伺服系统的故障诊断与维修课件

4.1概

述

4.1.1伺服驅動控制的基本要求

對進給伺服控制的基本要求是：位移精度高，快速回應好，系統穩定性好，高性能的伺服電動機及低速大轉矩等1．開環伺服控制開環伺服控制指數控設備的伺服控制中沒有檢測和回饋裝置，數控指令脈衝是單方向傳遞。開環伺服控制多採用步進電動機作為執行元件。

從檢測裝置來的回饋信號與指令脈衝信號進行比較，得到位置偏差控制信號，經伺服放大器對偏差信號進行調節運算和功率放大，控制工作臺修正偏差，按照指令脈衝運動，稱為閉環伺服控制。

2．閉環伺服控制

4.1.3伺服控制的主要故障形式

伺服控制主要有主軸伺服控制和進給伺服控制兩種:主軸伺服控制系統的故障形式主要有：①主軸定位不准；②主軸超載；③主軸振動及雜訊；④主軸轉速與座標運動不匹配等。進給伺服控制系統的故障形式主要有以下幾種:（1）伺服電動機超載；（2）低速爬行；（3）振動與雜訊；（4）位置誤差。

4.2.1常用主軸驅動系統

數控設備常用的主軸伺服驅動主要有直流驅動方式和交流驅動方式兩大類。直流主軸電動機有SIEMENS公司1GG5,1GF5,1GL5和1GH5等4個系列，配套的驅動裝置為6RA24,6R27，採用晶閘管控制系統。交流主軸電動機有FUNUC公司推出的S系列電動機，其功率範圍為1.5～37kW，採用電晶體PWM逆變器實現驅動控制。SIEMENS公司也推出了1PH5及1PH6系列交流伺服電動機，其功率為3～100kW，採用電晶體SPWM變頻驅動控制。國內產品主要有上海開通公司的KT系列全數字交流伺服驅動控制系統。

返回4.2.2主軸伺服驅動控制的連接

KT270伺服驅動系統與KT590數控系統的連接圖如圖所示：返回4.2.3交流伺服控制系統的調試

下麵以華中世紀星數控系統（HNC-21TF）與松下MSDA型交流伺服控制驅動器、MSMA型交流伺服電動機的連接控制為例，說明該系統的調試的內容和方法。

HNC-21TF數控系統與伺服控制器、交流伺服電動機的連接

4.2.4交流主軸伺服系統的主要故障及診斷

常見交流主軸伺服系統的主要故障有以下幾種。

1．超載；2．主軸定位抖動；3．主軸轉速與進給不匹配。4.3進給伺服控制系統的故障診斷4.3.1常見進給伺服控制系統常見的進給伺服控制方式主要有直流進給伺服驅動、交流進給伺服驅動以及步進電動機進給伺服驅動等。

4.3.2步進電動機進給伺服控制1．步進電動機的主要性能參數

（1）步距角誤差步進電動機的步距角公式：

=360°/mZK（2）啟動頻率；

（3）矩頻特性與動態轉矩；（4）靜態轉矩與矩角特性。

矩頻特性曲線步進電動機靜態矩角特性步進電機的外觀圖

4.4位置檢測裝置的安裝調整與故障診斷

4.4.1

位置檢測裝置的基本要求及分類1．位置檢測裝置的基本要求①

能滿足移動部件精度和速度的要求；②使用、維護簡單、方便，成本低；③

壽命長，抗各種干擾能力強，能適應生產現場的工作環境；④

在檢測範圍內，能滿足精度和速度的要求。

2．位置檢測裝置的分類按測量方式不同，位置檢測裝置可分為增量式和絕對式檢測裝置。按被測量的不同，位置檢測裝置可分為數字量和模擬量檢測裝置。

常用位置檢測裝置的分類

回轉型檢測裝置直線型檢測裝置數字式檢測裝置模擬式檢測裝置數字式檢測裝置模擬式檢測裝置光電盤同步分解器直線光柵直線感應同步器數碼盤圓形感應同步器多通道透射光柵直磁尺圓光柵圓形磁尺計量光柵絕對值式磁尺

4.4.2光柵檢測裝置

1．光柵檢測裝置的組成光柵是在一塊長條形的光學玻璃上用照相腐蝕法制成許多密集線紋。線紋的間距和寬度相等並與運動方向垂直，形成連續的透光區和不透光區。線紋之間的間距稱為柵距，常用光柵有每毫米刻50條、100條及200條的。1－光電池；2,4－聚光鏡；3－夾縫；5－光源；G1－尺規光柵；G2－指示光柵圖透射光柵和反射光柵

1－光電池；2,4－聚光鏡；3－夾縫；5－光源；G1－尺規光柵；G2－指示光柵圖4.13透射光柵和反射光柵光柵尺及數顯表光柵尺在機床導軌上的安裝

2．光柵尺的安裝與調整

1－床身；2－光柵尺；3－掃描頭；4－滾珠絲杠螺母副；5－床鞍光柵尺在機床上的安裝示意圖

4.4.3感應同步器檢測裝置

1．感應同步器的結構感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成。定尺安裝在移動部件的導軌上，其長度應大於被檢測件的長度；滑尺較短，安裝在運動部件上。定尺和滑尺均由基板（鋼或鋁合金板）、平面繞組和保護遮罩層等部分組成。

