第三章進給驅(qū)動系統(tǒng)的故障診斷與維修ppt課件

1、3.1 3.1 對伺服進給系統(tǒng)的要求對伺服進給系統(tǒng)的要求1. 調(diào)速范圍寬 2. 定位精度高 minmax/nrnn3. 有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性4. 快速響應(yīng)，無超調(diào) 為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。 5. 低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強 一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時間內(nèi)可以過載46倍而不損壞。6. 可靠性高 要求數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、

2、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾的能力。7. 對電機的要求 1從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。 2電機應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載46倍而不損壞。 3為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。 4電機應(yīng)能承受頻繁啟、制動和反轉(zhuǎn)。 數(shù)控機床所采用的伺服進給系統(tǒng)按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制以及混合控制4種。 無位置反饋裝置的伺服進給系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。使用步進電機包括

3、電液脈沖馬達作為伺服執(zhí)行元件，是其最明顯的特點。 在開環(huán)控制系統(tǒng)中，數(shù)控裝置輸出的脈沖，經(jīng)過步進驅(qū)動器的環(huán)形分配器或脈沖分配軟件的處理，在驅(qū)動電路中進行功率放大后控制步進電機，最終控制了步進電機的角位移。 步進電機再經(jīng)過減速裝置或直接連接帶動了絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠將角位移轉(zhuǎn)移。因而，控制步進電機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，就 可以間接控制移動部件的移動速度與位移量。如圖3-1為開環(huán)控制驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖3-1 開環(huán)控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖為半閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖3-2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖圖3-3 全閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，但是由于系統(tǒng)對

4、移動部件的實際位移量不進行檢測，因此無法通過反饋自動進行誤差檢測和校正。 步進電機的步距角誤差、齒輪與絲杠等部件的傳動誤差, 最終都將影響被加工零件的精度；特別是在負載轉(zhuǎn)矩超過電動機輸出轉(zhuǎn)矩時，將導(dǎo)致步進電機的“失步”，使加工無法進行。 因而，開環(huán)控制僅適用于加工精度要求不高，負載較輕且變化不大的簡易、經(jīng)濟型數(shù)控機床上。 采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，電氣控制與機械傳動間有明顯的分界，因此調(diào)試維修與故障診斷較方便且機械部分的間隙摩擦死區(qū)剛度等非線性環(huán)節(jié)都在閉環(huán)以外，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好。 伺服電機和光電編碼器通常做成一體，電動機和絲杠間可以直接聯(lián)接或通過減速裝置聯(lián)接；位置檢測單位和實際最小移動

5、單位間的匹配，可以通過數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)電子齒輪比進行設(shè)置。它具有傳動系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、性能價格比高等特點，從而在數(shù)控機床上得到廣泛應(yīng)用。如圖3-2為半閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。 采用閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床的特點是：機床移動部件上直接安裝有直線位移檢測裝置，檢測裝置檢測最終位移輸出量。實際位移值被反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，它可以直接與輸入的指令位移值進行比較，用誤差進行控制，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從理論上說，對于這樣的閉環(huán)系統(tǒng)，其運動精度僅取決于檢測裝置的檢測精度，它與機械傳動的誤差無關(guān)，顯然，其精度將高于半閉環(huán)系統(tǒng)。而且它可以對傳動系統(tǒng)的間隙、磨損自動補償，其精度保持

6、性要比半閉環(huán)系統(tǒng)好得多。圖3-3為全閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。 由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作特點，它對機械結(jié)構(gòu)以及傳動系統(tǒng)的要求比半閉環(huán)更高，傳動系統(tǒng)的剛度、間隙、導(dǎo)軌的爬行等各種非線性因素將直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，嚴重時甚至產(chǎn)生振蕩。 解決以上問題的最佳途徑是采用直線電動機作為驅(qū)動系統(tǒng)的執(zhí)行器件。采用直線電動機驅(qū)動，可以完全取消傳動系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的環(huán)節(jié)，大大簡化機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了所謂的“零傳動”。它從根本上消除了傳動環(huán)節(jié)對精度、剛度、快速性、穩(wěn)定性的影響，故可以獲得比傳統(tǒng)進給驅(qū)動系統(tǒng)更高的定位精度、快進速度和加速度。 從原理上說，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)應(yīng)包括從位置指令脈沖給定到實際

7、位置輸出的全部環(huán)節(jié)，即包括位置控制、速度控制、驅(qū)動電動機、檢測元器件等部分。但在很多系統(tǒng)中，為了制造方便，通常將伺服系統(tǒng)的位置控制部分與CNC裝置制成一體，所以，人們平時習慣上所說的機床伺服進給系統(tǒng)，一般是指伺服進給系統(tǒng)的速度控制單元、伺服電動機、檢測元器件部分，而不包括位置控制部分。3.3.1、步進電機的工作原理 步進電機是一種能將數(shù)字脈沖以軸步進一個步距角增量，因而，步進電機能很方便地將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移，具有較好的定位精度，無漂移和無積累定位誤差的優(yōu)點，能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列，可作同步電動機使用，廣泛地應(yīng)用于各種小型自動化設(shè)備及儀器。3.3.2 3.3.2 步進電機的分類：步進電機的

