《数控设备故障诊断与维修第3版》-第７ 章

７.１概述７.１.１伺服系统的概念数控机床伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统,又称随动系统。在数控机床中,伺服系统是连接数控系统和数控机床本体的中间环节,是数控机床的“四肢”。因为伺服系统的性能决定了数控机床的性能,所以要求伺服系统具有高精度、快速度和良好的稳定性。研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。在实际应用中,数控机床的伺服系统出现故障的概率较高,因此充分认识伺服系统的重要性,掌握伺服系统的故障诊断与维修方法是很有必要的。下一页返回７.１概述７.１.２伺服系统的组成数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统,机械传动部件和执行元件组成机械传动系统,检测元件与反馈电路组成检测装置,亦称检测系统。７.１.３伺服系统的工作原理伺服系统是一种反馈控制系统,它以指令脉冲为输入给定值,与输出被调量进行比较,利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节,以消除偏差,使被调量跟踪给定值。所以伺服系统的运动来源于偏差信号,必须具有负反馈回路,并且始终处于过渡过程状态。上一页下一页返回７.１概述在运动过程中实现了力的放大。伺服系统必须有一个不断输入能量的能源,外加负载可视为系统的扰动输入。７.１.４伺服系统的作用在数控机床中,伺服系统是数控装置和机床的联系环节,它的作用是把来自数控装置中插补器的指令脉冲或计算机插补软件生成的指令脉冲,经变换和放大后,转换为机床移动部件的机械运动,并保证动作的快速和准确。数控机床的精度和速度等技术指标,常常取决于伺服系统。７.１.５伺服系统的分类上一页下一页返回７.１概述数控机床伺服系统的分类方法很多。按伺服系统有无检测元件或调节原理不同,可分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统;按作用或功能不同,可分为主轴伺服系统(控制主轴的切削运动,以旋转运动为主)和进给伺服系统(控制机床各坐标轴的切削进给运动);按驱动电动机不同,可分为直流伺服系统和交流伺服系统;按反馈比较控制方式不同,可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统。上一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修机床主轴主传动是旋转运动,传递切削力,伺服驱动系统分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大类,有的数控机床主轴利用通用变频器,驱动三相交流电动机,进行速度控制。数控机床要求主轴伺服驱动系统能够在很宽范围内实现转速连续可调,并且稳定可靠。当机床有螺纹加工功能、Ｃ轴功能、准停功能和恒线速度加工时,主轴电动机需要装配检测元件,对主轴速度和位置进行控制。主轴驱动变速目前主要有３种形式:一是带有变速齿轮传动方式,可实现分段无级调速,扩大输出转矩,满足强力切削要求的转矩;二是通过带传动方式,可避免齿轮传动时引起的振动与噪声,适用于低转矩特性要求的小型机床;三是由调速电动机直接驱动的传动方式,主轴传动部件结构简单紧凑,这种方式主轴输入的转矩小。下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修７.２.１常用主轴驱动系统介绍１.ＦＡＮＵＣ公司主轴驱动系统从２０世纪８０年代开始,ＦＡＮＵＣ公司已使用了交流主轴驱动系统,直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。目前３个系列交流主轴电动机为:Ｓ系列电动机,额定输出功率范围１.５~３７ｋＷ;Ｈ系列电动机,额定输出功率范围１.５~２２ｋＷ;Ｐ系列电动机,额定输出功率范围３.７~３７ｋＷ。该公司交流主轴驱动系统的特点为:１)采用ＣＰＵ控制技术,进行矢量计算,从而实现最佳控制;上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修２)主回路采用晶体管ＰＷＭ逆变器,使电动机电流非常接近正弦波形;３)具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。２.ＳＩＥＭＥＮＳ公司主轴驱动系统ＳＩＥＭＥＮＳ公司生产的直流主轴电动机有１ＧＧ５、１ＧＦ５、１ＧＬ５和１ＧＨ５这４个系列,与上述４个系列电动机配套的６ＲＡ２４、６ＲＡ２７系列驱动装置采用晶闸管控制。２０世纪８０年代初期,该公司又推出了１ＰＨ５和１ＰＨ６两个系列的交流主轴电动机,功率范围为３~１００ｋＷ。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修驱动装置为６ＳＣ６５０Ｄ系列交流主轴驱动装置或６ＳＣ６１１Ａ(ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ６１１Ａ)主轴驱动模块,主回路采用晶体管ＰＷＭ变频控制的方式,具有能量再生制动功能。另外,采用微处理器８０１８６可进行闭环转速、转矩控制及磁场计算,从而完成矢量控制。通过选件实现Ｃ轴进给控制,在不需要ＣＮＣ的帮助下,实现主轴定位控制。３.ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ公司主轴驱动系统ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ公司主轴驱动装置与ＣＮＣ采用总线连接,主回路采用ＰＷＭ技术。主轴与进给轴完全同步,使用９００００Ｐ/ＲＰＭ脉冲编码器实现Ｃ轴功能。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ公司主轴驱动有ＳＰＪ、ＳＰＪ２型小型化系列,ＳＰＪ２可通过增加ＰＪＥＸ扩展单元实现主轴的定位和Ｃ轴控制,所配备的主轴电动机为ＳＪ－Ｐ、ＳＪ－ＰＦ系列,其功率为０.２~７.５ｋＷ。ＳＰ系列是大型主轴驱动装置,所配备的主轴电动机为ＳＪ系列,其功率为０.５~４５ｋＷ。７.２.２主轴伺服系统的常见故障形式当主轴伺服系统发生故障时,通常有３种表现形式:一是在操作面板上用指示灯或ＣＲＴ显示报警信息;二是在主轴驱动装置上用指示灯或数码管显示故障状态;三是主轴工作不正常,但无任何报警信息。常见数控机床主轴伺服系统的故障有以下几种。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修１.外界干扰故障现象:主轴在运转过程中出现无规律性地振动或转动。