2．感應同步器的工作原理

1、對滑尺上的繞組通以交流電，根據電磁原理，將在定尺繞組上感應出電壓，定尺繞組中感應電壓是滑尺上正弦繞組和余弦繞組所產生的感應電壓的向量和。滑尺每移動一個節距，定尺上感應電壓按余弦規律變化一周。2、由於定尺上感應電壓變化的週期與滑尺相對定尺移動的節距2

對應，而節距又與工作臺的實際位移x有關，從而可以間接對工作臺的位移進行檢測，這就是感應同步器的工作原理。

3．感應同步器的安裝與調整

1、感應同步器的定尺安裝在移動部件的導軌上，其長度應大於被檢測件的長度，滑尺較短，安裝在運動部件上。感應同步器安裝時，兩尺保持平行，兩尺之間間隙為（0.25±0.05）mm，一般定尺每段長250mm。2、為保證檢測精度，要求定尺側母線與機床導軌基準面的平行度允差在全長內為0.1mm，滑尺側母線與機床導軌基準面的平行度允差在全長內為0.02mm，定尺與滑尺之間的間隙應保證在（0.25±0.05）mm之內。感應同步器的安裝總圖：

4.4.4編碼器檢測裝置

1．光電盤編碼器工作原理1－印製電路板；2－光源；3－圓光柵；4－指示光柵；5－光電池組；6－底座；7－護罩；8－軸圖4.17光電盤編碼器結構圖

1－印製電路板；2－光源；3－圓光柵；4－指示光柵；5－光電池組；6－底座；7－護罩；8－軸圖4.17光電盤編碼器結構圖

2．編碼器的安裝與調整

編碼器的安裝主要採用與伺服電動機同軸連聯的方式，也有採用安裝在傳動鏈末端的方式，稱為外裝式安裝。編碼器安裝中的主要問題是防止連接鬆動。對聯軸器的連接要求如下：①

兩軸之間的誤差應小於規定值；②

夾緊螺釘的轉矩應達到規定值，螺釘要用防松劑封固；③

驅動軸軸徑尺寸精度要求：普通型採用f7，精密型採用h6。對於外裝式安裝，要注意傳動件的配合尺寸精度，同步帶張緊要合適，安裝時要注意消除傳動的間隙。此外，安裝、拆卸編碼器時，要防止用力過大，以免軸變形。4.4.5旋轉變壓器

1．旋轉變壓器結構及工作原理

圖4.18無刷旋轉變壓器結構圖旋轉變壓器由定子和轉子組成，定子繞組相當於變壓器的原邊，轉子繞組相當於變壓器的副邊。將勵磁電壓接到原邊時，轉子上感應的輸出電壓與轉子的角位移成固定的函數關係，因此可以用做角度檢測。

2．旋轉變壓器的安裝（1）安裝部位旋轉變壓器安裝主要有兩種方式：①

與電動機同軸；②

與最終傳動環節同軸。（2）軸連接方式①

直接連接。通過各種聯軸器連接。聯軸器形式有錐銷套筒型、夾緊環型、波紋管型及膜片型等。②

間接連接。通過齒輪或同步帶傳動。

4.4.6位置檢測裝置的維護與故障診斷位置檢測裝置的維護包括以下幾方面內容。1．光柵的維護

（1）防汙

（2）防震2．光電脈衝編碼器的維護（1）防震和防汙（2）防止連接鬆動

3．旋轉變壓器的維護①安裝接線時，一般定子電阻阻值稍大，有時補償繞組自行短接或接入一個阻值。②由於結構上與繞線轉子非同步電動機相似，因此，碳刷磨損到一定程度後要更換。③旋轉變壓器與伺服電動機同軸連接時，要保證同軸連接的精度，對傳動鏈中所有零件必須消除傳動間隙。

4.5伺服系統故障診斷與維修實例

【例1】

一數控設備出現進給軸飛車失控的故障。該機床伺服系統為西門子6SC610驅動裝置和1FT5交流伺服電動機並配有ROD320編碼器。在排除數控系統、驅動裝置及速度回饋等故障因素後，將故障定位於位置檢測控制。經檢查，編碼器輸出電纜及連接器均正常，拆開ROD320編碼器，發現一緊固螺釘脫落並置於+5V與接地端之間，造成電源短路，編碼器無信號輸出，數控系統處於位置環開環狀態，從而引起飛車失控的故障。

【例2】

有一臺德國SHIESSKOPP公司的FSK32.3凸輪磨床出現V軸失控，定位不准故障

該類故障是由於機床在加工中砂輪高速旋轉，使切削液成霧狀，進入Heidenhain光柵尺內，使光柵污染，形成盲點造成的。經過對光柵動尺和靜尺進行清洗，故障一般可排除。但此次清洗後故障不能排除，故懷疑是光柵尺或脈衝整形電路的問題。由光柵尺來的正弦信號經過EXE脈