抱闸的伺服电机可以解决这个问题。 图4-1 急停、超程保护电路原理图当主轴电机正在运转时，关断电机动力电源，主轴电机由于惯性会继续转动，这是十分危险的。当急停信号（*ESP ）触点断开时，在关断主轴电机电源之前，必须确认主轴电机已减速至停止。 FANUC 控制放大器是基于以上安全需求考虑而设计的。急停信号应输入电源模块（PSM ）。PSM 输出电机动力电源的MCC 控制信号，

4、用来控制加于电源模块的电源的ON/OFF。 CNC 控制器通过软件限位功能来检测超程。通常情况下，不需要有硬件限位开关来检测超程，然而，如果由于伺服反馈故障致使机床超出软件限位时，则需要有一个行程限位开关与急停信号相连使机床停止。以X坐标轴为例，正、负方向的硬限位块、减速块、硬限位开关及软极限位置设定如图4-2所示。图4-2 行程开关和挡块的安装位置二、软件保护利用参数设置，来限制行程范围。如FANUC Oi 用参数1320、1321和1322和1323、1324和1325或1326和1327，分别限制坐标轴的正方向和负方向的坐标值。参数说明如下：一般软限位应在硬限位作用之前，应予查验，必要时

5、修改。1、使参数可改写(1) 将NC置于MDI方式或急停状态。 (2) 用以下步骤使参数处于可写状态。 (3) 按SETTING功能键一次或多次后，再按软键SETTING，可显示SETTING画面的第一页。 (4) 将光标移至“PARAMETER WRITE”处。如图4-3所示。 图4-3 参数显示页面 (5)按软键ON：1 或输入1，再按软键INPUT，使“PARAMETERWRITE” = 1。这样参数成为可写入状态，同时CNC发生P/S报警100（允许参数写入）。2、查看/修改参数(1)按MDI面板上的功能键SYSTEM一次或几次后，再按软键PARAM选择参数画面。如图4-4所示。图4-

6、4 参数页面(2) 参数画面由多页组成。通过下面1）、2）两种方法显示需要显示的参数所在的页面。 1）用翻页键或光标移动键，显示需要的页面。 2）从键盘输入想显示的参数号（如1320），然后按软键NO.SRH。这样可显示包括指定参数所在的页面，光标同时在指定参数的位置（数据部分变成反转文字显示）。如图4-5所示。图4-5 参数查找(3)将光标置于需要设定的参数的位置上。(4)输入数据，然后按INPUT软键。输入的数据将被设定到光标指定的参数(5)若需要则重复步骤(2)至(4)，输入其它参数。 (6)参数设定完毕。需将参数设定画面的“PARAMETER WRITE = ”设定为0，禁止参数设定。

7、 (7)复位CNC，解除P/S报警100。但在设定参数时，有时会出现P/S报警000（需切断电源），此时请关掉电源再开机。 三、急停的PMC程序 如图4-6所示。图4-6 急停的PMC任务小节急停、超程故障是数控机床故障率较高的故障，检修时综合故障时的现象、报警信息、参数，参考硬件电路，分析故障原因，查找故障点排除故障，任何故障排除后，要认真总结，做好后记。超程时如限位开关被压下，属硬件故障，否则属软件故障。检修前需退出超程状态，方法是：按着“超程解除”（有的机床标记“超程释放”），手轮方式反方向移动刀架（或工作台），按“复位键”。对于硬件超程报警，根据硬件电路，可总结如下原因：急停生效；1.

