数控机床伺服驱动系统故障维修
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主轴驱动系统分为直流驱动系统和交流驱动系统，目 前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴驱动系统，即交流主 轴电动机配备变频器或主轴伺服驱动器控制的方式。
二、主轴驱动系统
（1）直流主轴驱动装置 直流主轴电动机的结构与永磁式伺服电动机不同，要
求能输出大的功率，所以一般是他磁式。为缩小体积，改 善冷却效果，以免电动机过热，常采用轴向强迫风冷或采 用热管冷却技术。 （2）交流主轴驱动装置
二、主轴驱动系统
※ 2.3常用的主轴驱动系统介绍
1、 FANUC（法那科）公司主轴驱动系统
从80年代开始，该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。目前三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1.5～22பைடு நூலகம்W；P系列电动机，额定输出功率范围3.7～37KW。
随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能 满足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求： （1） 调速范围宽并实现无极调速
对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工 序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴 能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并 减少中间传动环节，简化主轴箱。
（2） 恒功率范围要宽
二、主轴驱动系统
※ 2.2数控机床对主轴驱动系统的要求
（3） 具有4象限驱动能力
要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并 且加、减速时间要短。
（4） 具有位置控制能力
要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并 且加、减速时间要短。
（5） 具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低 （6） 良好的抗振性和热稳定性。
2.5主轴伺服系统故障诊断
❖ （1）外界干扰
故障现象：主轴在运转过程中出现随机和无规律性的 振动或转动。 原因分析：主轴速度指令信号或反馈信号受到电磁波 、供电线路或信号传 输干扰而出现误动作。 检查方法：令主轴转速指令为零，观察主轴是否有往 复摆动，或通过调整零速平衡和漂移补偿看故障能否 消除。
如果说数控系统是数控机床的大脑，是发布“命令”的指挥机 构，那么伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行机构，它忠实 而准确地执行由数控系统发来的命令，控制数控机床的运动部件 的位置和速度，加工出所需工件的外形和尺寸。
指令
动作
CNC系统
伺服系统
机床
•脉冲频率 •脉冲数量
•速度 •位置
伺服系统的作用示意图
晶体管SPWM变频器控制的方式，具有能量再生制动功能。另外，采
用为处理器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。同过选件实现C轴进给控制，在不需要CNC的帮助下，实
现主轴的定位控制。
二、主轴驱动系统
※ 2.4主轴驱动系统的分类
驱动系统包括主轴驱动器和主轴电动机。数控机床主 轴的无级调速则是由主轴驱动器完成。
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； 检测元件和反馈电路组成检测系统。
一、伺服系统概述
❖ 1.3伺服系统的分类
数控机床伺服系统分类方法有多种。 a) 按控制方式的不同，可分为开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制
系统和混合控制系统4种。 b) 按其作用和控制功能的不同，伺服驱动系统可分为主轴伺服驱动系统和
主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主 运动的动力装置部分。
主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的 刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加 工出理想的零件。
它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的 加工精度有较大的影响。
二、主轴驱动系统
※ 2.2数控机床对主轴驱动系统的要求
进给伺服驱动系统。 c) 按电气控制原理和伺服电机类型的不同，还可分为直流伺服系统和交流
伺服系统。 d) 根据控制信号的不同形式，伺服系统可分为模拟控制和数字控制两种； e) 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。
二、主轴驱动系统
❖ 2.1 主轴驱动系统概述
① 交流异步伺服系统 ② 交流同步伺服系统
二、主轴驱动系统
2.5主轴伺服系统故障诊断
当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式： ① CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息； ② 在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障； ③ 主轴工作不正常，但无任何报警信息。
主轴伺服系统常见故障有： (1) 过载 (2) 转速偏离指令值 (3)主轴定位抖动 (4)主轴振动或噪声太大 (5)主轴转速与进给不匹配 (6)外界干扰
第五章 数控机床典型结构与维修
第4节 数控机床伺服驱动系统 故障维修
教师：李爽 时间：2014/11/13
目录
一、伺服系统概述 二、主轴驱动系统
❖ 主轴驱动系统、故障形式、故障诊断
三、进给伺服系统
❖ 进给驱动系统、伺服系统结构形式、故障诊断
四、位置检测装置
一、伺服系统概述
❖ 1.1伺服系统概念
数控机床的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。
该公司交流主轴驱动系统的特点为：①采用为处理器控制技术，进 行矢量计算，从而实现最佳控制。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性。③具有主轴定向控制、数字和模拟输 入接口等功能。
二、主轴驱动系统
※ 2.3常用的主轴驱动系统介绍
2、 SIEMENS（西门子）公司主轴驱动系统
❖
伺服控制系统的性能直接影响数控机床的精度、 稳定性、可靠性和生产效率，因此伺服系统的性能 决定了数控机床的性能。在实际应用中，数控机床 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。
一、伺服系统概述
❖ 1.2伺服系统组成
数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动 元件（如电机）、机械传动部件、执行元件和检测反 馈装置等组成。
SIEMENS公司生产的直流主轴电动机有1GG5、1GF5、1GL5和
1GH5四个系列，与这四个系列电动机配套的6RA24、6RA27系列驱
动装置采用晶闸管控制。
❖