原因分析:主轴伺服系统受电磁、供电线路或信号传输干扰的影响,主轴速度指令信号或反馈信号受到干扰,主轴伺服系统误动作。检查方法:令主轴转速指令信号为零,调整零速平衡电位计或漂移补偿量参数值,观察是否是因系统参数变化引起的故障。若调整后仍不能消除该故障,则多为外界干扰信号引起主轴伺服系统误动作。采取措施:电源进线端加装电源净化装置,动力线和信号线分开,布线要合理,信号线和反馈线按要求屏蔽,接地线要可靠。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修２.主轴过载故障现象:主轴电动机过热,ＣＮＣ装置和主轴驱动装置显示过电流报警等。原因分析:主轴电动机通风系统不良,动力连线接触不良,机床切削用量过大,主轴频繁正反转等引起电流增加,电能以热能的形式散发出来,主轴驱动系统和ＣＮＣ装置通过检测,显示过载报警。检查方法:根据ＣＮＣ和主轴驱动装置提示报警信息,检查可能引起故障的各种因素。采取措施:保持主轴电动机通风系统良好,保持过滤网清洁;检查动力接线端子接触情况;正确使用和操作机床,避免超载。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修３.主轴定位抖动故障现象:主轴在正常加工时没有问题,仅在定位时产生抖动。原因分析:主轴定位一般分机械、电气和编码器３种准停定位,当定位机械执行机构不到位,检测装置信息有误时会产生抖动。另外主轴定位要有一个减速过程,如果减速或增益等参数设置不当,也会引起故障。检查方法:根据主轴定位的方式,主要检查各定位、减速检测元件的工作状况和安装固定情况,如限位开关、接近开关、霍尔元件等。采取措施:保证定位执行元件运转灵活,检测元件稳定可靠。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修４.主轴转速与进给不匹配故障现象:当进行螺纹切削、刚性攻牙或要求主轴与进给同步配合的加工时,出现进给停止、主轴仍继续运转,或加工螺纹零件出现乱牙现象。原因分析:当主轴与进给同步配合加工时,要依靠主轴上的脉冲编码器检测反馈信息,若脉冲编码器或连接电缆有问题,会引起上述故障。检查方法:通过调用Ｉ/Ｏ状态数据,观察编码器信号线的通断状态;取消主轴与进给同步配合,用每分钟进给指令代替每转进给指令来执行程序,可判断故障是否与编码器有关。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修采取措施:更换、维修编码器,检查电缆接线情况,特别注意信号线的抗干扰措施。５.转速偏离指令值故障现象:实际主轴转速值超过技术要求规定指令值的范围。原因分析:①电动机负载过大,引起转速降低,或低速极限值设定太小,造成主轴电动机过载;②测速反馈信号变化,引起速度控制单元输入变化;③主轴驱动装置故障,导致速度控制单元错误输出;④ＣＮＣ系统输出的主轴转速模拟量(±１０Ｖ)没有达到与转速指令相对应的值。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修检查方法:①空载运转主轴,检测比较实际主轴转速值与指令值,判断故障是否由负载过大引起;②检查测速反馈装置及电缆,调节速度反馈量的大小,使实际主轴转速达到指令值;③用备件替换法判断驱动装置的故障部位;④检查信号电缆的连接情况,调整有关参数使ＣＮＣ系统输出的模拟量与转速指令值相对应。采取措施:更换、维修损坏的部件,调整相关的参数。６.主轴异常噪声及振动上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修首先要区别异常噪声及振动发生在机械部分还是在电气驱动部分:①若在减速过程中发生,一般是驱动装置再生回路发生故障;②主轴电动机在自由停车过程中若存在噪声和振动,则多为主轴机械部分故障;③若振动周期与转速有关,应检查主轴机械部分及测速装置,若无关,一般是主轴驱动装置参数未调整好。７.主轴电动机不转ＣＮＣ系统至主轴驱动装置一般有速度控制模拟量信号和使能控制信号,主轴电动机不转应重点围绕这两个信号进行检查。①检查ＣＮＣ系统是否有速度控制信号输出;②检查使能信号是否接通,通过调用Ｉ/Ｏ状态数据,确定主轴的启动条件如润滑、冷却等是否满足;③主轴驱动装置故障;④主轴电动机故障。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修７.２.３直流主轴伺服系统的特点和故障诊断１.直流主轴伺服系统的特点(１)简化了变速机构(２)具有适应工厂环境的全封闭结构(３)采用特殊的热管冷却系统,外形小(４)驱动方式性能好(５)控制功能强,容易与数控系统配合(６)纯电式主轴定位控制功能上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修２.直流主轴伺服系统的日常维护(１)安装注意事项①伺服单元应置于密封的强电柜内。为了不使强电柜内温度过高,应将强电柜内部的温升设计在１５℃以下;强电柜的外部空气引入口务必设置过滤器;要注意从排气口侵入尘埃或烟雾;要注意电缆出入口、门等的密封;冷却风扇的风不要直接吹向伺服单元,以免灰尘等附着在伺服单元上。②安装伺服单元时要考虑到易于维修检查和拆卸。③电动机的安装要遵守下列原则:安装面要平,且有足够的刚性,要考虑到不会受电动机振动等影响;上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修因为电刷需要定期维修及更换,因此安装位置应尽可能使检修作业容易进行;出入电动机冷却风口的空气要充分,安装位置要尽可能使冷却部分的检修清洁工作容易进行;电动机应安装在灰尘少、湿度不高的场所,环境温度应在４０℃以下;电动机应安装在切削液和油之类的东西不能直接溅到的位置上。(２)使用检查上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修①伺服系统启动前的检查按下述步骤进行:检查伺服单元和电动机的信号线、动力线等的连接是否正确、是否松动以及绝缘是否良好;强电柜和电动机是否可靠接地;电动机电刷的安装是否牢靠,电动机安装螺栓是否完全拧紧。②使用时的检查注意事项:运行时强电柜门应关闭;检查速度指令值与电动机转速是否一致;负载转矩指示(或电动机电流指示)是否太大;电动机有否发出异常声音和异常振动;轴承温度是否有急剧上升的不正常现象;在电刷上是否有显著的火花产生的痕迹。(３)日常维护①强电柜的空气过滤器每月要清扫一次;上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修②强电柜及伺服单元的冷却风扇应每两年检查一次;③主轴电动机每天应检查旋转速度、异常振动、异常声音、通风状态、轴承温度、机壳温度和异常味道;④主轴电动机每月(至少也应每三个月)应做电动机电刷的清理和检查、换向器检查;⑤主轴电动机每半年(至少也要每年一次)需检查测速发电机、轴承,做热管冷却部分的清理和绝缘电阻的测量。