《数控机床电气装调与维修（第二版）》课件 第五章 进给驱动系统的装调与维修

第一节步进驱动的装调与维修

进给驱动系统是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，如图5—1所示，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。步进伺服驱动系统结构简单、控制容易、维修方便，如图5-2所示。随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其他部分的功能均可由软件实现，从而进一步简化结构。目前，步进电动机仅用于容量小、速度低、精度要求不高的场合，如经济型数控机床，打印机、绘图机等计算机的外部设备。一、STEPDRIVEC/C+步进驱动系统的连接STEPDRIVEC、STEPDRIVEC+步进驱动系统的连接十分简单，把电源、指令与“使能”信号、“准备好”信号以及电动机连接即可。1．连接电缆准备一、STEPDRIVEC/C+步进驱动系统的连接2．电源的连接STEPDRIVEC/C+系列驱动器的额定输入电源为单相AC85V、50Hz，允许电压波动范围为±10%，必须使用驱动电源变压器。3．指令与“使能”信号的连接STEPDRIVEC/C+系列驱动器的脉冲（+PULS/-PULS）、方向（+DIR/-DIR）指令与“使能”（+ENA/-ENA）信号从控制端连接器输入（见图5-4），以上信号一般直接使用来自CNC装置的输出信号。一、STEPDRIVEC/C+步进驱动系统的连接4．“准备好”信号的连接STEPDRIVEC/C+系列驱动器的“准备好”信号通常为24V，信号电源由外部电源提供。对应端子的作用与意义如下：+24V/+24VGND：驱动器的“准备好”信号输入。一、STEPDRIVEC/C+步进驱动系统的连接5．电动机的连接STEPDRIVEC/C+系列驱动器与电动机的连接非常简单，只需将驱动器上的A+～E与电动机的对应端连接即可。对于无引出线标记的电动机。二、STEPDRIVEC/C+步进驱动系统的调整与维修1．STEPDRIVEC/C+步进驱动系统的调整用于驱动器输出相电流的设定，通过设定，使得驱动器与各种规格的电动机相匹配。二、STEPDRIVEC/C+步进驱动系统的调整与维修2．STEPDRIVEC/C+步进驱动系统的状态指示三、步进电动机驱动故障分析

谢谢！每天进步一点点第二节交流进给伺服系统的装调与维修传统的伺服控制将位置环、速度环和电流环集成在伺服单元上（如FANUC10/11/12系列等），FANUCαi系列伺服控制将这三个控制环节通过软件方式融入数控系统中。第二节交流进给伺服系统的装调与维修一、数字伺服参数的初始设定

1．调出方法（1）在紧急停止状态下将电源置于ON。（2）设定用于显示伺服设定画面、伺服调整画面的参数3111。输入类型为位型；数据类型。其中#0位SVS表是否显示伺服设定画面、伺服调整画面，“0:不予显示”；“1:予以显示”。（3）暂时将电源置于OFF，然后再将其置于ON。（4）按下功能键、功能菜单键、软键［SV设定］。显示图所示伺服参数的设定画面。

（5）利用光标翻页键，输入初始设定所需的数据。（6）设定完毕后将电源置于OFF，然后再将其置于ON。图

伺服参数的设定画面2．设定方法（1）初始化设定（2）电机代码根据电动机型号、图号的不同，输入不同的伺服电动机代码。（3）任意AMR功能2．设定方法（4）指令倍乘比（5）暂时将电源置于OFF，然后再将其置于ON。（6）进给齿轮（F·FG）n/m的设定2．设定方法（7）方向设定（8）速度反馈脉冲数、位置反馈脉冲数1）半闭环的情形。位置反馈脉冲数设定为12500。2）全闭环的情形。在位置反馈脉冲数中设定电动机转动一圈时从外置检测器反馈的脉冲数（位置反馈脉冲数的计算，与柔性进给齿轮无关）（9）参考计数器的设定二、FSSB数据的显示和设定画面1．显示步骤（1）步骤1）按下功能键。2）按继续菜单键数次，显示软键［FSSB］。3）按下软键［FSSB］，切换到“放大器设定”画面（或者以前所选的FSSB

二、FSSB数据的显示和设定画面1．显示步骤（2）放大器设定画面，如图所示。二、FSSB数据的显示和设定画面1．显示步骤（3）轴设定画面，如图所示。二、FSSB数据的显示和设定画面1．显示步骤（4）放大器维护画面，如图所示。二、FSSB数据的显示和设定画面

