数控机床伺服驱动系统故障维修.

二、主轴驱动系统

2.1 主轴驱动系统概述
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
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 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。
（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。
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1.5～22KW；P系列电动机，额定输出功率范围3.7～37KW。 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。
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
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。 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。
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

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 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。
※ 2.2数控机床对主轴驱动系统的要求
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。
指令
动作
Байду номын сангаас
CNC系统
•脉冲频率 •脉冲数量
伺服系统
•速度 •位置
机床
伺服系统的作用示意图
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。
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

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。 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 ① 交流异步伺服系统 ② 交流同步伺服系统