数控机床电气系统装调与维修技术-项目5任务3 进给伺服系统的故障诊断与维修

数控机床电气系统装调与维修技术模块五进给驱动系统的故障诊断与维修进给伺服系统的故障诊断与维修任务3技能目标：（1）熟知伺服进给装置故障诊断的步骤；（2）会对进给伺服系统的故障诊断与维修；知识目标：（1）了解广州数控（GSK）进给伺服系统构成；（2）掌握交流进给伺服电机及工作原理；（3）掌握数控系统与进给伺服驱动系统的连接；（4）掌握伺服进给装置故障诊断方法；素养目标：（1）培养学生按7S(整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全、节约)标准工作的良好习惯；（2）培养学生具备善于观察，主动学习，能够分析问题、解决问题的能力；学习目标知识储备：一、交流进给伺服驱动系

数控机床按照驱动电动机的类型分为步进伺服驱动系统、直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统三大类。目前由于直流伺服电动机具有电刷和机械换向器，使结构与体积受限制，现已被交流伺服电动机取代。本任务只学习交流进给伺服驱动系统。一、交流进给伺服驱动系

1．交流进给伺服电机及工作原理（1）交流伺服电动机如图5.3.1所示是GSK交流伺服电动机及其铭牌含义。一、交流进给伺服驱动系

（2）交流伺服电动机基本结构与工作原理按种类分，数控机床中常用的交流伺服电动机可分为同步型和异步型（感应电动机）两种。交流伺服同步电动机有永磁式、磁阻式（反应式）、磁滞式、绕组磁极式等。目前，在控制领域中所采用的交流伺服电动机一般为同步电动机（无刷直流电动机）。电动机主要由定子、转子和检测元件三部分组成，其中定子与普通的交流感应电动机基本相同，主要有定子冲片、三相绕组线圈，另外还有支撑转子的前后端盖和轴承等组成。伺服电动机的转子主要由多对极的磁钢和电动机轴构成，检测元件由安装在电动机尾端的位置编码器构成。图5.3.2所示是SJT伺服电机外形与结构图。一、交流进给伺服驱动系

1.1.

电动机轴

2.1.前端盖3.1.三相绕组线圈4.1.压板5.1.定子6.1.磁钢7.1.后压板8.1.动力线插头9.1.后端盖10.1.反馈插头

11.1.脉冲编码器12.1.电动机后盖一、交流进给伺服驱动系

交流伺服电动机的工作原理实际上与电磁式的同步电动机类似，差异在于：磁场是由作为转子的永久磁铁产生，而非转子中的激磁绕组产生。当定子三相绕组通上交流电源后，电动机中就会产生一个旋转的磁场，该磁场将以同步转速ns旋转。根据磁场的特性，定子的旋转磁极总是要和转子的旋转磁极相互吸引，并带着转子一起转动，使定子磁场的轴心线与转子磁场的轴心线保持一致，形成电动机的旋转扭矩。由于电动机的转子惯量、定子和转子之间的转速差等因素的影响，经常会造成电动机启动时的失步：为了保证定子和转子之间总是处于一定的同步状态，在电动机的后面的编码器都增加了确定转子位置的绝对位置编码器.一、交流进给伺服驱动系（1）交流伺服驱动装置工作原理交流伺服驱动装置（简称伺服装置）由交流伺服驱动单元和交流伺服电动机（三相永磁同步伺服电机，以下简称伺服电机）组成。驱动单元把三相交流电整流为直流电，再通过控制功率开关管的开通和关断，在伺服电机的三相定子绕组中产生相位差120°的近似正弦波电流，该电流在伺服电机里形成旋转磁场，因伺服电机的转子是采用强抗退磁的稀土永磁材料制成，因此伺服电机转子的磁场与旋转磁场相互作用产生电磁转矩驱动伺服电机转子旋转。流过伺服电机绕组的电流频率越高，伺服电机的转速越快；流过伺服电机绕组的电流幅值越大，伺服电机输出的转矩越大。伺服装置的基本电路框图如图5.3.3所示，图中PG为编码器。一、交流进给伺服驱动系

一、交流进给伺服驱动系

（2）交流伺服驱动器以GSKDA98B交流伺服驱动器为例，来认识伺服驱动器。如图5.3.4所示是广州数控设备有限公司生产的DA98B交流伺服驱动器及端子接口配置图。其中，TB为主回路端子排；CN1为DB44接插件，插座为针式，插头为孔式；CN2也为DB25接插件，插座为孔式，插头为针式。各接口端子定义如下：一、交流进给伺服驱动系

1）主回路端子定义见表5.3.1。一、交流进给伺服驱动系

2）控制端子CN1引脚定义驱动单元的控制信号接口CN1是44针式插座，制作控制线用的连接器是44孔式插座（型号为G3150.1.44FBNS1X1）。其引脚定义如图5.3.5所示。一、交流进给伺服驱动系3）反馈信号端子CN2引脚定义驱动单元的电机编码器接口CN2是25孔式插座，制作连接线用的连接器应该是25针式插头（型号为G3150.1.44FBNS1X）。其引脚定义如图5.3.6所示。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接