8、分類：按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為: 1.反應(yīng)式步進電機; 2.永磁式步進電機; 3.混合式步進電機； 可變磁阻式步進電機又稱為反應(yīng)式步進電機，工作原理是由改變電動機的定子和轉(zhuǎn)子的軟鋼齒之間的電磁引力來改變定子和轉(zhuǎn)子的相對位置，這種電動機結(jié)構(gòu)簡單、步距角小。 永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子鐵心上裝有多條永久磁鐵，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動與定位是由定、轉(zhuǎn)子之間的電磁引力與磁鐵磁力共同作用的。與反應(yīng)式步進電機相比，相同體積的永磁式步進電動機轉(zhuǎn)矩大，步距角也大。 混合式步進電機結(jié)合了反應(yīng)式步進電機和永磁式步進電機的優(yōu)點，采用永久磁鐵提高電動機的轉(zhuǎn)矩，采用細密的極齒來減小步距角，是目前數(shù)控機床上應(yīng)用最多的步進電動機。從控制繞組數(shù)量

9、上可分為: 1.二相步進電機。 2.三相步進電機。 3.四相步進電機。 4.五相步進電機。 5.六相步進電機。從運動的型式上可分為： 1.旋轉(zhuǎn)步進電機。 2.直線步進電機。 3.平面步進電機。（一）. 驅(qū)動電路： (a)(b)(c)VDCVDCVDC步進電機繞組的驅(qū)動電路，單極性電流一般采用下圖雙管串聯(lián)電路,雙極性電流一般采用下圖的H橋電路;對于三相混合式步進電機則采用三相逆變橋電路,3.3.3 3.3.3 步進電機的驅(qū)動電路、控制方式及接步進電機的驅(qū)動電路、控制方式及接線圖線圖 （二步進電動機繞組電流控制電路 VDC PWM A + = - = 電流檢測 *i （三）（三）. 步進電機的接線

10、圖步進電機的接線圖（一） 步距角和步距誤差： 轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的空間機械角度，即步距角為 =360/Z*N其中 Z-轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N-運行拍數(shù)。 步進電機每走一步，轉(zhuǎn)子實際的角位移與設(shè)計的步距角存在有步距誤差。連續(xù)走若干步時，上述誤差形成累積值。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈后，回至上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，因此步進電機步距的誤差不會長期積累。步進電機步距的積累誤差，是指一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)步距積累誤差的最大值，步距誤差和積累誤差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影響步距誤差和積累誤差的主要因素有: 齒與磁極的分度精度；鐵心迭壓及裝配精度；各相矩角特性之間差別的大??；氣隙的不均勻程度等。（四）（四） 步進電機的主要特性：步進電機的主要

11、特性：（二靜態(tài)矩角特性和最大靜轉(zhuǎn)矩特性：（二靜態(tài)矩角特性和最大靜轉(zhuǎn)矩特性： 所謂靜態(tài)是指電機不改變通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子不所謂靜態(tài)是指電機不改變通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子不動時的工作狀態(tài)?？蛰d時，步進電機某相通以直流電動時的工作狀態(tài)?？蛰d時，步進電機某相通以直流電流時，該相對應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子齒對齊，這時轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)矩流時，該相對應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子齒對齊，這時轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)矩輸出。如在電機軸上加一順時針方向的負載轉(zhuǎn)矩，步輸出。如在電機軸上加一順時針方向的負載轉(zhuǎn)矩，步進電機轉(zhuǎn)子則按順時針方向轉(zhuǎn)過一個小角度進電機轉(zhuǎn)子則按順時針方向轉(zhuǎn)過一個小角度，稱為，稱為失調(diào)角失調(diào)角, ,這時轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩這時轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩T T與負載轉(zhuǎn)矩相等。矩角特與負載

12、轉(zhuǎn)矩相等。矩角特性是描述步進電機穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角性是描述步進電機穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間之間關(guān)系的曲線，或稱為靜轉(zhuǎn)矩特性。關(guān)系的曲線，或稱為靜轉(zhuǎn)矩特性。 T0步進電機矩角特性 （三啟動慣頻特性 起 動 慣 頻 特 性 f（ H z） JL 0 在負載轉(zhuǎn)矩ML=0的條件下，步進電動機由靜止狀態(tài)突然啟動，不丟步地進入正常運行狀態(tài)所允許的最高啟動頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率，超過此值就不能正常啟動。啟動頻率與機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，包括步進電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，加上其它運動部件折算至步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量。下圖表示啟動頻率與負載轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系。隨著負載慣量的增加，起動頻率下降。若同

13、時存在負載轉(zhuǎn)矩ML；則起動頻率將進一步降低。在實際應(yīng)用中，由于ML的存在，可采用的啟動頻率要比慣頻特性還要低。（四步進電機矩頻特性：（四步進電機矩頻特性： 矩頻特性是用來描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定矩頻特性是用來描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉(zhuǎn)矩寫連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系曲運行時輸出轉(zhuǎn)矩寫連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系曲線。矩頻特性曲線上每一頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱線。矩頻特性曲線上每一頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩除了和步進電機結(jié)構(gòu)及為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩除了和步進電機結(jié)構(gòu)及材料有關(guān)外，還與步進電機繞組連接、驅(qū)動電材料有關(guān)外，還與步進電機繞組連接、驅(qū)動電路、驅(qū)動電壓有密切的關(guān)系。下圖是混合式步路、驅(qū)動電壓有密