2．设定在FSSB设定界面（放大器维护界面除外）上，按下［（操作）］软键时，输入数据时，设定为MDI方式或者紧急停止状态，将光标移动到输入项目位置，输入数据后按［输入］软键（或者按下MDI面板的键）。输入数据后按［设定］软键时，若设定值有误，则发出警告；设定值正确的情况下，若参数DFS（No.14476#0）=0，则在参数（No.1023，1905，1936～1937，14340～14349，14376～14391）中进行设定，若参数DFS（No.14476#0）=1，则在参数（No.1023，1905，1910～1919，1936～1937）中进行设定。在输入错误时，若希望返回到参数中所设定的值，按［读入］软键。三、伺服调整画面

1．参数的设定设定显示伺服调整画面的参数。输入类型：设定输入。数据类型：位路径型。#0SVS——是否显示伺服设定画面、伺服调整画面。0:不予显示；1:予以显示。)

2．显示伺服调整画面（1）按下功能键、功能菜单键、软键［SV设定］。（2）按下软键［SV调整］，选择伺服调整画面。如图所示。说明见表。

图

伺服调整画面项目说明项目说明功能位参数(No.2003)报警2诊断号201位置环增益参数(No.1825)报警3诊断号202调整开始位0报警4诊断号203设定周期0报警5诊断号204积分增益参数(No.2043)位置环增益实际环路增益比例增益参数(No.2044)位置误差实际位置误差值(诊断号300)滤波参数(No.2067)电流(A)以A（峰值）表示实际电流速度增益电流%以相对于电机额定值的百分比表示电流值报警1诊断号200报警1～5信息见表4—15。速度(RPM)表示电机实际转速表

伺服调整画面的说明表

报警1～5信息报警号信息四、αi

伺服信息画面

1．参数设置

输入类型参数输入参数说明设置参数输入位路径型IDW对伺服或主轴的信息画面进行编辑0禁止1不禁止SVI是否显示伺服信息画面0予以显示1不予显示四、αi

伺服信息画面2．显示伺服信息画面

1）按下功能键，按［系统］软键。2）按［伺服］软键时，出现如图所示界面。伺服信息被保存在FROM中。界面所显示的ID信息与实际ID信息不一致时，在所列项目的左侧显示“＊”。四、αi

伺服信息画面3．编辑伺服信息画面1）设定参数IDW（No.13112#0）=1。2）按下机床操作面板上的MDI开关。五、伺服驱动的连接

1.α系列独立型(SVU)数字伺服驱动的连接五、伺服驱动的连接

2.α系列公用电源型(SVM)数字伺服驱动的连接五、伺服驱动的连接

2.α系列公用电源型(SVM)数字伺服驱动的连接五、伺服驱动的连接

3.具体机床的连接六、FANUC交流进给伺服系统的故障与排除

1．数字伺服波形诊断界面按［W.DGNS］软键，按照右侧参数含义提示信息输入需要的值，其中N代表第几轴。六、FANUC交流进给伺服系统的故障与排除

2．全闭环改半闭环在日常的数控机床维修时，将控制方式从全闭环改为半闭环，是判断光栅尺故障最有效的方法，修改过程如下。1）1815#b1（OPTx）=0，使用内置编码器作为位置反馈（半闭环方式）。2）在伺服界面修改N/M参数，根据丝杠螺距等计算N/M。对于10mm螺距的直连丝杠，N/M=1/100。3）将位置脉冲数改为12500（对于最小检测单位=0.001）。4）正确计算参考计数器容量。对于10mm螺距的直连丝杠，参考计数器容量设为10000。六、FANUC交流进给伺服系统的故障与排除

3．误差过大与伺服报警（410#/411#报警）六、FANUC交流进给伺服系统的故障与排除

3．误差过大与伺服报警（410#/411#报警）1）系统没有移动指令①情况1：机床比较稳定，伺服轴没有任何移动。指令脉冲=0→反馈脉冲数=0→误差值=0→VCMD=0→电动机静止。②情况2：机床受外界影响（如振动、重力等），伺服轴移动。指令脉冲=0→反馈脉冲数≠0→误差值≠0→VCMD≠0→电动机调整→直到指令脉冲=0→反馈脉冲数=0→误差值=0→VCMD=0→电动机静止。2）系统有移动指令①初始状态到机床待启动。指令脉冲=10000→反馈脉冲数=0→误差值=10000→VCMD输出指令电压→电动机启动。②电动机运行。指令脉冲=10000→反馈脉冲数=6888→误差值=3112→VCMD输出指令电压→电动机继续转动。③定位完成。指令脉冲数=0→反馈脉冲数=0→误差值=0→VCMD=0→电动机停止。

谢谢！每天进步一点点第三节数控机床有关参考点的安装与调整许多数控机床（全功能型及高档型）都设有机床参考点，该点至机床原点在进给坐标轴方向上的距离是确定的，使用时可通过“返回参考点操作”方式进行确认。机床参考点是机床制造商在机床上借助行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是固定的，在机床出厂前由机床制造商精密测量确定。第三节数控机床有关参考点的安装与调整一、数控机床回参考点的原理不同数控系统返回参考点的动作是有所不同的，但大都经过两个过程，即高速寻找粗定位点与低速寻找栅格零点（即零位脉冲）第三节数控机床有关参考点的安装与调整二、增量方式回参考点

