数控机床故障诊断与维修ppt课件

和方向的进给脉冲转换成控制步进电动机各相定子绕组通断电的电平信
号，电平信号的变化次数、变化频率和通断电顺序应与进给指令脉冲的
数量、频率和方向对应。
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为了能够实现该功能，一个较完整的步进电动机驱动控制线路应包
括脉冲混合电路、加减脉冲分配电路、加减速电路、环形分配器和功率
放大器（参见图2-2），并应能接收和处理各种类型的进给指令控制信号
连接如图2-12所示。
• （7）编码器位置反馈连接器CN6
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CN6用于连接速度控制单元与CNC间的位置编码器，信号的详细连
接如图2-13所示。
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图2-10 交流模拟速度控制单元的总连接图
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图2-11 CN1与M6的连接图
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图2-12 CN5与电动机编码器的连接图
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图2-13 CN6与位置编码器的连接图
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1．交流模拟伺服驱动系统的工作原理
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交流模拟伺服驱动系统的工作原理如图2-8所示。
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2．交流模拟速度控制单元的结构与连接
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交流模拟速度控制单元采用了可独立安装的结构形式，元器件均为
正面布置，所有的连接、接线端子均布置于正面，便于安装与调试。
• 速度控制单元可以分为“单轴”型、“双轴一体”型与“三轴一体”型
要熟悉进给伺服系统的典型故障类型及其现象，掌握不同故障现象的诊
断分析思路，合理运用所学的故障诊断方法来处理进给伺服故障。
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任务：请根据数控机床进给伺服系统的故障现象分析故障原因，确
定诊断方案并排除故障。
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• 【项目实施及相关知识】
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数控机床的进给伺服系统主要可分为步进驱动系统、直流伺服驱动
系统和交流伺服驱动系统三种。
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CN1通常与CNC主板的M6、M8、M10连接器相连。以X轴为例，
CN1与M6的连接关系如图2-11所示。
• （3）控制电压连接器CN2
• （4）控制信号连接器CN3
• （5）逆变管控制信号连接器CN4
• （6）电动机编码器连接器CN5
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CN5用于连接速度控制单元与伺服电动机间的编码器，信号的详细
三种基本结构。其中，“单轴”型为常用结构，其元器件的布置与外观
如图2-9所示。
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图2-8 交流模拟伺服驱动系统原理图
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图2-9 交流模拟速度控制单元（单轴型）的元器件布置与外观
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交流模拟速度控制单元的总体连接如图2-10所示，各连接端的作用
如下。
• （1）主回路连接端T1
• （2）控制信号连接器CN1
，如自动进给信号、手动信号和补偿信号等。
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图2-2 驱动控制线路框图
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• （三）步进驱动系统的工作原理
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下面从步进驱动系统控制机床工作台位移量、进给速度和进给方向三
个方面介绍其工作原理。
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1．工作台位移量的控制
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2．工作台进给速度的控制
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3．工作台进给方向的控制
• （四）步进电动机的主要特性
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步进电动机的主要特性包括步距角和步距误差、静态矩角特性和最大
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• 【项目导入】
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数控机床进给伺服系统作为数控系统和机床的联系环节，是数控机
床的重要组成部分，数控机床的精度和速度等技术指标在很大程度上都
取决于伺服系统的性能优劣。数控机床进给伺服系统由进给驱动装置、
位置检测装置及机床进给传动链组成，其作用是实现各坐标轴的位置控
制。
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在数控机床的使用过程中，进给伺服系统比较容易发生故障，因此
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步进驱动系统主要由步进电动机及其驱动控制线路两部分组成，如
图2-1所示。
图2-1 步进驱动系统原理框图
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• （一）步进电动机的分类
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按转矩产生的原理不同，步进电动机可分为反应式步进电动机、永
磁式步进电动机和混合式步电动机。
• （二）步进电动机的驱动控制线路
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步进电动机驱动控制线路的功能是，将具有一定数量N、一定频率f
隙的存在，会引起步进电动机空走，而工作台无实际移动。
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3．螺距误差补偿
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在步进式开环伺服驱动系统中，丝杠的螺距累计误差直接影响着工
作台的位移精度，若想提高开环伺服驱动系统的精度，就必须予以补偿
，补偿原理如图2-7所示。
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图2-6 细分前后一步角位移的波形图
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图2-7 螺距误差补偿原理
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• （六）步进电动机的常见故障及分析
1．细分线路
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细分线路是指把步进电动机的一步再分得细一些。若无细分，定子
绕组的电流是由零直接跃升到额定值的，相应的角位移如图2-6a所示。
采用细分后，定子绕组的电流要经过若干小步的变化才能达到额定值，
相应的角位移如图2-6b所示。
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2．齿隙补偿
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齿隙补偿又称为反向间隙补偿。机械传动链在改变转向时，由于齿
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3．交流模拟速度控制单元的主回路分析
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如图2-14所示为常用的AC10～30型交流模拟速度控制单元的主回路
原理图（单轴型）。
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图中3组大功率晶体管TM1、TM2、TM3组成了驱动伺服电动机的三
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• 二 FANUC交流伺服驱动系统及故障处理
• （一）FANUC交流伺服驱动系统简介
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FANUC伺服驱动系统可以分为直流驱动与交流驱动两大类。
• （二）FANUC交流模拟伺服驱动系统
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FANUC交流模拟伺服驱动系统中最常见的是A06B-6050系列伺服驱
动器与A06B-05**系列交流伺服电动机配套组成的产品。
• 1．电动机不运转 • 2．电动机启动后堵转 • 3．电动机运转不均匀、有抖动 • 4．电动机运转不规则，正反转摇摆 • 5．电动机定位不准 • 6．电动机过热 • 7．工作过程中停车 • 8．运行中噪声大 • 9．步进电动机失步或多步 • 10．步进电动机无力或者是出力降低 • 11．步进电动机不能启动
静转矩特性、启动惯频特性、矩频特性等。
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1．步距角和步距误差
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2．静态矩角特性和最大静转矩特性
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3．启动惯频特性
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4．矩频特性
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• （五）提高步进驱动系统精度的措施
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步进驱动系统是一个开环系统，在此系统中，步进电动机的质量、
机械传动部分的结构和质量以及控制电路的完善与否，均会影响系统的
工作精度。
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数控机床故障诊断与维修
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项目二 进给伺服系统的 故障诊断与维修
• 【技能目标】
• 能够根据进给伺服系统的故障现象分析故障原因并排除故障。
• 【知识目标】
• 了解步进驱动系统的工作原理及常见故障现象。 • 掌握FANUC进给伺服系统的典型故障现象分析及诊断方法。 • 掌握SIEMENS进给伺服系统的典型故障现象分析及诊断方法。 • 掌握数控机床位置检测装置的常见故障处理及维护方法。