14、切的關(guān)系。下圖是混合式步進電機連續(xù)運行時的典型的矩頻特性曲線。進電機連續(xù)運行時的典型的矩頻特性曲線。 連續(xù)運行距頻特性 ML f 0 （V2） （V1） V1V2 1.電機不運轉(zhuǎn) 1） 驅(qū)動器無供電電壓 2） 驅(qū)動器保險絲熔斷 3） 驅(qū)動器報警(過電壓、欠電壓、過電流、過熱) 4） 驅(qū)動器與電機連線斷線 5） 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當 6） 驅(qū)動器使能信號被封鎖 7） 接口信號線接觸不良 8） 驅(qū)動器電路故障 9） 電機卡死或者出現(xiàn)故障 10電動機生銹 11指令脈沖太窄、頻率過高、脈沖電平太低3.3.4 步進電機常見故障及分析： 2.電機起動后堵轉(zhuǎn) 1指令頻率太高 2負載轉(zhuǎn)矩太大 3加速時間太短 4負

15、載慣量太大 5電源電壓降低 3. 3.電機運轉(zhuǎn)不均勻，有抖動電機運轉(zhuǎn)不均勻，有抖動 1 1） 指令脈沖不均勻指令脈沖不均勻 2 2） 指令脈沖太窄指令脈沖太窄 3 3） 指令脈沖電平不正確指令脈沖電平不正確 4 4） 指令脈沖電平與驅(qū)動器不匹配指令脈沖電平與驅(qū)動器不匹配 5 5） 脈沖信號存在噪聲脈沖信號存在噪聲 6 6） 脈沖頻率與機械發(fā)生共振脈沖頻率與機械發(fā)生共振 4. 4. 電機運轉(zhuǎn)不規(guī)則，正反轉(zhuǎn)地搖擺電機運轉(zhuǎn)不規(guī)則，正反轉(zhuǎn)地搖擺 1） 指令脈沖頻率與電機發(fā)生共振指令脈沖頻率與電機發(fā)生共振 2） 外部干擾外部干擾 5. 5. 電機定位不準電機定位不準 1） 加減速時間太小 2） 存在干擾

16、噪聲 3系統(tǒng)屏蔽不良 6 . 電機過熱：電機過熱： 1） 工作環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高工作環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高 2） 參數(shù)選擇不當，如電流過大，超過參數(shù)選擇不當，如電流過大，超過相電流相電流 3） 電壓過高電壓過高 7. 工作過程中停車： 1） 驅(qū)動電源故障 2） 電動機線圈匝間短路或接地 3） 繞組燒壞 4） 脈沖發(fā)生電路故障 5） 雜物卡住 8. 噪聲大 1） 電機運行在低頻區(qū)或共振區(qū) 2） 純慣性負載、短程序、正反轉(zhuǎn)頻繁 3） 磁路混合式或永磁式轉(zhuǎn)子磁鋼退磁后以單步運行或在失步區(qū) 4） 永磁單向旋轉(zhuǎn)步進電機的定向機構(gòu)損壞 9. 失步或者多步 1） 負載過大，超過電動機的承載能力

17、2） 負載忽大忽小 3） 負載的轉(zhuǎn)動慣量過大，啟動時失步、停車時過沖 4） 傳動間隙大小不均 5） 傳動間隙產(chǎn)生的零件有彈性變形 6） 電動機工作在震蕩失步區(qū) 7） 電路總清零使用不當 8） 干擾 9） 定、轉(zhuǎn)子相檫 10. 無力或者是出力降低無力或者是出力降低 1） 驅(qū)動電源故障驅(qū)動電源故障 2） 電動機繞組內(nèi)部發(fā)生錯誤電動機繞組內(nèi)部發(fā)生錯誤 3） 電動機繞組碰到機殼，發(fā)生相間短路或者電動機繞組碰到機殼，發(fā)生相間短路或者 線頭脫落線頭脫落 4） 電動機軸斷電動機軸斷 5） 電動機定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙過大電動機定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙過大 6） 電源電壓過低電源電壓過低 11.不能啟動 1） 工作

18、方式不對 2） 驅(qū)動電路故障 3） 遙控時，線路壓降過大 4） 安裝不正確，或電動機本身軸承、止口等故障使電動機不轉(zhuǎn) 5） N 、S極接錯 6） 長期在潮濕場所存放，造成電動機部分生銹3.4 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)SIMODRIVE6IIU 6IIU驅(qū)動器模塊驅(qū)動器模塊6IIUE驅(qū)動器模塊驅(qū)動器模塊適用于適用于SIMODRIVE 611 模擬型的模擬型的1FT5 交流伺服電機交流伺服電機說明說明1FT5 交流伺服電機交流伺服電機 高動態(tài)性能減少了非生產(chǎn)性時間高動態(tài)性能減少了非生產(chǎn)性時間 大量的應(yīng)用證明了其耐用性大量的應(yīng)用證明了其耐用性 電源和信號的安裝連接可以用于嚴重污染的環(huán)境電源和信號的安裝連接可