３.直流主轴伺服系统的故障诊断表７－１列出了直流主轴伺服系统的故障现象及故障诊断。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修７.２.４交流主轴伺服系统的特点和故障诊断目前数控机床的主轴驱动多用交流主轴驱动系统,例如在ＳＩＥＭＥＮＳ８１０系统中较多地使用交流模拟主轴驱动,而ＦＡＮＵＣ０ｉ系统则可以同时控制两个主轴电动机,两个主轴电动机可以都是数字式控制的;也可以一个是数字式,另一个为模拟式。主轴驱动具有速度控制和位置控制两种控制方式。普通加工时为速度控制,主轴电动机轴上装有圆形磁性传感器,用作速度反馈。位置控制就是控制主轴的转角或转位,用于主轴同步、主轴定向、刚性攻丝、Ｃ轴轮廓的控制。系统在轮廓控制时主轴要与其他轴插补,此时须在机床的主轴上装位置编码器。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修位置编码器有光电式和磁性传感器２种,用于转角的测量与反馈。主轴控制单元采用单独的ＣＰＵ控制,从ＣＰＵ单元输出的控制指令用一条光缆送到主轴的控制单元,数据为串行传送,因此可靠性比较高。１.交流主轴伺服系统的特点交流主轴伺服系统分为模拟式(模拟接口)和数字式(串行接口)两种,交流主轴伺服系统的特点如下。(１)振动和噪声小(２)采用了再生制动控制功能(３)交流数字式伺服系统控制精度高上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修(４)交流数字式伺服系统用参数设定(不是改变电位器阻值)调整电路状态２.交流主轴伺服系统的故障诊断ＳＩＥＭＥＮＳ８１０系统常用的主轴驱动系统是６５０/６１１Ａ主轴驱动系统。６５０系列交流主轴驱动系统发生故障时,通常可以通过驱动系统面板上的数码管显示故障代码,根据故障代码即可判断故障原因。表７－２为６５０系列驱动系统故障一览表。若接通电源后,显示器上所有数码管均不亮,可能的故障原因有以下几种。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修①主电路进线断路器跳闸;②主回路进线电源至少有两相以上存在缺相;③驱动系统至少有两个以上的输入熔断器熔断;④驱动系统模块Ａ１中的熔断器熔断;⑤显示模块Ｈ１和控制模块Ｎ１之间连接故障;⑥辅助控制电压中的５Ｖ电源故障;⑦控制模块Ｎ１故障。若接通电源时,数码管上所有数码位均显示８,即显示状态为８８８８８８,可能的故障原因有以下几种。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修①控制模块Ｎ１故障;②控制模块Ｎ１上的ＥＰＲＯＭ安装不良或软件出错;③输入/输出模块中的复位信号为“１”。６１１Ａ系列主轴驱动系统为ＳＩＥＭＥＮＳ公司在６５０系列基础上改进的交流主轴驱动产品,总体上,除外形、结构、软件版本等与６５０系列驱动相比存在一定的区别外,驱动系统的工作原理、操作方法、参数意义、调整方法、步骤等均与６５０系列驱动系统相同。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修６１１Ａ系列驱动系统与６５０系列驱动系统相比,最大的区别是采用了模块化结构,进给伺服驱动与主轴驱动公用电源模块,模块与模块、进给伺服驱动系统与主轴驱动系统间通过驱动系统总线连接,因此,既大大减小了驱动装置的体积与制造成本,同时又大大简化了系统的结构,驱动系统的安装、调试、维修都比６５０系列驱动系统更方便。在６１１Ａ系列驱动系统中,主轴驱动模块根据需要可以安装多个,每一主轴驱动模块均有独立的液晶显示器与操作键,用于显示驱动器工作状态与设定驱动器的内部数据。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修主轴驱动模块可以与ＳＩＥＭＥＮＳ１ＰＨ６、１ＰＨ４、１ＰＨ２、１ＰＨ７等系列的主轴电动机配套,构成交流主轴驱动系统。６１１Ａ系列主轴驱动系统常见的故障及引起故障的原因与６５０系列驱动系统基本相同,但由于结构、软件上的区别,部分故障有所不同,说明如下。若开机时,６１１Ａ主轴驱动系统的液晶显示器上无任何显示,可能的原因有以下几种。①输入电源存在“缺相”;②电源模块至少有两相以上输入熔断器熔断;③电源模块的辅助控制电源故障;上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修④驱动系统设备母线连接不良;⑤主轴驱动模块不良;⑥主轴驱动模块的ＥＰＲＯＭ/ＦＥＰＲＯＭ不良。若主轴驱动系统正常工作后,在较高的主轴速度给定电压输入或主轴定位时,其实际电动机转速总是低于１０ｒ/ｍｉｎ,此故障通常是由主轴电动机的“相序”错误引起的,应交换电动机与驱动系统的连线。主轴驱动系统正常显示后,驱动系统的报警可以通过６位液晶显示器的后４位进行显示。上一页下一页返回７.２主轴伺服系统故障诊断与维修发生故障时,显示器右边第４位显示“Ｆ”,右边第３位、第２位为报警号;如果右边第１位显示“三”,则表明驱动系统存在多个故障,通过操作驱动器上的“＋”键,可以逐个显示存在的全部故障号。驱动系统常见的报警号以及可能的原因见表７－３。上一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修７.３.１常用进给驱动系统介绍１.ＦＡＮＵＣ进给驱动系统从１９８０年开始,ＦＡＮＵＣ公司陆续推出了小惯量Ｌ系列、中惯量Ｍ系列和大惯量Ｈ系列的直流伺服电动机及相应的驱动装置。中、小惯量伺服电动机采用ＰＷＭ速度控制单元,大惯量伺服电动机采用晶闸管速度控制单元。驱动装置具有多种保护功能,如过速、过电流、过电压和过载等。２０世纪８０年代中期,ＦＡＮＵＣ公司推出了晶体管ＰＷＭ控制的交流驱动单元和永磁式三相交流同步电动机,电动机有Ｓ系列、Ｌ系列、ＳＰ系列和Ｔ系列。下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修目前广泛使用新一代α、β系列交流驱动电动机。αｉ系列结合使用纳米插补和伺服ＨＲＶ控制的高增益伺服系统,可以实现高速、高精度加工。此外,通过自动跟随ＨＲＶ滤波器,可避免因频率变化而造成的机床共振。αｉ系列是高可靠、高性价比的交流伺服系统,通过驱动器代码信息可以很方便地进行诊断维护。２.ＳＩＥＭＥＮＳ进给驱动系统ＳＩＥＭＥＮＳ公司在２０世纪７０年代生产１ＨＵ系列永磁式直流伺服电动机,配套的速度控制单元有６ＲＡ２０和６ＲＡ２６系列,前者采用晶体管ＰＷＭ控制,后者采用晶闸管控制用于大功率驱动。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服驱动系统除了各种保护功能外,还具有Ｉ２ｔ热效应监控等功能。