伺服系统的故障诊断与维修

伺服系统的故障诊断与维修伺服系统的故障诊断与维修第1页

从检测装置来反馈信号与指令脉冲信号进行比较，得到位置偏差控制信号，经伺服放大器对偏差信号进行调整运算和功率放大，控制工作台修正偏差，按照指令脉冲运动，称为闭环伺服控制。

2．闭环伺服控制

伺服系统的故障诊断与维修第2页

4.1.3伺服控制主要故障形式

伺服控制主要有主轴伺服控制和进给伺服控制两种:主轴伺服控制系统故障形式主要有：①主轴定位不准；②主轴过载；③主轴振动及噪声；④主轴转速与坐标运动不匹配等。进给伺服控制系统故障形式主要有以下几个:（1）伺服电动机过载；（2）低速爬行；（3）振动与噪声；（4）位置误差。

伺服系统的故障诊断与维修第3页

4.2.1常见主轴驱动系统

数控设备常见主轴伺服驱动主要有直流驱动方式和交流驱动方式两大类。直流主轴电动机有SIEMENS企业1GG5,1GF5,1GL5和1GH5等4个系列，配套驱动装置为6RA24,6R27，采取晶闸管控制系统。交流主轴电动机有FUNUC企业推出S系列电动机，其功率范围为1.5～37kW，采取晶体管PWM逆变器实现驱动控制。SIEMENS企业也推出了1PH5及1PH6系列交流伺服电动机，其功率为3～100kW，采取晶体管SPWM变频驱动控制。我国产品主要有上海开通企业KT系列全数字交流伺服驱动控制系统。

返回伺服系统的故障诊断与维修第4页4.2.2主轴伺服驱动控制连接

KT270伺服驱动系统与KT590数控系统连接图如图所表示：返回伺服系统的故障诊断与维修第5页4.2.3交流伺服控制系统调试

下面以华中世纪星数控系统（HNC-21TF）与松下MSDA型交流伺服控制驱动器、MSMA型交流伺服电动机连接控制为例，说明该系统调试内容和方法。

HNC-21TF数控系统与伺服控制器、交流伺服电动机连接

伺服系统的故障诊断与维修第6页4.2.4交流主轴伺服系统主要故障及诊疗

常见交流主轴伺服系统主要故障有以下几个。

1．过载；2．主轴定位抖动；3．主轴转速与进给不匹配。4.3进给伺服控制系统故障诊疗4.3.1常见进给伺服控制系统常见进给伺服控制方式主要有直流进给伺服驱动、交流进给伺服驱动以及步进电动机进给伺服驱动等。

4.3.2步进电动机进给伺服控制1．步进电动机主要性能参数

（1）步距角误差步进电动机步距角公式：

=360°/mZK伺服系统的故障诊断与维修第7页（2）开启频率；

（3）矩频特征与动态转矩；（4）静态转矩与矩角特征。

矩频特征曲线步进电动机静态矩角特征伺服系统的故障诊断与维修第8页步进电机外观图伺服系统的故障诊断与维修第9页

4.4位置检测装置安装调整与故障诊疗

4.4.1

位置检测装置基础要求及分类1．位置检测装置基础要求①

能满足移动部件精度和速度要求；②使用、维护简单、方便，成本低；③

寿命长，抗各种干扰能力强，能适应生产现场工作环境；④

在检测范围内，能满足精度和速度要求。

2．位置检测装置分类按测量方式不一样，位置检测装置可分为增量式和绝对式检测装置。按被测量不一样，位置检测装置可分为数字量和模拟量检测装置。

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常见位置检测装置分类

回转型检测装置直线型检测装置数字式检测装置模拟式检测装置数字式检测装置模拟式检测装置光电盘同时分解器直线光栅直线感应同时器数码盘圆形感应同时器多通道透射光栅直磁尺圆光栅圆形磁尺计量光栅绝对值式磁尺伺服系统的故障诊断与维修第11页

4.4.2光栅检测装置

1．光栅检测装置组成光栅是在一块长条形光学玻璃上用摄影腐蚀法制成许多密集线纹。线纹间距和宽度相等并与运动方向垂直，形成连续透光区和不透光区。线纹之间间距称为栅距，常见光栅有每毫米刻50条、100条及200条。1－光电池；2,4－聚光镜；3－夹缝；5－光源；G1－标尺光栅；G2－指示光栅图透射光栅和反射光栅

1－光电池；2,4－聚光镜；3－夹缝；5－光源；G1－标尺光栅；G2－指示光栅图4.13透射光栅和反射光栅伺服系统的故障诊断与维修第12页光栅尺及数显表伺服系统的故障诊断与维修第13页光栅尺在机床导轨上安装伺服系统的故障诊断与维修第14页

