第六章伺服系统

第六章 伺服系统故障诊断
第六章 伺服系统故障诊断
三、主轴直流驱动的故障诊断 2.主电路 数控机床直流主轴电动机由于功率较大， 切要求正、反转及停止迅速，驱动装置采 用三相桥式反并联逻辑无环流可逆变调速 系统，在制动时，除了缩短制动时间，还 能将主轴旋转的机械能转变成电能送回电 网。还利用逻辑电路，使一组晶闸管工作 时，另一组的触发脉冲被封锁，切断两组 之间流通的电流
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置的维护 4.旋转变压器 • 输出电压与转子的角位移有固定的函数关 系 • 维护注意点 定子和转子阻值不同不要接错、碳刷磨损 要及时更换
第六章 伺服系统故障诊断
• 电流环（内环）：输入信号为速度环的输 出信号和经电流互感器得到的电流信号 • 在三环系统中，位置环的输出是速度环的 输入；速度环的输出是电流环的输入；电 流环的输出直接控制功率变换单元，这三 个环的反馈信号都是负反馈
第六章 伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统 • 一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒 功率范围宽 • 伺服主轴要求：有进给控制和位置控制 • 主轴变速形式：电动机带齿轮换档（降速、 增大传动比、增大主轴转矩）；电动机通 过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机 械传动简单）
第六章 伺服系统故障诊断
二、主轴伺服系统的故障形式及诊断方法 主轴伺服系统发生故障时，有三种表现 形式： • 在CRT或操作面板上显示报警内容或报警 信息 • 在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示 故障 • 无任何故障报警信息
第六章 伺服系统故障诊断
主轴伺服系统常见故障有： • 外界干扰：屏蔽和接地措施不良时，主轴 转速或反馈信号受电磁干扰，使主轴驱动 出现随机和无规律的波动。判别方法，使 主轴转速指令为零再看主轴状态 • 过载：切削用量过大，频繁正、反转等均 可引起过载报警。具体表现为电动机过热、 主轴驱动装置显示过电流报警等
第六章 伺服系统故障诊断
四、主轴交流驱动的故障诊断 （一）6SC650系列主轴交流驱动系统 1.驱动装置的组成（原理图）
第六章 伺服系统故障诊断
• 1.驱动装置的组成（主轴驱动系统）
第六章 伺服系统故障诊断
2.故障诊断 • 故障代码 当交流主轴驱动变频器在运行中 发生故障，变频器面板上的数码管会以代 码的形式提示故障的类型。 • 辅助诊断 除故障代码外，在控制和I/O模 块还有测试插座，作为辅助诊断的手段通 过测试，可进一步判断变频器是否缺相以 及过电流等故障
第二节 进给伺服系统
• 漂移—当指令值为零时，坐标轴仍移动从 而造成位置误差。通过漂移补偿和驱动单 元上的零速调整来消除 • 回参考点故障—有找不到和找不准参考点 两种故障，前者主要是回参考点减速开关 产生的信号或零标志脉冲信号失效所致， 可用示波器检测信号；后者是参考点开关 挡快位置设置不当引起，只要重新调整即 可
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置的维护 1.光栅 • 透射光栅与反射光栅 • 光栅输出信号：二个相位和一个零标志 • 维护注意点 防污（冷却液轻微结晶、水雾、通入低压 压缩空气、无水酒精轻檫） 防振（不能敲击避免光学元件损坏）
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
第二节 进给伺服系统
常见故障： • 爬行—发生在起动加速段或低速进给时， 一般是由于进给传动链的润滑不良、伺服 系统增益过低及负载过大、联轴器松动等 引起 • 振动—与进给速度有关，速度环增益太高 或速度反馈有故障；与速度无关，位置环 增益太高或位置反馈有故障；在加速过程 中产生，减速时间设定过小
第六章 伺服系统故障诊断
三、主轴直流驱动的故障诊断 1.控制电路 控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭 环调速系统，内环是电流环，外环是速度 环。 调速特点是速度环的输出是电流环的输入， 可以根据速度指令电压和转速反馈电压的 差值及时控制电动机的转矩。在速度差值 大时，转矩大，速度变化快，转速尽快达 到给定值，当转速接近给定值时，转矩自
一、常用主轴驱动系统介绍 • SIEMENS公司主轴驱动系统 直流主轴电动机：有1GG5、1GF5、1GL5 和1GH5四个系列及配套的6RA24、6RA27 系列驱动装置（晶闸管） 交流主轴电动机：有1PH5和1PH6两个系 列（3~100kW）及配套的6SC650、 6SC611A系列的主轴驱动模块
第六章 伺服系统故障诊断
一、常用主轴驱动系统介绍 • FANUC公司主轴驱动系统 主要采用交流主轴驱动系统，有S、 H 、P 三个系列（1.5~37 1.5~22 3.7~37 kW） 主要特点： 1）采用微处理控制技术 2）主回路采用晶体管PWM逆变器 3）具有主轴定向控制、数字和模拟输入