１９８３年推出交流驱动系统,由６ＳＣ６１０系列进给驱动装置和６ＳＣ６１１Ａ(ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ６１１Ａ)系列进给驱动模块、１ＦＴ５和１ＦＴ６系列永磁式交流同步电动机组成,驱动采用晶体管ＰＷＭ控制技术。另外,ＳＩＥＭＥＮＳ公司还有用于数字伺服系统的ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ６１１Ｄ、ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ６１１Ｕ系列进给驱动模块。３.ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ进给驱动系统上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ公司有ＨＤ系列永磁式直流伺服电动机,配套的６Ｒ系列伺服驱动单元,采用晶体管ＰＷＭ控制术,具有过载、过电流、过电压和过速保护,带有电流监控等功能。交流驱动单元有ＭＲ－Ｊ２Ｓ系列,该系列采用高分辨率编码器,能够适应多种系列伺服电动机需求。该驱动单元具有优异的自动调谐性能,高适应性的防振控制,能够进行包含机械性能在内的最佳状态调整功能。ＭＲ－Ｅ系列操作简单,具有高响应性,可以高精度定位,能自动调谐实现增益设置。交流伺服电动机有ＨＣ系列。另外,ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ公司还有数字伺服系统ＭＤＳ－ＳＶＪ２系列交流驱动单元。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修４.步进驱动系统在步进电动机驱动的开环控制系统中,典型的产品比较多,例如,上海开通ＫＴ４００数控系统及ＫＴ３００步进驱动装置,ＳＩＥＭＥＮＳ８０２Ｓ数控系统配ＳＴＥＰＤＲＩＶＥ步进驱动装置及ＩＭＰ５五相步进电动机等。另外,在特种加工和电加工领域应用也较广泛,在我国快走丝线切割机床中,很多采用步进驱动系统。７.３.２进给伺服系统的结构形式伺服系统结构形式的区别主要体现在检测信号的反馈形式上,以带编码器的伺服电动机为例,可分为以下３种形式。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修１)转速反馈信号与位置反馈信号的处理分离,驱动装置与数控系统配接,这种方式驱动装置与数控系统具有通用性。２)伺服电动机上的编码器既用来检测转速,又用来检测位置,位置处理和速度处理均在数控系统中完成。３)伺服电动机上的编码器用来检测速度和位置,伺服驱动单元一方面利用检测信号进行速度控制,另一方面将其输出至数控系统进行位置控制,驱动装置具有通用性。在上述３种控制方式中,共同的特点是位置控制均在数控系统中进行,且速度控制信号均为模拟信号。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修在数字式伺服系统中,数控系统将位置控制指令以数字量的形式输出至数字伺服系统,数字伺服驱动单元本身具有位置反馈和位置控制功能,能独立完成位置控制;数控系统和数字伺服驱动单元采用串行通信的方式,可减少连接电缆,便于机床安装和维护,提高了系统的可靠性。能实现数字伺服控制的数控系统有ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩＭＥＬＤＡＳ５０、ＦＡＮＵＣＯＤ、ＳＩＥＭＥＮＳ８１０Ｄ和ＳＩＥＭＥＮＳ８４０Ｄ等。７.３.３进给伺服系统的常见故障形式上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修当进给系统出现故障时,通常有３种表现形式:一是在ＣＲＴ或操作面板上显示报警内容或报警信息;二是在进给驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元的故障;三是进给运动不正常,但无任何报警信息。进给伺服系统常见的故障有以下几种。１.超程当进给运动超过由软件设定的软限位或超过由限位开关决定的硬限位时,就会发生超程报警,一般会在ＣＲＴ上显示报警内容,根据数控系统说明书,即可排除故障,解除报警。２.过载上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修当进给运动的负载过大,频繁正、反向运动以及进给传动链润滑状态不良时,均会引起过载报警。一般会在ＣＲＴ上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息,同时,在强电枢中的进给驱动单元上,用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过电流等信息。３.窜动在进给时出现窜动现象的原因有:①测速信号不稳定,如测速装置故障、测速反馈信号干扰等;②速度控制信号不稳定或受到干扰;③接线端子接触不良,如螺钉松动等。若窜动发生在由正向运动向反向运动的瞬间,一般是由进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修４.爬行发生在启动加速段或低速进给时,一般是由进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是,伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器,由于连接松动或联轴器本身的缺陷,如裂纹等,造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步,从而使进给运动忽快忽慢,产生爬行现象。５.振动分析机床振动周期是否与进给速度有关。①如与进给速度有关,振动一般与该轴的速度环增益太高或速度反馈故障有关。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修②若与进给速度无关,振动一般与位置环增益太高或位置反馈故障有关。③如振动在加减速过程中产生,往往是系统加减速时间设定过小造成的。６.伺服电动机不转数控系统至进给驱动单元除了速度控制信号外,还有使能控制信号,一般为ＤＣ＋２４Ｖ继电器线圈电压。检查方法有:①检查数控系统是否有速度控制信号输出。②检查使能信号是否接通。通过ＣＲＴ观察Ｉ/Ｏ状态,分析机床ＰＬＣ梯形图(或流程图),以确定进给轴的启动条件,如润滑、冷却等是否满足。③对带电磁制动的伺服电动机,应检查电磁制动是否释放。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修④进给驱动单元故障,伺服电动机故障。７.