所谓增量方式回参考点，就是采用增量式编码器工作台快速接近，经减速档块减速后低速寻找栅格零点作为机床参考点。1.FANUC系统实现回参考点的条件

（1）回参考点（ZRN）方式有效——对应PMC地址G43.7=1，同时G43.0（MD1）和G43.2（MD4）同时=1。（2）轴选择（+/-Jx）有效——对应PMC地址G100～G102=1（3）减速开关触发（*DECx）——对应PMC地址X9.0～X9.3或G196.0～3从1到0再到1。（4）栅格零点被读入，找到参考点。（5）参考点建立，CNC向PMC发出完成信号ZP4内部地址F094，ZRF1，内部地址F120。FANUC公司使用电气栅格“GRID”的目的，就是可以通过1850#参数的调整，在一定量的范围内（小于参考计数器容量设置范围）灵活的微调参考点的精确位置。图栅格零点图

增加距离2．参数设置（1）1005号参数，表1005号参数输入类型参数输入参数说明设置参数输入位轴型DLZX无挡块参考点设定功能0无效1有效（2）1821号参数，表1821号参数输入类型参数输入数据单位数据范围参数输入2字轴型检测单位0～999999999数据范围为参数设定参考计数器的容量，为执行栅格方式的返回参考点的栅格间隔。设定值在0以下时，将其视为10000。在使用附有绝对地址参照标记的光栅尺时，设定标记1的间隔。在设定完此参数后，需要暂时切断电源。（3）1850号参数，表1821号参数输入类型参数输入数据单位数据范围参数输入2字轴型检测单位-99999999～99999999数据范围是参数为每个轴设定使参考点位置偏移的栅格偏移量或者参考点偏移量。可以设定的栅格量为参考计数器容量以下的值。参数SFDX(No.1008#4)为“0”时，成为栅格偏移量，为“1”时成为参考点偏移量。若是无挡块参考点设定，仅可使用栅格偏移，不能使用参考点偏移。（4）1815号参数，见1005号参数

输入类型参数输入参数说明设置备注参数输入位轴型OPTX位置检测器0不使用外置脉冲编码器使用带有参照标记的光栅尺、或者带有绝对地址原点的光栅尺（全闭环系统）时，将参数值设定为“1”。1使用外置脉冲编码器APZX对应关系0尚未建立1已经结束APCX位置检测器0非绝对位置检测器1绝对位置检测器（5）外置脉冲编码器与光栅尺的设置通常，将电机每转动一圈的反馈脉冲数作为参考计数器容量予以设定。光栅尺上多处具有参照标记的情况下，有时将该距离以整数相除的值作为参考计数器容量予以设定。如图所示。图

多处参照标记三、绝对方式回参考点（又称无挡块回零）

所谓绝对回零（参考点），就是采用绝对位置编码器建立机床零点，并且一旦零点建立，无需每次开电回零，即便系统关断电源，断电后的机床位置偏移（绝对位置编码器转角）被保存在电机编码器S-RAM中，并通过伺服放大器上的电池支持电机编码器S-RAM中的数据。这里需要注意的是，当更换电机或伺服放大器后，由于将反馈线与电机航空插头脱开，或电机反馈线与伺服放大器脱开，必将导致编码器电路与电池脱开了，S-RAM中的位置信息即刻丢失。再开机后会出现300#报警，需要重新建立零点。1．绝对零点建立的过程2．操作1）将希望进行参考点设定的轴向返回参考点方向JOG进给到参考点跟前的附近。2）选择手动返回参考点方式，将希望设定参考点的轴的进给轴方向选择信号（正向或者负向）设定为“1”。3）定位于以从当前点到参数ZMIX(No.1006#5)中所确定的返回参考点方向的最靠近栅格位置，将该点作为参考点。4）确认已经到位后，返回参考点结束信号(ZPn)和参考点建立信号(ZRFn)即被设定为“1”。若设定完参考点之后只要将ZRN信号设定为“1”，通过手动方式赋予轴向信号，刀具就返回到参考点。3．参数设置（1）1005号参数，见上表。（2）1006号参数，见表。输入类型参数输入参数说明设置参数输入位轴型ZMIX手动返回参考点的方向0正1负四、距离编码回零光栅尺距离编码是解决“光栅尺绝对回零”的一种特殊的解决方案。