2．光栅尺安装与调整

1－床身；2－光栅尺；3－扫描头；4－滚珠丝杠螺母副；5－床鞍光栅尺在机床上安装示意图

伺服系统的故障诊断与维修第15页4.4.3感应同时器检测装置

1．感应同时器结构感应同时器由定尺和滑尺两个别组成。定尺安装在移动部件导轨上，其长度应大于被检测件长度；滑尺较短，安装在运动部件上。定尺和滑尺均由基板（钢或铝合金板）、平面绕组和保护屏蔽层等个别组成。

伺服系统的故障诊断与维修第16页2．感应同时器工作原理

1、对滑尺上绕组通以交流电，依据电磁原理，将在定尺绕组上感应出电压，定尺绕组中感应电压是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生感应电压矢量和。滑尺每移动一个节距，定尺上感应电压按余弦规律改变一周。2、因为定尺上感应电压改变周期与滑尺相对定尺移动节距2

对应，而节距又与工作台实际位移x相关，从而能够间接对工作台位移进行检测，这就是感应同时器工作原理。

伺服系统的故障诊断与维修第17页

3．感应同时器安装与调整

1、感应同时器定尺安装在移动部件导轨上，其长度应大于被检测件长度，滑尺较短，安装在运动部件上。感应同时器安装时，两尺保持平行，两尺之间间隙为（0.25±0.05）mm，普通定尺每段长250mm。2、为确保检测精度，要求定尺侧母线与机床导轨基准面平行度允差在全长内为0.1mm，滑尺侧母线与机床导轨基准面平行度允差在全长内为0.02mm，定尺与滑尺之间间隙应确保在（0.25±0.05）mm之内。感应同时器安装总图：

伺服系统的故障诊断与维修第18页4.4.4编码器检测装置

1．光电盘编码器工作原理1－印制电路板；2－光源；3－圆光栅；4－指示光栅；5－光电池组；6－底座；7－护罩；8－轴图4.17光电盘编码器结构图

1－印制电路板；2－光源；3－圆光栅；4－指示光栅；5－光电池组；6－底座；7－护罩；8－轴图4.17光电盘编码器结构图

伺服系统的故障诊断与维修第19页

2．编码器安装与调整

编码器安装主要采取与伺服电动机同轴连联方式，也有采取安装在传动链末端方式，称为外装式安装。编码器安装中主要问题是预防连接松动。对联轴器连接要求以下：①两轴之间误差应小于要求值；②夹紧螺钉转矩应到达要求值，螺钉要用防松剂封固；③

驱动轴轴径尺寸精度要求：普通型采取f7，精密型采取h6。对于外装式安装，要注意传动件配合尺寸精度，同时带张紧要适当，安装时要注意消除传动间隙。另外，安装、拆卸编码器时，要预防用力过大，以免轴变形。伺服系统的故障诊断与维修第20页4.4.5旋转变压器

1．旋转变压器结构及工作原理

图4.18无刷旋转变压器结构图旋转变压器由定子和转子组成，定子绕组相当于变压器原边，转子绕组相当于变压器副边。将励磁电压接到原边时，转子上感应输出电压与转子角位移成固定函数关系，所以能够用做角度检测。

伺服系统的故障诊断与维修第21页2．旋转变压器安装（1）安装部位旋转变压器安装主要有两种方式：①与电动机同轴；②与最终传动步骤同轴。（2）轴连接方式①直接连接。经过各种联轴器连接。联轴器形式有锥销套筒型、夹紧环型、波纹管型及膜片型等。②

间接连接。经过齿轮或同时带传动。

伺服系统的故障诊断与维修第22页4.4.6位置检测装置维护与故障诊疗位置检测装置维护包含以下几方面内容。1．光栅维护

（1）防污

（2）防震2．光电脉冲编码器维护（1）防震和防污（2）预防连接松动

3．旋转变压器维护①安装接线时，普通定子电阻阻值稍大，有时赔偿绕组自行短接或接入一个阻值。②因为结构上与绕线转子异步电动机相同，所以，碳刷磨损到一定程度后要更换。③旋转变压器与伺服电动机同轴连接时，要确保同轴连接精度，对传动链中全部零件必须消除传动间隙。

伺服系统的故障诊断与维修第23页4.5伺服系统故障诊疗与维修实例

【例1】

一数控设备出现进给轴飞车失控故障。该机床伺服系统为西门子6SC610驱动装置和1FT5交流伺服电动机并配有ROD320编码器。在排除数控系统、驱动装置及速度反馈等故障原因后，将故障定位于位置检测控制。经检验，编码器输出电缆及连接器均正常，拆开ROD320编码器，发觉一紧固螺钉脱落并置于+5V与接地端之间，造成电源短路，编码器无信号输出，数控系统处于位置环开环状态，从而引发飞车失控故障。

伺服系统的故障诊断与维修第24页【例2】

有一台德国SHIESSKOPP企业FSK32.3凸轮磨床出现V轴失控，定位不准故障