8、超程极限保护生效；2.伺服驱动、主轴驱动器过载保护生效；3.急停线圈电源故1、障4.限位开关或急停按钮开关损坏。对于超程失效可能原因如下：1.急停继电器线圈虽失电，但触电未动作（粘连）继电器故障；2.伺服驱动器急停控制失效；3.超程压下后，触电不能断开限位开关故障、或开关到挡块的距离需调整。4.线路其他原因，使被压开关失效。5.线路其他原因，使急停继电器线圈常得点。对于参数保护失效，只需查验参数。课后自测1.FANUC Oi mate 数控系统按下急停后，显示什么报警？2.判断对错：（1）按下急停后整个机床断电。（2）按下急停后主轴和进给轴停止运动。（3）解除急停可立即加工。（4）急停继电器只

9、受急停按钮控制。（5）超程解除按钮按下后，机床自动回到正常位置。（6）限位开关失去作用后，软限位开始起作用。（7）软限位的数值单位是毫米。（8）维修时，急停继电器不亮说明急停电路工作正常。（9）维修时可用压下Z轴限位开关的方法再现该轴超程报警。（10）修改参数前需解除参数写保护。任务二 进给系统电气故障维修一、伺服进给系统组成：1、控制器；主要包括CNC、内置PLC、通讯等，如图4-7、4-8所示。图4-7 控制器前视图图4-8 控制器后视图2、辅助面板，如图4-9所示。图4-9 辅助面板3、伺服驱动器、伺服电机、脉冲编码器采用ASDA2-A2伺服驱动器，和伺服电动机配套使用，伺服电动机和脉冲

10、编码器作成一体。如图4-10所示。二、接线概览1、控制器接线概览，如图4-11。*控制器需两路电源：单相交流电源（110/220V）和直流24伏电源；*经SIO和辅助面板连接。*和主轴伺服驱动器或变频器经插座C连接。*和各轴伺服驱动器ASDA-A2的CN1经各轴插座连接。*每个I/O板有两个25芯插座，公母对接。每板有24个输入（I0至I23）15个输出（O0至O15），还可扩展。输入、输出点规划，见表4-1、4-2。表4-1 输入点规划表4-2 输出点规划控制器所有的接头型式： 接头名称 H6D 接头名称 接头型式 X-轴伺服 X-AXIS DB26LF (母) Y-轴伺服 Y-AXIS D

11、B26LF (母) Z-轴伺服 Z-AXIS DB26LF (母) A-轴伺服 A-AXIS DB26LF (母) B-轴伺服 B-AXIS DB26LF (母) C-轴伺服 C-AXIS DB26LF (母) 手摇脉波生产器 (MPG) MPG DB26LM (公) 标准 INPUT-1 INPUT-1 DB25LF (母) 标准 OUTPUT-1 OUTPUT-1 DB25LM (公) 标准 INPUT-2 INPUT-2 DB25LF (母) 标准 OUTPUT-2 OUTPUT-2 DB25LM (公) 通讯界面 RS232 DB9LF (母) 通讯界面 USB 标准 USB (母)注

12、：DBxx：接头脚位数以xx表示之； DB9L：9个脚位接头； DB9LF：表示终端为9个脚位的母接头（Female)； DB15LM：表示终端为15个脚位的公接头 (Male)。 2、伺服驱动器接线概览，如图4-12所示。以一个进给轴为例三、ASDA-A2控制功能ASDA-A2驱动器提供位置、速度、扭矩三种基本操作模式，可使用单一控制模式，即固定在一种模式控制，也可选择用混合模式来进行控制。1)位置模式Pt:驱动器接受位置命令，控制电机至目标位置。 位置命令由端子台输入，信号型态为脉冲。2)位置模式Pr:驱动器接受位置命令，控制电机至目标位置。位置命令由内部寄存器提供（共64 组寄存器），可

13、利用DI 信号选择寄存器编号。 图4-12 伺服驱动器接线3) 速度模式S:驱动器接受速度命令，控制电机至目标转速。速度命令可由内部寄存器提供(共三组寄存器)，或由外部端子台输入模拟电压（-10V +10V）。命令的选择是根据DI 信号来选择。4)速度模式Sz:驱动器接受速度命令，控制电机至目标转速。速度命令只由内部寄存器提供(共三组寄存器)，无法由外部端子台提供。命令的选择是根据DI 信号来选择。 5）扭矩模式T： 驱动器接受扭矩命令，控制电机至目标扭矩。扭矩命令可由内部寄存器提供（共三组寄存器），或由外部端子台输入模拟电压（-10V +10V）。命令的选择是根据DI 信号来选择。 6）扭矩