位置误差当伺服轴运动超过位置允差范围时,数控系统就会产生位置误差过大的报警,包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。主要原因有:①系统设定的允差范围过小。②伺服系统增益设置不当。③位置检测装置有污染。④进给传动链累积误差过大。⑤主轴箱垂直运动时平衡装置(如平衡油缸等)不稳。８.漂移当指令值为零时坐标轴仍移动,从而造成位置误差。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。９.回参考点故障机床不能回参考点或回得不准。７.３.４直流伺服电动机与交流伺服电动机的维护１.直流伺服电动机的维护(１)直流伺服电动机的检查①在数控系统处于断电状态且电动机已经完全冷却的情况下进行检查。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修②取下橡胶刷帽,用螺钉旋具拧下刷盖取出电刷。图７－１为直流伺服电动机电刷安装部位示意图。③测量电刷长度,如ＦＡＮＵＣ直流伺服电动机的电刷由１０ｍｍ磨损到小于５ｍｍ时,必须更换同型号的新电刷。④仔细检查电刷的弧形接触面是否有深沟或裂痕,以及电刷弹簧上有无打火痕迹。如有上述现象,则要考虑电动机的工作条件是否过分恶劣或电动机本身是否有问题。⑤将不含金属粉末及水分的压缩空气导入装电刷的刷握孔,吹净粘在孔壁上的电刷粉末。如果难以吹净,可用螺钉旋具尖轻轻清理,直至孔壁全部干净为止,但要注意不要碰到换向器表面。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修⑥重新装上电刷,拧紧刷盖。如果更换了新电刷,应使电动机空运行跑合一段时间,以使电刷表面和换向器表面相吻合。(２)直流伺服电动机的日常维护①每天在机床运行时的维护检查。在电动机运转过程中要注意观察电动机的旋转速度;检查电动机是否有异常的振动和噪声;检查电动机是否有异常臭味;检查电动机的机壳和轴承的温度。②直流伺服电动机的定期检查。直流伺服电动机带有数对电刷,电动机旋转时,电刷与换向器摩擦而逐渐磨损。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修电刷异常或过度磨损会影响电动机工作性能,所以对直流伺服电动机进行定期检查是必要的。数控车床、铣床和加工中心中的直流伺服电动机应每年检查一次,频繁加、减速的机床(如冲床等)中的直流伺服电动机应每两个月检查一次。对电动机电刷进行清理和检查时,要注意电动机电刷的允许使用长度。③每半年(最少也要每年一次)的定期检查。这包括测速发电机的检查,电枢绝缘电阻的检查等。(３)直流伺服电动机的存放要求不要将直流伺服电动机长期存放在室外,同时也要避免存放在湿度高、温度有急剧变化和多尘的地方。如需存放一年以上,应将电刷从电动机上取下来,否则易腐蚀换向器,损坏电动机。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修(４)当机床长期不运行时的保养在机床长达几个月不开启的情况下,要对全部电刷进行检查,并要认真检查换向器表面是否生锈。如有锈,要用特别缓慢的速度,充分、均匀地运转。经过１~２ｈ后再行检查,直至处于正常状态,方可使用机床。２.交流伺服电动机的维护交流伺服电动机与直流伺服电动机相比,最大的优点是不存在电刷维护的问题。应用于进给驱动的交流伺服电动机多采用交流永磁同步电动机,根据不同的规格要求,其永磁材料分别采用铁氧体、铝镍和稀土材料。电动机采用全封闭结构形式,其特点如下。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修①采用独特的转子结构,使其气隙磁密按正弦分布,从而达到最小的转矩波动;②定子采用无机壳结构,有良好的冷却效果,能减小体积,减轻重量,并具有较好的加减速性能;③无刷和全封闭的结构形式,使得电动机不需维修,即使在恶劣的使用环境下仍有很长的寿命。７.３.５直流伺服电动机与交流伺服电动机的故障诊断与维修１.直流伺服电动机的故障诊断与维修上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修直流伺服电动机的常见故障及其诊断如下。(１)伺服电动机不转当机床开机后,ＣＮＣ工作正常,但伺服电动机不转。从电动机本身以及相关部分来说,可能有以下几方面的原因。①电枢线断线或接触不良。②电动机永磁体脱落。③制动器不良或制动器未通电造成的制动器未松开。(２)伺服电动机过热伺服电动机过热可能的原因如下。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修①电动机负载过大。②由于切削液和电刷灰引起换向器绝缘不正常或内部短路。③由于电枢电流大于磁钢去磁最大允许电流,造成磁钢发生去磁。④对于带有制动器的电动机,可能是制动线圈断线、制动器未松开、制动摩擦片间隙调整不当而造成制动器不释放。(３)伺服电动机旋转时有大的冲击若机床电源刚接通,伺服电动机即有冲击,通常是由电枢或测速机极性相反引起的。若在运动过程中出现冲击,可能的原因如下。①测速发电机输出电压突变。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修②测速发电机输出电压的“纹波”太大。③电枢绕组不良或内部短路、对地短路。④测速发电机或者脉冲编码器不良。(４)低速加工时工件表面有大的振纹造成低速加工时工件表面振纹的原因较多,包括刀具、切削参数、机床等方面的原因,应予以综合分析,从电动机方面考虑有以下原因。①电动机的永磁体被局部去磁。②测速发电机性能下降。(５)伺服电动机噪声大上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修造成直流伺服电动机噪声的原因主要有以下几种。①换向器接触面粗糙或换向器损坏。②电动机轴向间隙太大。③切削液等进入电刷槽中,引起换向器的局部短路。(６)伺服电动机在运转、停车或变速时有振动现象造成直流伺服电动机转动不稳、振动的原因主要有以下几种。①测速发电机或者脉冲编码器不良。②电枢绕组不良,绕组内部短路或对地短路。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修③若在工作台快速移动时产生机床振动,甚至有较大的冲击或伺服驱动器的熔断器熔断,故障的主要原因是测速发电机电刷接触不良。２.交流伺服电动机的故障诊断与维修交流永磁同步电动机结构的特点是磁极是转子,定子的电枢绕组与三相交流电动机电枢绕组一样,但它由三相逆变器供电,通过电动机转子位置检测器产生的信号去控制定子绕组的开关器件,使其有序导通,实现换流作用,从而使转子连续不断地旋转。转子位置检测器与电动机转子同轴安装,用于转子的位置检测,检测装置一般为霍耳开关或具有相位检测的光电脉冲编码器。