19、以用于嚴重污染的環(huán)境 連線較少從而簡化了復(fù)雜的安裝連線較少從而簡化了復(fù)雜的安裝 應(yīng)用范圍廣應(yīng)用范圍廣 廣泛的選擇性諸如集成內(nèi)置式的編碼器齒輪單元制廣泛的選擇性諸如集成內(nèi)置式的編碼器齒輪單元制動機構(gòu)等動機構(gòu)等 1FT5 交流伺服電機在整個速度設(shè)定范圍內(nèi)都能交流伺服電機在整個速度設(shè)定范圍內(nèi)都能確保恒定的連續(xù)扭矩和恒定的過載容量。確保恒定的連續(xù)扭矩和恒定的過載容量。 在設(shè)計中，特別注重用戶操作的友好性，極高在設(shè)計中，特別注重用戶操作的友好性，極高的可靠性和非常低的維護費用。的可靠性和非常低的維護費用。 1FT5 交流伺服電機主要是針對運行時不需要外交流伺服電機主要是針對運行時不需要外部冷卻設(shè)備而設(shè)計

20、的，熱量會通過電機的外殼而傳部冷卻設(shè)備而設(shè)計的，熱量會通過電機的外殼而傳遞出去。定子繞組和定子鐵芯產(chǎn)生的熱量可以直接遞出去。定子繞組和定子鐵芯產(chǎn)生的熱量可以直接通過高質(zhì)量的熱傳導(dǎo)傳到電機外殼。在這里，無刷、通過高質(zhì)量的熱傳導(dǎo)傳到電機外殼。在這里，無刷、永磁同步電機顯示了它獨特的優(yōu)點。永磁同步電機顯示了它獨特的優(yōu)點。應(yīng)用應(yīng)用: 機床機床 復(fù)雜的加工中心和自動車床復(fù)雜的加工中心和自動車床 專用機床專用機床 傳送線傳送線 機器人和機械手機器人和機械手 木工機床木工機床 一般的自動化任務(wù)一般的自動化任務(wù)適用于適用于SIMODRIVE 611 的的1FT6 交流伺服電機交流伺服電機說明說明1FT6 交流

21、伺服電機交流伺服電機 較高的旋轉(zhuǎn)精度較高的旋轉(zhuǎn)精度(正弦電流注入正弦電流注入) 工件表面質(zhì)量工件表面質(zhì)量 高動態(tài)性能決定了較短的非生產(chǎn)性時間高動態(tài)性能決定了較短的非生產(chǎn)性時間 電源和信號連接可以用于嚴重污染的環(huán)境電源和信號連接可以用于嚴重污染的環(huán)境 使用單一編碼器系統(tǒng)從而簡化了電纜電路使用單一編碼器系統(tǒng)從而簡化了電纜電路 對側(cè)向力有較高抵抗力對側(cè)向力有較高抵抗力 1FT6 交流伺服電機是高緊湊型的永磁同步電機交流伺服電機是高緊湊型的永磁同步電機 可以使用可以使用SIMODRIVE 611 數(shù)字數(shù)字/通用變頻系統(tǒng)控通用變頻系統(tǒng)控制帶集成式內(nèi)置編碼器的制帶集成式內(nèi)置編碼器的1FT6 電機?？梢允褂?/p>

22、電機?？梢允褂肐MODRIVE 611 模仿模仿/通用變頻系統(tǒng)控制帶旋轉(zhuǎn)變壓器通用變頻系統(tǒng)控制帶旋轉(zhuǎn)變壓器的的1FT6 電機。電機。 SIMODRIVE 611 變頻器的全數(shù)字控制系統(tǒng)和變頻器的全數(shù)字控制系統(tǒng)和1FT6伺服電機的新型編碼器技術(shù)可以滿足動態(tài)性能速伺服電機的新型編碼器技術(shù)可以滿足動態(tài)性能速度設(shè)定范圍旋轉(zhuǎn)和位置精度方面的最高要求。度設(shè)定范圍旋轉(zhuǎn)和位置精度方面的最高要求。 這種電機主要是針對運行時不需要外部冷卻而這種電機主要是針對運行時不需要外部冷卻而設(shè)計的，熱量會通過電機的外殼而傳遞。定子繞組設(shè)計的，熱量會通過電機的外殼而傳遞。定子繞組和定子鐵芯產(chǎn)生的熱量可以直接通過高質(zhì)量的熱量和定

23、子鐵芯產(chǎn)生的熱量可以直接通過高質(zhì)量的熱量傳導(dǎo)傳到電機外殼。在這里，無刷、定場同步電機傳導(dǎo)傳到電機外殼。在這里，無刷、定場同步電機顯示了它獨特的優(yōu)點。顯示了它獨特的優(yōu)點。應(yīng)用應(yīng)用 高性能機床高性能機床 對動態(tài)性能和精度有較高要求的生產(chǎn)機械對動態(tài)性能和精度有較高要求的生產(chǎn)機械適用于適用于SIMODRIVE 611 的的1FK6 交流伺服電機交流伺服電機1FK6 交流伺服電機交流伺服電機 結(jié)構(gòu)緊湊安裝空間要求較小結(jié)構(gòu)緊湊安裝空間要求較小 插頭方向可以定向確定的安裝方式為機床的結(jié)構(gòu)插頭方向可以定向確定的安裝方式為機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了靈活性設(shè)計提供了靈活性 連線少安裝簡單連線少安裝簡單 聯(lián)軸結(jié)和法蘭盤與