14、模式Tz：驱动器接受扭矩命令，控制电机至目标扭矩。扭矩命令仅可由内部寄存器提供（共三组寄存器），无法由外部端子台提供。命令的选择是根据DI 信号来选择。7）混合模式* Pt-S ：Pt 与S 可通过DI 信号切换* Pt-T ：Pt 与T 可通过DI 信号切换* Pr-S ：Pr 与S 可通过DI 信号切换* Pr-T ：Pr 与T 可通过DI 信号切换* S-T ：S 与T 可通过DI 信号切换* CANopen:上位机命令控制 * Pt-Pr: Pt 与Pr 可通过DI 信号切换 8) 多重混合模式* Pt-Pr-S:Pt与Pr与S可通过DI信号切换 * Pt-Pr-T:Pt与Pr与T可通

15、过DI信号切换1、位置模式 位置控制模式被应用于精密定位的场合，例如产业机械，本装置有两种命令输入模式：脉冲及内部寄存器输入，具有方向性的命令脉冲输入可经由外界来的脉冲来操纵电机的转动角度。位置模式基本控制架构如图4-13所示：电子齿轮提供简单易用的行程比例变更，通常大的电子齿轮比会导致位置命令步阶化，可通过S 型曲线或低通滤波器将其平滑化来改善此一现象。当电子齿轮比等于1 时，如果电机编码器进入每周脉冲数为10000ppr 时，当电子齿轮比等于0.5 时，则命令端每二个脉冲所对到电机转动脉冲为1 个脉冲。 图4-13 位置模式基本控制架构图例如：经过适当的电子齿轮比设定后，工作物移动量为1m

16、/pulse，变得容易使用。如图4-14所示。 图4-14 进给坐标轴传动 2、速度模式 速度控制有两种命令输入模式：模拟输入及寄存器输入。模拟命令输入可经由外界来的电压来操纵电机的转速。命令寄存器输入有两种应用方式：第一种为使用者在作动前，先将不同速度命令值设于三个命令寄存器，再由CN1 中DI 的SP0,SP1 来进行切换；第二种为利用通讯方式来改变命令寄存器的内容值。速度模式控制架构如图4-15所示： 图4-15 速度模式控制架构 其中，速度命令处理单元选择速度命令的来源，包含比例器参数（P1-40）设定模拟电压所代表的命令大小，以及S 曲线做速度命令的平滑化。速度控制单元则是管理驱动器

17、的增益参数，以及即时运算出供给电机的电流命令。共振抑制单元则是用来抑制机械结构发生共振现象。3、扭矩模式 扭矩控制模式（T 或Tz）被应用于需要做扭力控制的场合，像是印刷机，绕线机等。本装置有两种命令输入模式：模拟输入及寄存器输入。模拟命令输入可经由外界来的电压来操纵电机的扭矩。寄存器输入由内部参数的数据（P1-12 P1-14）作为扭矩命令。扭矩模式控制架构如图4-16所示： 图4-16 扭矩模式控制架构其中，扭矩命令处理单元选择扭矩命令的来源，包含比例器（P1-41）设定模拟电压所代表的命令大小，以及处理扭矩命令的平滑化。电流控制单元则是管理驱动器的增益参数，以及即时运算出供给电机的电流大

18、小。四、进给伺服系统的接线手轮/外挂手轮的接线（1）手轮接线，如图4-17。 HUST H6D 系列可使用2组手摇脉波产生器， 如果刀具行走方向与手摇脉波产生器标注的方向相反，可利用参数 518 项手轮方向设定来做修改。图4-17 手轮接线图（2）外挂手轮接线，如图4-18、4-19。图4-19 外挂手轮图4-18 外挂手轮接线2、输入/输出 (I/O)板和控制器接线测试如图4-20所示。（1）找到 24 点输入及 16 点输出。（2）用电压表测试输出OUTPUT输出信号电压。（3）画出PNP输入形式的接线图。（ PNP 形式：I点输入电压为24V；I点输入电流：6mA；）（4）接头接线图测试。 图4-20 输入/输出 (I/O)板图4-21连接器的接