数控机床故障诊断与维修第四章5.ppt

1、模块三 典型数控系统硬件结构及硬件故障诊断与维修,课题四 伺服单元的结构及工作原理,主讲 张红旗,黄冈科技职业学院机电汽车工程系,1. FANUC交流伺服系统原理,2. FANUC伺服系统的硬件介绍,本节课学习内容,FANUC 系统配置,显示装置和MDI键盘,机床操作面板,CNC装置,系列伺服单元,C系列伺服电动机,主轴电动机,变频器,计算机,进给伺服系统知识回顾,早期 步进电动机 中期 小惯量大惯量直流电动机 现在 交流永磁同步电动机 驱动装置 步进电机驱动器 伺服驱动器 三环结构 位置环.速度环.电流环,三环结构 通过长期的生产实践发现，伺服系统中采用三环结构是目前实现高精度控制的最好方法

2、，即位置环.速度环.电流环。又分别被称为外环.中环.内环。这三环是相互制约关系，使控制达到了极其完善 。,最近发展技术是利用CNC内部硬件或软件形式完成三环的工作，提高了控制精度且降低了维修难度，如位置环上的故障我们着重去检查位置检测器了。,进给伺服系统知识回顾,1.FANUC交流伺服系统原理,FANUC从上世纪80年代开始使用交流伺服电机 模拟式交流伺服电机 S系列电机 Alpha电机: 体积更小.永磁体磁性更强.配合使 用高速高精度串行位置编码器.) 还有各类经济型的AC系列和高压型HV系列电机,1.FANUC交流伺服系统原理,数控机床中交流伺服电机多用永磁式同步电动机。 优点： 与电磁式

3、相比，永磁式优点是结构简单、 运行可靠、效率较高 缺点： 启动特性欠佳(采用恒转矩调节等方法解决) 工作原理: 定子上通入三相交流电后产生旋转磁场 (其转速称为同步转速) ，转子(如永磁体) 与旋转磁极相互收引并以同一速度旋转。,1. 交流伺服电机的结构,1.FANUC交流伺服系统原理,目前FANUC所用的都是Alpha.Beta系列伺服放大器，伺服的控制己经完全数字化.软件化了。即将位置环.速度环.电流环构成的三环结构的控制模块功能交给CNC内部去用硬件或软件方式去完成。减化了维修故障环节。 留在外部的部分为: 三环结构的检测元件和伺服放大器(功率转换模块，为伺服电机提供足够电能) 。 但伺

4、服系统基本结构和原理源自模拟的交流伺服控制，我们有必要对原来模拟式伺服系统作一定了解。,位置环的控制单元 (模拟式),位置指令,指令脉冲,输出指令,去速度环输入端,接位置检测元件,状态,准备,准备好,接速度环状态端,速度环一旦无准备好信号系统将报警,位置环最关键处,来自CNC,此电路不在CNC当中,在伺服驱动器中,(2) 模拟交流速度控制单元 (速度环和电流环双环控制系统),提示:电流环包含在速度环节当中,或者讲常制造于一体,接位置环指令输出端,接位置环状态输入端,电动机,电动机,脉冲宽度调制,三相,三相电源,主接触器,三相整流 滤波,大功率晶体管及逆变电路,速度检测元件,控制大功率晶体管,电

5、流检测,母线,速度环部分,电流环部分,此电路不在CNC当中,在伺服驱动器中,电动机,上半部为速度环单元,下半部为动力变频部分,3. 数字式交流伺服系统 以上介绍的伺服系统为模拟式,位置环.速度环.电流环控制单元以单立电路形式出现. 数字式伺服系统是当前发展方向,将三个环控制模块转移到CNC内部用硬件(称为轴卡)或软件方式实现. 这样一来外部仅为三个环的检测元件和一个简单的功率放大器了.,这一部分交由CNC内部完成,简化了外在电路.调整方便.维修简单,轴卡 也称为伺服卡,接轴卡输出端,三相电源,此电路不在CNC当中,二. FANUC伺服系统硬件介绍,PSM电源模块(供应SPM.SVM),SPM主轴模块,SVM伺服模块,轴卡,CNC,显示器/键盘单元,三相电源,急停信号,PSM,SVM,电源输入端,地,伺服OK信号,接CNC轴卡,电动机,FANUC交流伺服系统及硬件介绍,变频器介绍 PWM逆变器是当前变频器的主要形式，变频器在指令信号控制下(如来自