第9章伺服系统故障诊断
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第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•磁性传感器主轴准停装置
•1.磁性传感器 •2.发磁体 •3.主轴 •4.支架 •5.主轴箱
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•4、主轴转速与进给不匹配:当进行螺纹切削或用每转进
•
给指令切削时，会出现停止进给、主轴仍然运
•
转的故障。主轴有一个每转一个脉冲的反馈信
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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“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。
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9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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： •1、在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故障 •3、无任何故障报警信息
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•主轴伺服系统常见故障有：
•1、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
•2、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
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、机械传动第9简章伺单服）系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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
•
号，一般为主轴编码器有问题。可查CRT报
•
警、I/O编码器状态或用每分钟进给指令代替
•5、转速偏离指令值：主轴实际转速超过所规定的范围时
•
要考虑，电机过载、CNC输出转速的模拟量没
•
有达到与转速指令对应值、测速装置有故障、
•
主轴驱动装置故障
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•6、主轴异常噪声及振动：电气驱动故障（如果是
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•例：某加工中心主轴在运转时抖动，主轴箱噪声增大，影 响加工质量。经检查主轴箱和直流主轴电动机正常，把检 查转到主轴电机的控制系统。测得的速度指令信号正常， 而速度反馈信号出现不应有的脉冲信号，问题出在速度检 测元件上，经检查，测速发电机碳刷完好，但换向器因碳 粉堵塞，而造成一绕组断路，使测得的反馈信号出现规律 性的脉冲，导致速度调节系统调节不平稳，使驱动系统输 出的电流忽大忽小，从而造成电动机轴的抖动。用酒精清 洗换向器，彻底消除碳粉，即可排除故障
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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，转矩自动减小，避免超调
第9章伺服系统故障诊断
2020/11/27
第9章伺服系统故障诊断
第四章 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
•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
•速度环（中环）：输信入号信号为位置环的输出和测速发电机经反馈网
•
络处理信号
•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
•
Βιβλιοθήκη Baidu
的电流信号
第9章伺服系统故障诊断
第四章 伺服系统故障诊断
• 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
•第一节 主轴驱动系统故障诊断
•
显示过电流报警等
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•3、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的过程，如果减速或增益等参数设 置不当；限位开关失灵；磁性传感器间隙变化或失灵都会 引起定位抖动
在
•
减速过程中发生或振动周期与转速无关）；
•
主轴机械故障（如果发生在恒转速自由停
车
•
时或振动周期与转速有关）
•7、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9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•磁性传感器主轴准停装置
•1.磁性传感器 •2.发磁体 •3.主轴 •4.支架 •5.主轴箱
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•4、主轴转速与进给不匹配:当进行螺纹切削或用每转进
•
给指令切削时，会出现停止进给、主轴仍然运
•
转的故障。主轴有一个每转一个脉冲的反馈信
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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“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。
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9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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： •1、在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故障 •3、无任何故障报警信息
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•主轴伺服系统常见故障有：
•1、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
•2、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
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、机械传动第9简章伺单服）系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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
•
号，一般为主轴编码器有问题。可查CRT报
•
警、I/O编码器状态或用每分钟进给指令代替
•5、转速偏离指令值：主轴实际转速超过所规定的范围时
•
要考虑，电机过载、CNC输出转速的模拟量没
•
有达到与转速指令对应值、测速装置有故障、
•
主轴驱动装置故障
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•6、主轴异常噪声及振动：电气驱动故障（如果是
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•例：某加工中心主轴在运转时抖动，主轴箱噪声增大，影 响加工质量。经检查主轴箱和直流主轴电动机正常，把检 查转到主轴电机的控制系统。测得的速度指令信号正常， 而速度反馈信号出现不应有的脉冲信号，问题出在速度检 测元件上，经检查，测速发电机碳刷完好，但换向器因碳 粉堵塞，而造成一绕组断路，使测得的反馈信号出现规律 性的脉冲，导致速度调节系统调节不平稳，使驱动系统输 出的电流忽大忽小，从而造成电动机轴的抖动。用酒精清 洗换向器，彻底消除碳粉，即可排除故障
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•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，转矩自动减小，避免超调
第9章伺服系统故障诊断
2020/11/27
第9章伺服系统故障诊断
第四章 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
•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
•速度环（中环）：输信入号信号为位置环的输出和测速发电机经反馈网
•
络处理信号
•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
•
Βιβλιοθήκη Baidu
的电流信号
第9章伺服系统故障诊断
第四章 伺服系统故障诊断
• 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
•第一节 主轴驱动系统故障诊断
•
显示过电流报警等
第9章伺服系统故障诊断
第一节 主轴驱动系统故障诊断
•3、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的过程，如果减速或增益等参数设 置不当；限位开关失灵；磁性传感器间隙变化或失灵都会 引起定位抖动
在
•
减速过程中发生或振动周期与转速无关）；
•
主轴机械故障（如果发生在恒转速自由停
车
•
时或振动周期与转速有关）
•7、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9章伺服系统故障诊断