(１)交流伺服电动机常见故障上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修①接线故障。由于接线不当,在使用一段时间后就可能出现一些故障,主要为插座脱焊、端子接线松开引起的接触不良。②转子位置检测装置故障。当霍尔开关或光电脉冲编码器发生故障时,会引起电动机失控,使进给有振动现象。③电磁制动故障。带电磁制动的伺服电动机,当电磁制动器出现故障时,会出现得电不松开、失电不制动的现象。(２)交流伺服电动机故障判断方法用万用表或电桥测量电枢绕组的直流电阻,检查是否断路,并用兆欧表检查绝缘是否良好。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修将电动机与机械装置分离,用手转动电动机转子,正常情况下感觉有阻力,转一个角度后手放开,转子有返回现象。如果用手转动转子时能连续转几圈并能自由停止,表明该电动机已损坏;如果用手转不动或转动后无返回,则电动机机械部分可能有故障。由交流伺服电动机故障引起的机床故障,主要表现为机床振动和紧急制动等。７.３.６进给伺服驱动系统的故障诊断与维修１.直流进给伺服驱动系统的故障诊断与维修上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修ＳＩＥＭＥＮＳ常用的直流伺服系统为６ＲＡ２６系列产品,一般用于２０世纪８０年代进口的数控机床上,配套的ＣＮＣ有ＳＩＥＭＥＮＳ３、６、８、ＰＲＩＭＯＳ、８５０/８８０等。虽然,ＳＩＥＭＥＮＳ直流驱动直接与８１０系统配套使用的场合并不多,但根据实际维修情况,部分经过更换８１０系统改造的数控机床仍然有保留原直流伺服驱动的情况,加上在其他系统配套使用该驱动的场合也较多,因此它也属于维修过程中的常见驱动系统之一。(１)６ＲＡ２６系列伺服驱动系统的主要特点上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修ＳＩＥＭＥＮＳ６ＲＡ２６∗∗系列直流伺服驱动系统常用的有６ＲＡ２６∗∗－６ＭＶ３０与６ＲＡ２６∗∗－６ＤＶ３０两种规格,前者(６ＭＶ３０)用于电枢电压为２００Ｖ的直流伺服电动机驱动,后者(６ＤＶ３０)用于电枢电压为４００Ｖ的直流伺服电动机驱动,最大输出电流均可以达到１７５Ａ。６ＲＡ２６系列产品一般与１ＨＵ系列永磁式直流伺服电动机或１ＧＳ系列他励直流伺服电动机配套,组成数控机床的伺服进给驱动系统。驱动系统与ＣＮＣ的位置控制配合,位置增益可以达到３０ｓ－１以上,适用于大部分数控机床的位置控制。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修６ＲＡ２６∗∗系列直流伺服驱动系统主回路采用了三相全控反并联桥式整流电路,逻辑无环流双闭环调速,电流环为内环,速度环为外环。速度环与电流环均采用Ｐ、Ｉ独立可调的比例－积分(ＰＩ)调节器,保证了改变比例系数Ｐ不影响积分常数Ｉ(反之亦然),为系统调整提供了方便。为了提高系统的可靠性,该系列驱动系统主要采取了以下措施。①晶闸管触发电路采用了填充式双脉冲触发电路,可以有效防止反并联桥式整流中存在的逆变颠覆现象。②驱动系统除常规的保护外,还设置了相序保护与欠压保护等保护措施,提高了可靠性。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修③通过电流给定的静态颤动偏置,以及采用大增益(Ｐ>５)的电流调节器,提高了系统的快速性。④电流调节器引入了电流自适应控制,且比例系数与积分常数独立调节,使系统在轻载情况下仍然能运行平稳,增加了系统的调速范围。⑤系统的速度调节器引入了加速度调节,可以有效防止超调。(２)６ＲＡ２６系列伺服驱动系统的状态指示ＳＩＥＭＥＮＳ６ＲＡ２６∗∗系列直流伺服驱动系统设有不同的状态指示灯,其含义如下。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修１)电源故障指示灯Ｖ９６。故障指示灯Ｖ９６安装于电源同步与触发控制板Ａ２上,当指示灯亮时表示驱动系统存在故障,其可能的原因有如下几点。①电源相序不正确。②电源缺相。③电源电压低于额定值的８０％。④驱动系统的控制端６３未输入使能信号。２)２００ｍｓ延时封锁指示灯Ｖ５７。２００ｍｓ延时封锁指示灯Ｖ５７安装在电源同步与触发控制板Ａ２上,指示灯亮时代表驱动系统处于停止状态,可能的原因有如下几点。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修①电枢回路或励磁(１ＧＳ系列他励直流伺服电动机)回路断线。②速度反馈信号线断线。③测速机不良。④励磁电流太小(仅１ＧＳ系列他励直流伺服电动机)。⑤驱动系统的控制端６３未输入使能信号。⑥驱动系统的控制端６４未输入使能信号。３)调节器释放状态指示灯Ｖ52。调节器释放状态指示灯Ｖ52安装于电源同步与触发控制板Ａ２上,指示灯亮时代表驱动系统处于“封锁”状态,可能的原因是驱动系统的控制端６４未输入使能信号。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修４)正组工作指示灯Ｖ５６。调节器正组工作指示灯Ｖ５６安装于电源同步与触发控制板Ａ２上,指示灯亮时代表驱动器主回路ＳＣＲ的“正组”处在工作状态。坐标轴静止时,由于闭环调节作用,正组工作指示灯Ｖ５６与下述的反组工作指示灯Ｖ５５交替闪烁。５)反组工作指示灯Ｖ５５。调节器反组工作指示灯Ｖ５５安装于电源同步与触发控制板Ａ２上,指示灯亮时代表驱动系统主回路ＳＣＲ的“反组”处在工作状态。与上述正组工作指示灯Ｖ５６一样,坐标轴静止时,与正组工作指示灯Ｖ５６交替闪烁。(３)６ＲＡ２６系列驱动系统的故障诊断与维修上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修６ＲＡ２６∗∗系列直流伺服驱动系统出现故障时,如故障指示灯亮,可以根据上述的指示灯的状态判别故障原因。对于指示灯未能指示的故障,其产生的可能原因如下(当然,发生以下故障,还可能有电动机本身或者ＣＮＣ方面的原因)。１)主回路熔断器熔断。主回路熔断器熔断是ＳＣＲ驱动系统的常见故障,造成熔断器熔断的原因有下述几种。①电源进线相序不正确。由于ＳＣＲ驱动器存在触发脉冲与主电路的同步问题,因此对输入电源的相序有严格的要求,若相序不正确,接通电源可能会立即引起驱动系统主回路熔断器的熔断。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修②机械故障造成负载过大。工作台的摩擦阻力太大,齿轮啮合不良引起卡死,工件与机床的干涉、碰撞,机械部件的锁紧等都可能造成负载过大。出现以上故障时,一般可通过脱开电动机与机械传动系统间的连接与测量电动机的实际工作电流来进一步判断确认。③切削条件不合适。如机床切削量过大、连续重切削等。④驱动系统存在故障。如控制单元的元器件损坏、控制板上设定端设定错误、电位器调整不当等。