24、聯(lián)軸結(jié)和法蘭盤與1FT6 電機兼容電機兼容 1FK6 交流伺服電機是永磁同步電機交流伺服電機是永磁同步電機 1FK6 電機裝備內(nèi)置式光學編碼器適用于電機裝備內(nèi)置式光學編碼器適用于SIMODRIVE 611 數(shù)字數(shù)字/通用變頻系統(tǒng)一起使用可以通用變頻系統(tǒng)一起使用可以使用使用SIMODRIVE 611 模仿模仿/通用型變頻系統(tǒng)控制帶通用型變頻系統(tǒng)控制帶旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)變壓器的1FK6 電機。電機。 這個電機主要是針對運行時不需要外部冷卻而這個電機主要是針對運行時不需要外部冷卻而設(shè)計的。熱量會通過電機的外殼而傳遞。定子繞組設(shè)計的。熱量會通過電機的外殼而傳遞。定子繞組和定子鐵芯產(chǎn)生的熱量直接傳到電機外

25、殼。在這里，和定子鐵芯產(chǎn)生的熱量直接傳到電機外殼。在這里，無刷、永磁同步電機顯示了它獨特的優(yōu)點無刷、永磁同步電機顯示了它獨特的優(yōu)點應(yīng)用應(yīng)用 機床機床 木工機床木工機床 各種龍門結(jié)構(gòu)的機械設(shè)備各種龍門結(jié)構(gòu)的機械設(shè)備 機器人和機械手機器人和機械手 標準生產(chǎn)機械和專用機床標準生產(chǎn)機械和專用機床 輔助軸輔助軸適用于適用于SIMODRIVE 611 的的FK7 交流伺服電機交流伺服電機說明說明1FK7 CT(緊湊型緊湊型)交流伺服電機交流伺服電機 很高的功率密度因此空間要求較少很高的功率密度因此空間要求較少(體積比體積比1FK6 小小25%) 與與1FK6 機械安裝尺寸相互兼容機械安裝尺寸相互兼容(軸法

26、蘭盤和連接器軸法蘭盤和連接器) 使用功率范圍擴大使用功率范圍擴大1FK7 HD(高動態(tài)高動態(tài))交流伺服電機交流伺服電機 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小因此動態(tài)響應(yīng)很強轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小因此動態(tài)響應(yīng)很強 1FK7 交流伺服電機是高緊湊恒定磁場同步電機。交流伺服電機是高緊湊恒定磁場同步電機。它是在它是在1FK6 電機所獲得經(jīng)驗基礎(chǔ)上開發(fā)的系列?？呻姍C所獲得經(jīng)驗基礎(chǔ)上開發(fā)的系列?？蛇x配齒輪單元和編碼器以及擴展的產(chǎn)品種類，這意味選配齒輪單元和編碼器以及擴展的產(chǎn)品種類，這意味著著1FK7電機可以很好地適合各種應(yīng)用。因而它也能電機可以很好地適合各種應(yīng)用。因而它也能滿足不斷增長的機械生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀的要求。滿足不斷增長的機械生產(chǎn)工

27、藝現(xiàn)狀的要求。 與與SIMODRIVE 611 變頻系統(tǒng)一起。變頻系統(tǒng)一起。1FK7 電機電機是一個具有良好特性。功能強大的系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)應(yīng)是一個具有良好特性。功能強大的系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用是進行速度控制還是位置控制來選擇內(nèi)置式的編碼用是進行速度控制還是位置控制來選擇內(nèi)置式的編碼器系統(tǒng)：器系統(tǒng)： 旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)置安裝在電機上時，旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)置安裝在電機上時，1FK7 可以和可以和SIMODRIVE 611 模仿模仿/通用型一起使用，通過內(nèi)置式通用型一起使用，通過內(nèi)置式的增量式和絕對式編碼器，它可以和的增量式和絕對式編碼器，它可以和SIMODRIVE 611數(shù)字數(shù)字/通用型一起使用。通用型一起使用。

28、 這個電機是以不需要外部冷卻而設(shè)計的，這個電機是以不需要外部冷卻而設(shè)計的，熱量可以通過電機外殼而傳遞。熱量可以通過電機外殼而傳遞。1FK7 電機具電機具有很高的過載能力。有很高的過載能力。應(yīng)用：應(yīng)用： 機床機床 機器人和機械手機器人和機械手 木工玻璃陶瓷和石料加工木工玻璃陶瓷和石料加工 包裝塑料和紡織機械包裝塑料和紡織機械 輔助軸輔助軸 驅(qū)動保護電路開關(guān)電源FPGA顯示、按鍵26LS32EPROMM26LS31光耦光耦光耦285 DSP(ADSP2181)X25163電平變換16C550AD7888IPMPMSM三相220V單相220V編碼器輸出信號輸出輸入脈沖接口RS232串行接口模擬接口編

29、碼器輸入接口6PG+光耦伺服驅(qū)動器一般硬件框圖伺服驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)圖伺服系統(tǒng)主回路的接線圖松下伺服驅(qū)動器I/F速度控制接線圖松下伺服驅(qū)動器I/F位置控制接線圖松下伺服驅(qū)動器I/F轉(zhuǎn)矩控制接線圖三洋伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖松下伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖西門子伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖802D系統(tǒng)各部件的連接注意：注意：1. 圖中的圖中的“個人計算機個人計算機”、“端子轉(zhuǎn)換器端子轉(zhuǎn)換器”、“扁扁平電纜不屬于西門子供貨產(chǎn)品；平電纜不屬于西門子供貨產(chǎn)品；2. 圖中的圖中的“24V 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源”、“RS232 隔離隔離器器”、“電子手輪電子手輪”、“機床控制面板等為選機床控制面板等為選件；件；3.