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。驱动装置为6SC650系列交流主轴驱
动装置或6SC611A（SIMODRIVE 611A）主轴驱动模块，主回路采用
二、主轴驱动系统
（1）直流主轴驱动装置 直流主轴电动机的结构与永磁式伺服电动机不同，要
求能输出大的功率，所以一般是他磁式。为缩小体积，改 善冷却效果，以免电动机过热，常采用轴向强迫风冷或采 用热管冷却技术。 （2）交流主轴驱动装置
二、主轴驱动系统
※ 2.3常用的主轴驱动系统介绍
1、 FANUC（法那科）公司主轴驱动系统
从80年代开始，该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。目前三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1.5～22பைடு நூலகம்W；P系列电动机，额定输出功率范围3.7～37KW。
随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能 满足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求： （1） 调速范围宽并实现无极调速
对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工 序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴 能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并 减少中间传动环节，简化主轴箱。
（2） 恒功率范围要宽
二、主轴驱动系统
※ 2.2数控机床对主轴驱动系统的要求
（3） 具有4象限驱动能力
要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并 且加、减速时间要短。
（4） 具有位置控制能力
要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并 且加、减速时间要短。
（5） 具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低 （6） 良好的抗振性和热稳定性。
2.5主轴伺服系统故障诊断
❖ （1）外界干扰
故障现象：主轴在运转过程中出现随机和无规律性的 振动或转动。 原因分析：主轴速度指令信号或反馈信号受到电磁波 、供电线路或信号传 输干扰而出现误动作。 检查方法：令主轴转速指令为零，观察主轴是否有往 复摆动，或通过调整零速平衡和漂移补偿看故障能否 消除。
如果说数控系统是数控机床的大脑，是发布“命令”的指挥机 构，那么伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行机构，它忠实 而准确地执行由数控系统发来的命令，控制数控机床的运动部件 的位置和速度，加工出所需工件的外形和尺寸。
指令
动作
CNC系统
伺服系统
机床
•脉冲频率 •脉冲数量
•速度 •位置
伺服系统的作用示意图
晶体管SPWM变频器控制的方式，具有能量再生制动功能。另外，采
用为处理器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。同过选件实现C轴进给控制，在不需要CNC的帮助下，实
现主轴的定位控制。
二、主轴驱动系统
※ 2.4主轴驱动系统的分类
驱动系统包括主轴驱动器和主轴电动机。数控机床主 轴的无级调速则是由主轴驱动器完成。
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； 检测元件和反馈电路组成检测系统。
一、伺服系统概述
❖ 1.3伺服系统的分类
数控机床伺服系统分类方法有多种。 a) 按控制方式的不同，可分为开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制
系统和混合控制系统4种。 b) 按其作用和控制功能的不同，伺服驱动系统可分为主轴伺服驱动系统和
主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主 运动的动力装置部分。
主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的 刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加 工出理想的零件。
它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的 加工精度有较大的影响。
二、主轴驱动系统
※ 2.2数控机床对主轴驱动系统的要求
进给伺服驱动系统。 c) 按电气控制原理和伺服电机类型的不同，还可分为直流伺服系统和交流
伺服系统。 d) 根据控制信号的不同形式，伺服系统可分为模拟控制和数字控制两种； e) 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。
二、主轴驱动系统
❖ 2.1 主轴驱动系统概述
① 交流异步伺服系统 ② 交流同步伺服系统
二、主轴驱动系统
2.5主轴伺服系统故障诊断
当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式： ① CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息； ② 在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障； ③ 主轴工作不正常，但无任何报警信息。
主轴伺服系统常见故障有： (1) 过载 (2) 转速偏离指令值 (3)主轴定位抖动 (4)主轴振动或噪声太大 (5)主轴转速与进给不匹配 (6)外界干扰
第五章 数控机床典型结构与维修
第4节 数控机床伺服驱动系统 故障维修
教师：李爽 时间：2014/11/13
目录
一、伺服系统概述 二、主轴驱动系统
❖ 主轴驱动系统、故障形式、故障诊断
三、进给伺服系统
❖ 进给驱动系统、伺服系统结构形式、故障诊断
四、位置检测装置
一、伺服系统概述
❖ 1.1伺服系统概念
数控机床的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。
该公司交流主轴驱动系统的特点为：①采用为处理器控制技术，进 行矢量计算，从而实现最佳控制。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性。③具有主轴定向控制、数字和模拟输 入接口等功能。
二、主轴驱动系统
※ 2.3常用的主轴驱动系统介绍
2、 SIEMENS（西门子）公司主轴驱动系统
❖
伺服控制系统的性能直接影响数控机床的精度、 稳定性、可靠性和生产效率，因此伺服系统的性能 决定了数控机床的性能。在实际应用中，数控机床 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。
一、伺服系统概述
❖ 1.2伺服系统组成
数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动 元件（如电机）、机械传动部件、执行元件和检测反 馈装置等组成。
SIEMENS公司生产的直流主轴电动机有1GG5、1GF5、1GL5和
1GH5四个系列，与这四个系列电动机配套的6RA24、6RA27系列驱
动装置采用晶闸管控制。
❖
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。驱动装置为6SC650系列交流主轴驱
动装置或6SC611A（SIMODRIVE 611A）主轴驱动模块，主回路采用