⑤驱动系统与电动机之间的连接错误。如速度负反馈被接成正反馈,使电动机“飞车”或系统处于振荡状态。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修⑥电动机选用不合适或电动机不良。如:因长期工作或其他原因引起直流伺服电动机的退磁,造成励磁电流过大;电动机绕组存在局部短路,从而引起驱动器熔断器熔断。２)伺服电动机不转。当机床开机后,ＣＮＣ工作正常,但伺服电动机不转,从驱动系统以及相关部分来说,可能有以下几方面的原因。①电枢线断线或接触不良。②脉冲使能信号或控制使能信号没有送到驱动系统,这时,通常是驱动系统的Ｖ５７指示灯不亮。③速度指令电压连接线连接不良或者断线。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修④对于带制动器的电动机来说,可能是制动器不良或制动器未通电造成的制动器未松开。⑤松开制动器用的直流电压未接入或整流桥损坏、制动器断线等。３)电动机转速过高。造成电动机转速过高的原因主要有以下几种。①电动机电枢极性接反,使速度环变成了正反馈。②测速发电机极性接反,使速度环变成了正反馈。③他励伺服电动机的励磁回路的电压过低,如励磁控制回路的电压调节过低或励磁回路断线。④速度给定输入电压过高。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修４)电动机运转不稳,速度时快时慢。造成这种故障的原因主要有以下几种。①驱动器参数调整不当,调节器未达到最佳工作状态。②由于干扰、连接不良引起的速度反馈信号不稳定。③测速发电机安装不良,或测速发电机与电动机轴的连接不良。④伺服电动机的炭刷磨损。⑤电枢绕组局部短路或对地短路。⑥速度给定输入电压受到干扰或连接不良。５)电动机启动时间太长或达不到额定转速。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修造成这种故障的原因主要有以下几种。①驱动系统的给定滤波器参数调整不当。②驱动系统的励磁回路参数调整不当,励磁电流过低。③电流极限调节过低。６)输出转矩达不到额定值。造成这种故障的原因主要有以下几种。①驱动系统的电流极限调节过低。②速度调节器的输出限幅值调整不当。③驱动系统的励磁回路参数调整不当。④伺服电动机制动器未完全松开。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修⑤电枢线连接不良,接触电阻太大。７)伺服电动机发热。造成这种故障的原因主要有以下几种。①驱动系统的电流极限调节过高。②驱动系统的励磁回路参数调整不当,励磁电流过高。③伺服电动机制动器未完全松开。④电枢绕组局部短路或对地短路。除以上驱动系统本身不良外,当驱动系统在数控机床上使用时还可能出现以下综合性的故障。８)机床振动。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修若坐标轴在数控机床停止时或在移动过程中出现振动、爬行现象,除驱动系统本身设定、调整不当外,引起机床振动的原因主要有下述几种。①机械系统连接不良,如联轴器损坏等。②测速发电机不良。对于测速发电机不良的情况,可首先断开系统的位置环与速度环,手动进行电动机的旋转,观察速度反馈电压波形,如果出现电压突然“跳变”的波形,说明反馈部件不良。③电动机电枢线圈不良(如局部短路等)。这种情况可以通过测量电动机的空载电流进行确认,若出现空载电流与转速成正比增加的情况,说明电动机内部有局部短路现象。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修出现本故障一般应首先清理换向器,检查电刷等环节,再进行测量确认。如果故障依然存在,则可能是电动机绕组存在局部短路现象,应对电动机进行进一步的检查,必要时对其进行维修。④驱动系统不良。应首先检查驱动系统的调整与设定,若调整与设定正确,可通过更换驱动系统的控制线路板进行确认,必要时进行控制线路板的维修处理。⑤外部干扰。对于固定不变的干扰,可检查速度、电流检测端子以及同步端的波形,检查是否存在干扰,并采取相应的措施。对于偶然性干扰,只有通过有效的屏蔽、可靠的接地等措施,尽可能避免。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修⑥系统振荡。应观察电动机电流的波形是否有振荡,引起振荡的可能原因是调整不当,测速发电机不良,或是机械传动系统的间隙太大等。９)超调。当驱动器本身无故障时,造成进给系统超调的原因有下述两种。①伺服系统的速度环增益过低或位置环增益过高。可以通过调整驱动器的电位器Ｒ２５提高速度环增益,或通过改变ＣＮＣ的机床参数,降低位置环增益进行优化处理。②伺服进给系统和机械进给系统的刚性过低。应检查机械传动系统,提高伺服进给系统的刚性。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修１０)单脉冲进给精度差。产生这种现象的原因有以下两种。①机械传动系统存在间隙、死区或精度不足。应重新调整机械传动系统,消除间隙,减小摩擦阻力,提高机械传动系统的灵敏度。②伺服系统速度环或位置环增益太低。应通过调整速度控制单元的电位器Ｒ２５、Ｒ５１,或通过改变ＣＮＣ的机床参数,提高位置环增益,进行优化处理。１１)低速爬行。在伺服进给系统元件本身无故障时,造成低速爬行的原因有以下两种。①系统不稳定,产生低频振荡。②机械传动系统惯量过大。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修对于这种情况,有时可以通过改变印刷线路板上驱动器的相关参数来调整解决。１２)圆弧切削时切削面出现条纹。造成这一现象的原因有以下几种。①伺服系统增益设定不当。可以通过降低位置环增益,提高速度环增益解决。②检查驱动器的电流波形,确认电流是否连续。③检查机械传动系统是否有连接松动、间隙等。由于伺服驱动系统的报警原因较多,它可能涉及ＣＮＣ、速度控制单元、伺服电动机、连接等多个方面,维修时应参考相关内容。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修２.交流进给伺服驱动系统的故障诊断与维修ＳＩＥＭＥＮＳ公司常用的交流模拟伺服主要有ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ６１０系列、ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ６１１Ａ系列两种规格。其中６１０系列产品为ＳＩＥＭＥＮＳ公司早期的交流模拟伺服驱动产品,它主要与该公司的１ＦＴ５系列交流伺服电动机配套,作为数控机床的进给驱动使用。６１０驱动器以±１０Ｖ模拟量作为速度给定指令,内部采用速度、电流双闭环控制,ＰＷＭ调制。