30、 關(guān)于驅(qū)動器的詳細連接，請參閱關(guān)于驅(qū)動器的詳細連接，請參閱2.3.節(jié)；節(jié)；4. 關(guān)于關(guān)于PCU，PP72/48，機床控制面板的詳細說明，機床控制面板的詳細說明，請參閱請參閱2.4.2.節(jié)；節(jié)；5. 供貨的供貨的611UE 均為雙軸模塊。其作為雙軸或單均為雙軸模塊。其作為雙軸或單軸使用，取決于軸使用，取決于611UE 插入的功率模塊：如果功插入的功率模塊：如果功率模塊是雙軸，則該率模塊是雙軸，則該611UE 按雙軸使用；如果功按雙軸使用；如果功率模塊是單軸，則該率模塊是單軸，則該611UE 按單軸使用。按單軸使用。802D驅(qū)動器的連接PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計 圖4-12 采用總線指令接口控制的進給

31、驅(qū)動裝置的連線實例 3.4.2 參數(shù)設(shè)置位置比例增益 設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益。設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會引起振蕩或超調(diào)。參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號和負載情況確定。 2. 速度比例增益 設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益。設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動系統(tǒng)型號和負載值情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較大的值。 3.速度積分時間常數(shù)設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。設(shè)置值越小，積分速度越快。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動系統(tǒng)型號和負載情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設(shè)

32、定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較小的值。 機床進給伺服系統(tǒng)的故障按機床提供的報警形式大致可分為三類： 1CRT或操作面板上顯示報警內(nèi)容，它是利用軟件 的診斷程序來實現(xiàn)。 2利用進給伺服驅(qū)動單元上的硬件如發(fā)光二極管 或數(shù)碼管指示，保險絲熔斷等顯示報警驅(qū)動 單元的故障。 3進給運動不正常，但沒有任何報警指示。 機床進給伺服系統(tǒng)的故障按機床提供的報警形式大致可分為三類： 1CRT或操作面板上顯示報警內(nèi)容，它是利用軟件 的診斷程序來實現(xiàn)。 2利用進給伺服驅(qū)動單元上的硬件如發(fā)光二極管 或數(shù)碼管指示，保險絲熔斷等顯示報警驅(qū)動 單元的故障。 3進給運動不正常，但沒有任何報警指示。 1. 進給伺

33、服系統(tǒng)出錯報警故障 這類故障的起因，大多是速度控制單元方面的故障引起的，或是主控制印制線路板與位置控制或伺服信號有關(guān)部分的故障?？筛鶕?jù)報警所顯示的內(nèi)容去排除。 2. 2. 檢測元件測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈檢測元件測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器等）沖編碼器等） 或檢測信號方面引起的故障或檢測信號方面引起的故障 例如：某數(shù)控機床顯示例如：某數(shù)控機床顯示“主軸編碼器斷主軸編碼器斷線線”。引起的原因有：電機動力線斷線。如。引起的原因有：電機動力線斷線。如果伺服電源剛接通，尚未接到任何指令時，就果伺服電源剛接通，尚未接到任何指令時，就發(fā)生這種報警，則由于斷線而造成故障可能性發(fā)生這種報警，則由于斷線

34、而造成故障可能性最大。伺服單元印制線路板上設(shè)定錯誤，如最大。伺服單元印制線路板上設(shè)定錯誤，如將檢測元件脈沖編碼器設(shè)定成了測速發(fā)電機等。將檢測元件脈沖編碼器設(shè)定成了測速發(fā)電機等。沒有速度反饋電壓或時有時斷，這可用顯示沒有速度反饋電壓或時有時斷，這可用顯示其來測量速度反饋信號來判斷，這類故障出檢其來測量速度反饋信號來判斷，這類故障出檢測元件本身存在故障外，多數(shù)是由于連接不良測元件本身存在故障外，多數(shù)是由于連接不良或接通不良引起的。由于光電隔離板或中間或接通不良引起的。由于光電隔離板或中間的某些電路板上劣質(zhì)元器件所引起的。當有時的某些電路板上劣質(zhì)元器件所引起的。當有時開機運行相當長一段時間后，呈現(xiàn)開

35、機運行相當長一段時間后，呈現(xiàn)“主軸編碼主軸編碼器斷線器斷線”，這是，重新開機，可能會自動消除，這是，重新開機，可能會自動消除故障。故障。 3. 過熱報警故障 這里所述的過熱是指伺服單元、變壓器及伺服電機等的過熱。引起過熱報警的原因有： 1機床切削條件苛刻及機床摩擦力矩過大，引起主回路中的過熱繼電器動作。 2切削時，伺服電機電流太大或變壓器本身故障，引起伺服變壓器熱控開關(guān)動作。 3伺服電機電耦內(nèi)部短路或絕緣不良、電機永久磁鋼去磁或脫落及電機制動器不良，引起電機的熱控開關(guān)動作。 4驅(qū)動器參數(shù)增益不當或驅(qū)動器與電機參數(shù)匹配不當。 例如：某直流伺服電機過熱報警，可能原因有：過負荷?？梢酝ㄟ^測量電機電流