第六章 伺服系统故障诊断
第六章 伺服系统故障诊断
主轴伺服系统常见故障有： • 主轴定位抖动 主轴准停用于刀具交换、精镗退刀及齿轮 换档等场合，有三种实现形式： 1）机械准停控制（V形槽和定位液压缸） 2）磁性传感器的电气准停控制 （图） 3）编码器型的准停控制（准停角度可任意） 上述准停均要经减速，减速或增益等参数 设置不当；限位开关失灵；磁性传感器间
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 • FANUC公司直流进给驱动系统 小惯量L、中惯量M系列直流伺服电动机 采用PWM速度控制单元 大惯量H系列直流伺服电动机，采用晶闸 管速度控制单元 均有过速、过流、过载等多种保护功能
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 • SIEMENS公司直流进给驱动系统 1HU系列多种规格的永磁式直流伺服电动 机，与电机配套的速度控制单元有6RA20 （晶体管PWM控制）和6RA26（晶闸管控 制）两个系列。也均有过速、过流、过载 等多种保护功能
第六章 伺服系统故障诊断
• 伺服：工作台（电机）的运动速度和距离 完全按CNC的指令行动，准确无误 摩擦力（切削力、润滑、温度和设备） • 控制办法：三环结构 • 位置环（外环）：输入信号为CNC的指令 和位置检测器反馈的位置信号 • 速度环（中环）：输入信号为位置环的输 出和测速发电机经反馈网络处理信号
第二节 进给伺服系统
常见故障： • 伺服电动机不转—数控系统速度信号是否 输出；使能信号是否接通；冷却润滑条件 是否满足；电磁制动是否释放；驱动单元 故障；伺服电动机故障 • 位置误差—系统设置的允差过小；伺服增 益设置不当；位置检测装置有污染；进给 传动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时 平衡装置不稳
第节 进给伺服系统
二、伺服系统结构形式 伺服系统不同的结构形式，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： • 方式1—转速反馈与位置反馈信号处理分离 • 方式2—编码器同时作为转速和位置检测， 处理均在数控系统中完成 • 方式3—编码器方式同上，处理方式不同 • 方式4—数字式伺服系统
第六章 伺服系统故障诊断
第六章 伺服系统故障诊断
例：某加工中心采用直流主轴电动机、逻辑无 环可逆调速系统。当用M03指令起动时有“咔、咔” 的冲击声，电动机换向片上有轻微的火花，起动 后无明显的异常现象；用M05指令使主轴停止时， 换向片上出现强烈的火花，同时伴有“叭、叭”的 放电声，随即交流回路的保险丝熔断。火花的强 烈程度和电动机的转速成正比。但若用急停方式 停止主轴，换向片上没有任何火花。 分析诊断：急停（电阻能耗制动）；正常停机 （回馈制动）。在任何时候不允许正、反两组同 时工作，有火花说明逆变电路有故障。
第六章 伺服系统故障诊断
主轴伺服系统常见故障有： • 主轴异常噪声及振动：电气驱动（在减速 过程中发生、振动周期与转速无关）；主 轴机械（恒转速自由停车、振动周期与转 速有关） • 主轴电动机不转：CNC是否有速度信号输 出；使能信号是否接通、CTR观察I/O状态、 分析PLC梯形图以确定主轴的启动条件 （润滑、冷却）；主轴驱动故障；主轴电 机故障
第六章 伺服系统故障诊断
• 变频器的操作和显示面板
第六章 伺服系统故障诊断
• I/O 模块上的测试插座
1 —接线端子 2 —I/O模块 3 —电流测试插孔 测电机相电流 测直流回路电流 测电机总电流
6SC650 系列变频器部分代码表
故障代码
F11 好；
故障名称
故障原因
转速控制开环 1 编码器电缆未接 无实际转速值 ; 4 电机缺相工作； 1 变频器有短路
…… ……
等 F12 故障
过电流
;
第二节 进给伺服系统
• 任务 完成CNC对各坐标轴的位置控制 • 组成 进给驱动、位置检测及机械传动装置 • 工作过程 程序指令经插补运算得位置指令 同时将检测到的实际位置信号反馈数控系 统构成半或闭环控制系统，是外环为位置 环内环为速度环的控制系统 • 位置检测 光栅、光电编码器、感应同步器、 旋转变压器和磁栅等 • 速度监测 测速发电机和光电编码器等
第三节 位置检测装置
• 位置环是外环，其指令脉冲来自NC经插补 运算（包含对伺服系统位置和速度的要求） • 位置环是伺服系统中重要的一环，检测元 件的精度直接影响机床的位置精度（闭环 常用光栅，半闭环常用编码器） • 故障形式是在CRT上显示报警号和信息 轮廓误差、静态误差监视报警和测量装置 监控报警
一、位置检测装置的维护 2.光电脉冲编码器 • 输出信号：二个相位和一个零标志 • 维护注意点 防振和防污（内部松动和信号丢失） 联结松动（影响位置精度、进给运动的不 稳定、伺服电机的换向而引起振动）
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置的维护 3.感应同步器 • 组成：定尺和滑尺上面具有矩形绕组 • 维护注意点 在安装时必须保持定尺和滑尺的相对平行、 不要损坏尺上耐切削液涂层和带绝缘层的 铝箔、滑尺接线要分清SIN和COS 绕组