系列产品的伺服驱动独立组成装置(不与主轴驱动一体),全部进给轴共用整流直流电源,调节器模块与功率驱动模块可根据机床需要选择。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修一套驱动装置最大可以安装６个轴的调节器模块与功率驱动模块,输入电压为三相ＡＣ１６５Ｖ,直流母线电压为ＤＣ２１０Ｖ,６个轴的最大总功率可以达到４０ｋＷ。６１１Ａ系列产品为ＳＩＥＭＥＮＳ公司在６１０系列基础上改进的交流模拟伺服驱动产品,它与６１０系列的主要区别是主轴驱动与伺服驱动共用电源模块和控制总线,是一种进给、主轴一体化的结构形式,驱动器整体体积比６１０系列大大缩小。６１１Ａ系列产品中的伺服驱动器可以与该公司的１ＦＴ４、１ＦＴ５、１ＦＴ６系列交流伺服电动机配套,驱动器仍然以±１０Ｖ模拟量作为速度给定指令,性能与６１０系列相似。以上两种产品是８１０系统常用的驱动系统。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修(１)６１０驱动系统的使用要求①为减少开机瞬间对电网和驱动器的冲击,对于功率较大的驱动器,在进线侧应加浪涌电压限制器。②驱动系统的控制端９６具有外部电流极限控制功能,当使用该功能时,调节器模块内部的速度监控功能将被取消。在这种情况下,如遇到电动机“堵转”、电动机缺相等故障时,驱动系统将不再产生报警,因此,在通常情况下最好使用内部电流极限控制功能。③驱动系统具有停机“故障存储”功能,利用该功能可以在主回路电源断开后,将故障报警电路改变为由外部电源供电,使故障信息得以保存。使用该功能应注意的有:上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修外加的＋２４Ｖ直流电压最好通过ＰＬＣ进行控制,正常工作时,外部＋２４Ｖ不加入驱动系统,当出现故障使主回路停机时,再通过ＰＬＣ加入。由于驱动系统内有很大的滤波电容,在关机的数秒钟内,即使未加入外部电源也不会导致故障信息的丢失。如控制需要,希望驱动系统始终外加＋２４Ｖ直流电压时,这一电源的电压应在ＤＣ１８~２２Ｖ的范围,如电压过高,可能会造成驱动系统内、外电源间的相互影响,造成器件功耗的增加,使驱动器产生报警。④维修时应检查电气柜的通风状况,如发现风扇不转或风量明显减弱,应立即维修,以免散热不良造成功率器件的损坏。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修(２)６１０系列驱动系统的故障诊断与维修６１０伺服驱动系统最常见的故障是电源模块与调节器模块的故障。电源模块(Ｇ０)上设有４个故障指示灯,由下到上依次为Ｖ１~Ｖ４。各指示灯亮代表的含义如下。Ｖ１:驱动系统存在报警(Σ故障)。Ｖ２:驱动系统±１５Ｖ辅助电源故障。Ｖ３:直流母线过电压。Ｖ４:驱动系统端子６３/６４未输入使能信号。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修调节器模块中,每轴都安装有４个故障指示灯,由上到下依次为Ｖ１(Ｖ５、Ｖ９),Ｖ２(Ｖ６、Ｖ１０),Ｖ３(Ｖ７、Ｖ１１),Ｖ４(Ｖ８、Ｖ１２)。其中,Ｖ１~Ｖ４为第１轴,Ｖ５~Ｖ８为第２轴,Ｖ９~Ｖ１２为第３轴。各指示灯亮代表的含义如下。Ｖ１(Ｖ５、Ｖ９):测速反馈报警。Ｖ２(Ｖ６、Ｖ１０):速度调节器达到输出极限。Ｖ３(Ｖ７、Ｖ１１):驱动器过载报警(Ｉ２ｔ监控)。Ｖ４(Ｖ８、Ｖ１２):伺服电动机过热。当驱动系统发生报警时,相应的报警指示灯亮,在不同的故障情况下,故障指示灯的显示及可能的原因见表７－４。上一页下一页返回７.３进给伺服系统故障诊断与维修(３)６１１Ａ系列驱动系统的故障诊断与维修６１ｌＡ系列驱动系统与６１０系列十分类似,其故障分析的方法基本相同。在６１ｌＡ系列驱动系统中,由于伺服驱动、主轴公用电源模块,因此故障多与电源模块有关,当６１ｌＡ伺服驱动系统出现故障时可以根据表７－５进行分析处理。上一页返回７.４位置检测系统的故障诊断与维修７.４.１位置检测系统的故障形式当位置控制出现故障时,往往在ＣＲＴ上显示报警号及报警信息。大多数情况下,若正在运动的轴实际位置误差超过机床参数所设定的允差值,则产生轮廓误差报警;若机床坐标轴定位时的实际位置与给定位置之差超过机床参数设定的允差值,则产生静态误差监视报警;若位置测量硬件出现故障,则产生测量装置监控报警等。７.４.２位置检测元件的维护１.光栅的维护下一页返回７.４位置检测系统的故障诊断与维修光栅有两种形式,一是透射光栅,即在一条透明玻璃片上刻有一系列等间隔密集线纹;二是反射光栅,即在长条形金属镜面上制成全反射或漫反射间隔相等的密集条纹。光栅输出信号有:两个相位信号输出,用于辨向;一个零标志信号(又称一转信号),用于机床回参考点的控制。光栅尺的维护要点如下。(１)防污①光栅尺由于直接安装于工作台和机床床身上,因此,极易受到冷却液的污染,从而造成信号丢失,影响位置控制精度。上一页下一页返回７.４位置检测系统的故障诊断与维修②冷却液在使用过程中会产生轻微结晶,这种结晶在扫描头上形成一层薄膜且透光性差,不易清除,故要慎重选用冷却液。③加工过程中,冷却液的压力不要太大,流量不要过大,以免形成大量的水雾进入光栅。④光栅最好通入低压压缩空气(１０５Ｐａ左右),以免扫描头运动时形成的负压把污物吸入光栅。压缩空气必须净化,滤芯应保持清洁并定期更换。光栅上的污染物可以用脱脂棉蘸无水酒精轻轻擦除。(２)防振上一页下一页返回７.４位置检测系统的故障诊断与维修光栅拆装时要用静力,不能用硬物敲击,以免引起光学元件的损坏。２.光电脉冲编码器的维护光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝隙,在其两边分别装有光源和光敏元件。当圆盘转动时,光线的明暗变化经光敏元件变成电信号的强弱,从而得到脉冲信号。编码器的输出信号有:两个相位信号输出,用于辨向;一个零标志信号,用于机床回参考点的控制。另外还有＋５Ｖ电源和接地端。光电脉冲编码器的维护要点如下。(１)防污和防振上一页下一页返回７.４位置检测系统的故障诊断与维修由于编码器是精密测量元件,使用环境或拆装要与光栅一样注意防污和防振。污染容易造成信号丢失,振动容易使编码器内的紧固件松动脱落,造成内部电源短路。(２)防松脉冲编码器用于位置检测时有两种安装方式。一种是与伺服电动机同轴安装,称为内装式编码器,如西门子１ＦＴ５、１ＦＴ６伺服电动机上的ＲＯＤ３２０编码器;另一种是编码器安装于传动链末端,称为外装式编码器,当传动链较长时,这种安装方式可以减小传动链累积误差对位置检测精度的影响。上一页下一页返回７.４位置检测系统的故障诊断与维修由于连接松动往往会影响位置控制精度,因此不管采用哪种安装方式,都要注意编码器连接松动的问题。另外,在有些交流伺服电动机中,内装式编码器除了位置检测外,