36、是否超過額定值來判斷。電機線圈絕緣不良?？捎?00V絕緣電阻表檢查電樞線圈與機殼之間的絕緣電阻。如果在1M以上，表示絕緣正常，否則應(yīng)清理換向器表面的炭刷粉末等。電機線圈內(nèi)部短路?？尚断码姍C，測電機空載電流，如果此電流與轉(zhuǎn)速成正比變化，則可判斷為電機線圈內(nèi)部短路。應(yīng)清掃換向器表面，如表面上有油更易引起此故障。電機磁鐵退磁?？赏ㄟ^快速旋轉(zhuǎn)電機時，測定電機電樞電壓是否正常。如電壓低且發(fā)熱，則說明電機已退磁。應(yīng)重新充磁。制動器失靈。當電機帶有制動器時，如電機過熱則應(yīng)檢查制動器動作是否靈活。CNC裝置的有關(guān)印制線路板不良。 4. 電機過載 i機床負荷異常，引起電機電流超過額定值。這可以用檢查電動機電流來

37、判斷。此時需要變更切削條件，減輕機床負荷。 ii印制電路板設(shè)定錯誤。亦即應(yīng)確定電動機過載的設(shè)定是否正確。 iii印制線路板不良。 iv對于交流伺服來說，沒有脈沖編碼器反饋信號也會引起電機過載報警。 v起動扭矩超過最大扭矩或者負載有沖擊現(xiàn)象；電機振動或抖動。 vi電機或編碼器配線異常配線不良或連接不良）。 vii)編碼器有故障反饋脈沖與電動機轉(zhuǎn)角不成比例變化，而有跳躍） 5. 伺服單元過電流報警伺服單元過電流報警 i伺服驅(qū)動器的電路板與熱開關(guān)連接不伺服驅(qū)動器的電路板與熱開關(guān)連接不良。良。 iiU、V、W與地線連接錯誤，或它們與地線連接錯誤，或它們之間存在短路。之間存在短路。 iii伺服驅(qū)動器故障

38、電流反饋電路、伺服驅(qū)動器故障電流反饋電路、功率晶體管或者電路板故障功率晶體管或者電路板故障)。 iv因負載轉(zhuǎn)動慣量大并且高速旋轉(zhuǎn)，因負載轉(zhuǎn)動慣量大并且高速旋轉(zhuǎn)，動態(tài)制動器停止，制動電路故障。動態(tài)制動器停止，制動電路故障。 v伺服驅(qū)動器的安裝方法方向、與伺服驅(qū)動器的安裝方法方向、與其他部分的間隔不適合。其他部分的間隔不適合。 vi負載是否過大，是否超出再生處理負載是否過大，是否超出再生處理能力等。能力等。 vii伺服驅(qū)動器的風扇停止轉(zhuǎn)動伺服驅(qū)動器的風扇停止轉(zhuǎn)動 6. 伺服單元過電壓報警 i負載轉(zhuǎn)動慣量過大再生能力不足）。 ii內(nèi)部或外接的再生放電電路故障包括接線斷開或破損等）。 iii加減速時間

39、過小，在降速過程中引起過電壓。 iv檢查AC電源電壓是否有過大的變化）。 7. 伺服單元欠電壓報警 i電源容量太小或AC電源電壓過低 。 ii伺服驅(qū)動器的保險絲熔斷。 iii沖擊電流限制電阻斷線電源電壓是否異常，沖擊電流限制電阻是否過載）。 iv伺服ON信號提前有效。 v電機主電路用電纜短路。 vi發(fā)生瞬時停電。 vii整流器件損壞或伺服驅(qū)動器故障。 8. 8.速度單元的斷路器斷開報警速度單元的斷路器斷開報警 1 1干擾。有時速度單元受外界的干擾影響，干擾。有時速度單元受外界的干擾影響，斷路器自動斷開。斷路器自動斷開。 2 2機床負荷異常。這可以用示波器檢查機機床負荷異常。這可以用示波器檢查機

40、床在快速進給時的電動機電流是否超過額定值床在快速進給時的電動機電流是否超過額定值來判斷機床負荷是否異常。來判斷機床負荷是否異常。 3 3速度控制單元內(nèi)整流用二級管模塊不好。速度控制單元內(nèi)整流用二級管模塊不好。 4 4印制電路板不好或印制板與速度控制單印制電路板不好或印制板與速度控制單元之間的連接不好。元之間的連接不好。 9.停機誤差過大或運行時誤差過大報警 i位置偏差設(shè)置錯誤。因此要認真檢查參數(shù)的設(shè)定值。 ii超調(diào)。在數(shù)控系統(tǒng)中加/減速時間里，如果電動機沒有流過加減速時必要的電流，從而使位置控制回路的誤差增加。當用示波器觀察速度控制單元的指令波形，應(yīng)使超調(diào)量在5以下。為了消除本報警，可加大數(shù)控

41、系統(tǒng)的加減速時間和加大速度控制單元的增益。 iii輸入電源電壓太低。 iv連接不良。如測速機信號線、電機動力線等的連接不良均會引起誤差過大。 v數(shù)控系統(tǒng)的位置控制部分和速度控制部分的故障。 vi如果是直流伺服電動機，則電機的碳刷接觸不良也會引起誤差過大。 10. 10. 漂移補償量過大報警漂移補償量過大報警 i i連接不良。這里指的連接有兩個方面。連接不良。這里指的連接有兩個方面。一是電動機動力線連接不良，二是電動機和檢一是電動機動力線連接不良，二是電動機和檢測元件之間的連接不良。測元件之間的連接不良。 ii iiCNCCNC系統(tǒng)中有關(guān)漂移量補償?shù)膮?shù)設(shè)系統(tǒng)中有關(guān)漂移量補償?shù)膮?shù)設(shè)定錯誤引起的