1．距离编码零点建立过程（1）选择回零方式，使信号ZRN置1，同时MD1、MD4置1。（2）选择进给轴方向(+J1,–J1,+J2,–J2,etc.)。（3）机床按照所选择的轴方向移动寻找零点信号，机床进给速度遵循1425参数中（FL）设定速度运行。（4）一旦检测到第一个栅格信号，机床即停顿片刻，随后继续低速（按照参数1425FL中设定的速度）按照指定方向继续运行。（5）继续重复上述(4)的步骤，找到3～4个栅格后停止，并通过计算确立零点位置。（6）最后发出参考点建立信号(ZRF1,ZRF2,ZRF3,etc.置1)。如图所示图

参考点建立五、机床不能正常返回参考点的检查与维修1．增量方式不能正常返回参考点（1）手动回零时不减速并伴随超程报警（2）有减速动作1）编码器或光栅尺被污染，如进水、进油。2）反馈信号线或光栅适配器受外部信号干扰。3）反馈电缆信号衰减。4）编码器或光栅尺接口电路故障、器件老化。5）伺服放大器接口电路故障。五、机床不能正常返回参考点的检查与维修2．绝对零点丢失1）更换了编码器或伺服电动机。2）更换了伺服放大器。3）反馈电缆脱离伺服放大器或伺服电动机。4）绝对位置编码器后备电池掉电五、机床不能正常返回参考点的检查与维修3．返回参考点不准确的维修（1）调整减速挡块位置（2）调整栅格偏移量通过参数1850#调整栅格偏移量，使栅格处于合理范围。五、机床不能正常返回参考点的检查与维修4．参数1815原点无法设定1）确定伺服电动机是绝对位置编码器。打开绝对位置编码器后盖，应有电容。2）确定编码器线插头由6V电池供电（4.5V以上都可以）。在4脚和7脚之间测量电压，如图所示。五、机床不能正常返回参考点的检查与维修4．参数1815原点无法设定①关机。②拔掉驱动器的24V供电（CX19B插头或者CXA2A插头）。③开机，会出现5136报警，设定1815.4和1815.5。④关机，恢复拔掉的电缆。⑤开机，无报警，则设定成功。

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FANUC伺服系统故障诊断与维修实例【例5—1】

故障现象：一台配套FANUC6ME系统、FANUC直流伺服驱动、SIEMENS1HU3076直流伺服电动机的进口加工中心，在机床大修后，机床一接通电源，X轴电动机即高速转动，CNC发生ALM410报警并停机。分析与处理：故障分析处理过程同上，初步判定故障原因通常是由于伺服电动机的电枢或测速反馈极性接反引起的。考虑到本机床大修时，将X轴电动机进行了重新安装，且SIEMENS1HU3076直流伺服电动机不带测速发电机，伺服电动机的实际转速反馈信号通过对编码器的F／V转换得到，因此故障最大可能的原因是电动机电枢线极性接反。维修时在电动机与机械传动系统脱开后(防止电动机冲击对传动系统带来的损伤)，直接调换了电动机电枢极性，通电后试验，机床恢复正常。【例5—2】

故障现象：一台采用FANUC系统，配套FANUCDCl0型PWM直流伺服驱动系统的数控铣床，在自动运行过程中突然停机，CNC出现ALM401、ALM431报警。分析与处理：FANUC出现ALM401报警的含义是“X、Y、Z等进给轴驱动器的速度控制准备信号(VRDY信号)为OFF状态”；ALM431是Z轴跟随误差报警。检查伺服驱动系统，发现Z轴速度控制单元的BRK报警灯亮，表明主回路断路器跳闸，分析故障原因，可以初步确定为主回路存在短路或过电流。重新合上主回路断路器NBF1／NBF2后，测量Z轴速度控制单元电源进线，发现U、W间存在短路，对照速度控制单元主回路原理图逐一检查主回路各元器件，测量发现，该速度控制单元的主回路浪涌吸收器ZNR存在短路。更换同规格的浪涌吸收器后，在测量确认主回路已无短路的情况下，再次开机，机床故障排除。【例5—3】故障现象：某配套FANUC系统，DC20／30型直流PWM驱动的卧式加工中心，在自动加工过程中，偶然出现ALM401、ALM421报警。分析与处理：FANUC出现ALM401报警的含义同上；ALM421是Y轴位置跟随超差报警。由于故障偶尔出现，初步判定CNC与伺服驱动系统本身无损坏；据操作人员反映，在机床手动、回参考点工作时，均无报警，分析电缆连接不良的可能性亦较小。为了确定故障原因，维修时对Y轴编制了空运行试验程序，经多次试验确认：故障多在快进起动与停止时出现，故障时，速度控制单元上HVAL报警指示灯亮，表明驱动系统存在过电压。测量速度控制单元输入电源，发现输入电压正确；检查直流母线上的制动电阻、斩波管均未损坏，初步判定故障是由于机械负载过重引起的。由于该机床Y轴采用了液压平衡系统，分