以GSK980TDB系统为例，介绍其电气线路的连接。1．数控系统电源的连接GSK980TDb采用GSK.1.PB2电源盒，输入220V交流电源，输出共有四组电压：+5V（3A）、+12V（1A）、.1.12V（0.5A）与+24V（0.5A），且共用一个GND，如图5.3.7所示。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接2．数控系统与进给伺服放大器的连接（1）GSK980TDb系统中X轴CN11（或Z轴CN13）驱动接口的定义，如图5.3.8所示。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接（2）GSK980TDb与驱动器DA98B驱动单元的连接如图5.3.9所示是数控系统与进给伺服放大器的连接。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接

（3）驱动器与伺服电机、编码器的连接如图5.3.10所示是广数SJT系列电动机标准接线，出厂时电机线和编码器线都已做好，用户可直接安装就可以，如图5.3.11所示。若使用其他厂家电机或自制编码器线，则参考下图标准接线。（有温控器的电机，将温控器的引线接到OH1、OH2端口）。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接（4）数控系统与机床侧输入信号的连接输入信号是指从机床侧到CNC的信号，该机床侧的输入信号通过CNC系统的输入接口CN61（与进给伺服控制相关的CN61接口部分引脚定义如图5.3.12所示）引入，该输入信号与+24V接通时，输入有效；该输入信号与+24V断开时，输入无效。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接1）行程限位与急停按钮连接，有以下两种连接方式。①行程限位与急停串联连接，如图5.3.13a所示。当出现超程或按下急停按钮时，CNC会出现“急停”报警，如为超程，则按下超程解除按钮不松开，按复位键取消报警后向反方向移动可解除超程。出现急停报警时，CNC停止脉冲输出，关闭M03或M04、M08信号输出，同时输出M05信号。②行程限位开关与急停按钮独立连接，如图5.3.13b所示。每个轴只有一个超程触点，通过轴的移动方向来判断正负超程报警。当出现超程报警时，可往反方向移动，移出限位位置后可按复位清除报警。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接2）进给轴减速回零的连接数控机床在接通电源后通常都要做进给轴回零的操作，下图5.3.14所示是GSK980TDB系统机床减速回零的连接图。机床回零点动作原理如下。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接当状态参数№006的BIT0（ZMX）设为0，状态参数№004的BIT5（DECI）=0时，选择返回机床零点方式B（方式B是采用一个行程开关和伺服电机一转信号的回零方式）、减速信号低电平有效。选择机床回零操作方式，按手动正向或负向（回机床零点方向由状态参数№183号设定）进给键，则相应轴以回参考点的高速速度（参数№113）向机床零点方向运动。运行至压上减速开关，减速信号触点断开时，机床减速运行，且以固定的低速（参数№33）继续运行。当减速开关释放后，减速信号触点重新闭合时，CNC开始检测编码器的一转信号（PC），如该信号电平跳变，则运动停止，同时操作面板上相应轴的回零结束指示灯亮，机床回零操作结束。返回机床回零过程的示意图与动作时序图如图5.3.15所示。二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接二、数控系统与进给伺服驱动系统的连接3）外接循环启动和进给保持，接线如图5.3.16所示。ST：外接自动循环启动信号，与机床面板中的自动循环启动键功能相同。SP：外接进给保持信号，与机床面板中的进给保持键功能相同。1.工具、仪表及器材（1）工具常用电工工具一套。（2）仪表MF47型万用表或数字式万用表一只。（3）器材数控机床、电气图等。2.安全措施（1）工装（2）绝缘胶鞋任务实施：一、课前准备1．识读进给伺服系统参考资料，在教师的指导下按照下列流程识读进给伺服驱动系统各个部分。（1）识读进给伺服电机。（2）识读进给伺服驱动器。（3）识读进给伺服系统连接。二、实施过程2．绘制电气线路图参考资料，在教师的指导下完成下列电气线路图的绘制。（1）绘制进给伺服电源连接线路。（2）绘制X轴和Z轴进给伺服驱动系统线路。（3）绘制进给伺服轴的超程限位控制线路、超程释放和急停控制线路。二、实施过程1.“7S”是整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全和节约，7S职业素养进课堂、进实训场地。2.实训课前，准备好电工工具、学习资料，穿工装、绝缘鞋列队进入实训场地。3.实训期间，按照岗位操作标准和安全操作规范进行实训操作练习，节约实训耗材。4.实训结束，收好工具、仪器仪表、整理实训台，清理现场，做好维修记录。三、职业素养任务总结与评价任务五：进给驱动系统的故障诊断与维修班级

工作任务：其他进给驱动系统故障诊断方法姓名

学号

任务过程评价（60分）序号项目及技术要求评分标准分值成绩1进给伺服系统电机熟知进给伺服系统电机各个部分30分

2进给伺服系统驱动器熟知进给伺服系统驱动器各个接口含义及进给伺服系统连接50分

3职业道德规范、安全文明生产、工作纪律及态度穿工装、绝缘鞋进实训场地；按照指导教师要求和安全操作规范完成任务操作练习。20分

总评

得

分

教师签字:年月