42、。定錯誤引起的。 iii iii速度控制單元速度控制單元CNCCNC裝置的主板的位置裝置的主板的位置控制部分有故障?？刂撇糠钟泄收?。 1. 1.位置跟蹤誤差超差報警位置跟蹤誤差超差報警 1 1電機過載電機過載 2 2伺服變壓器過熱伺服變壓器過熱 3 3伺服變壓器保護熔斷器熔斷伺服變壓器保護熔斷器熔斷 4 4輸入電源電壓太低輸入電源電壓太低 5 5伺服驅(qū)動器與伺服驅(qū)動器與CNCCNC之間的信號電纜連之間的信號電纜連接不良接不良 6 6干擾干擾 7 7參數(shù)設(shè)置不當位置偏差值設(shè)定錯誤）參數(shù)設(shè)置不當位置偏差值設(shè)定錯誤） 8 8伺服電機不良伺服電機不良 9電機的動力線和反饋線連接故障 10速度控制單元故

43、障以及系統(tǒng)主板的 位置控制部分故障 11伺服參數(shù)設(shè)置不當或錯誤 12) 編碼器不良 13連接不良引起 14機械傳動系統(tǒng)引起 2. 工作過程中，振動或爬行 1電動機負載過重 。 2機械傳動系統(tǒng)不良。 3位置環(huán)增益過高。 4伺服電動機不良。 5外部干擾、接地、屏蔽不良等等。 例1：一臺配套某系統(tǒng)的加工中心，進給加工過程中，發(fā)現(xiàn)X軸有振動現(xiàn)象。 分析與處理過程：加工過程中坐標軸出現(xiàn)振動、爬行現(xiàn)象與多種原因有關(guān)，故障可能是機械傳動系統(tǒng)的原因，亦可能是伺服進給系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定不當?shù)鹊取?維修時通過互換法，確認故障原因出在直流伺服電動機上。卸下X軸電動機，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)6個電刷中有2個的彈簧已經(jīng)燒斷，造成了電

44、樞電流不平衡，使電動機輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)電動機的軸承亦有損壞，故而引起Y軸的振動與過電流。 更換電動機軸承與電刷后，機床恢復(fù)正常。 例2：配套某系統(tǒng)的加工中心，在長期使用后，手動操作Z軸時有振動和異常響聲，并出現(xiàn)“移動過程中Z軸誤差過大報警。 利用手動轉(zhuǎn)動機床Z軸，發(fā)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)動困難，絲杠的軸承發(fā)熱。經(jīng)仔細檢查，發(fā)現(xiàn)Z軸導(dǎo)軌無潤滑，造成Z軸摩擦阻力過大；重新修理Z軸潤滑系統(tǒng)后，機床恢復(fù)正常。 3. 運動失控飛車） 1位置檢測、速度檢測信號是否為正反饋。 2電動機或位置編碼器故障。 3主板、速度控制單元故障。 4. 4.機床定位精度或加工精度差機床定位精度或加工精度差 機床定位精度或加工精

45、度差可分為定位超機床定位精度或加工精度差可分為定位超調(diào)、單脈沖進給精度差、定位點精度不好、圓調(diào)、單脈沖進給精度差、定位點精度不好、圓弧插補加工的圓度差等情況?；〔逖a加工的圓度差等情況。 1 1加加/ /減速時間設(shè)定過小減速時間設(shè)定過小 。 2 2電動機與機床的連接部分剛性差或連接電動機與機床的連接部分剛性差或連接不牢固。不牢固。 3 3機械傳動系統(tǒng)存在爬行或松動。機械傳動系統(tǒng)存在爬行或松動。 4 4伺服系統(tǒng)的增益不足。伺服系統(tǒng)的增益不足。 5 5位置檢測器件編碼器、光柵不良。位置檢測器件編碼器、光柵不良。 6 6速度控制單元控制板不良。速度控制單元控制板不良。 7 7機床反向間隙大、定位精度差

46、。機床反向間隙大、定位精度差。 8位置環(huán)增益設(shè)定不當。 9各插補軸的檢測增益設(shè)定不良。 10感應(yīng)同步器或旋轉(zhuǎn)變壓器的接口板調(diào)整不良。 11絲杠間隙或傳動系統(tǒng)間隙過大。 5. 5. 超速超速 1 1測速反饋連接錯誤，如：被接成正反饋測速反饋連接錯誤，如：被接成正反饋或斷線?；驍嗑€。 2 2在全閉環(huán)系統(tǒng)中，聯(lián)軸器、電動機與工在全閉環(huán)系統(tǒng)中，聯(lián)軸器、電動機與工作臺的連接不良，造成速度檢測信號不正確或作臺的連接不良，造成速度檢測信號不正確或無速度檢測信號。無速度檢測信號。 3 3位置控制板發(fā)生故障，是來自位置控制板發(fā)生故障，是來自F/VF/V轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速的速度反饋信號為輸入到速度控制單元。的速度反饋信號為輸入到速度控制單元。 4 4速度控制單元設(shè)定不當。速度控制單元設(shè)定不當。 5 5系統(tǒng)參數(shù)最高運行速度設(shè)置過低。系統(tǒng)參數(shù)最高運行速度設(shè)置過低。 6. 6.竄動竄動 1 1測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測測速