數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)各種故障的診斷論文

1、實(shí)訓(xùn)報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)各種故障的診斷與維修論文 系 別: 機(jī)電工程系 專 業(yè): 數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù) 學(xué)生姓名: 賈怡波 班級學(xué)號: 09521_46 指導(dǎo)教師: 馬亞娟 2011年10月 20 日數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)各種故障的診斷與維修論文進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，直接影響了加工工件的精度。對它做好良好的維護(hù)與維修，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵。本章主要內(nèi)容：對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作一半的介紹；介紹步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理和主要特性作簡單介紹后，列出了步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要故障及排除，并列出相應(yīng)維修實(shí)例。簡介了進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，列出了進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要報(bào)警及處理、主要故障

2、及排除，并列出了維修實(shí)例。一、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，決定了數(shù)控機(jī)床的檔次，因此，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展的歷程中，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制和發(fā)展總是放在首要的位置。數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)出的控制指令，是通過進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)機(jī)械執(zhí)行部件，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床精確的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種位置隨動(dòng)與定位系統(tǒng)，它的作用是快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)命令，精確地控制機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。它的性能決定了數(shù)控機(jī)床的許多性能，如最高移動(dòng)速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求1. 調(diào)速范圍要寬調(diào)速范圍rn是指進(jìn)給電動(dòng)機(jī)提供的最低轉(zhuǎn)速nmin和最高

3、轉(zhuǎn)速nmax之比，即：rn=nmin/nmax。在各種數(shù)控機(jī)床中，由于加工用刀具、被加工材料、主軸轉(zhuǎn)速以及零件加工工藝要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o級調(diào)速范圍（通常大于110000）。尤其在低速（如0.1r/min）時(shí)，要仍能平滑運(yùn)動(dòng)而無爬行現(xiàn)象。脈沖當(dāng)量為1m/P情況下，最先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度從0240m/min連續(xù)可調(diào)。但對于一般的數(shù)控機(jī)床，要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在024m/min進(jìn)給速度下工作就足夠了。2. 定位精度要高使用數(shù)控機(jī)床主要是為了：保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，減少廢品率；解決復(fù)雜曲面零件的加工問題；解決復(fù)雜零件的加工精

4、度問題，縮短制造周期等。數(shù)控機(jī)床是按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行加工的，避免了操作者的人為誤差，但是，它不可能應(yīng)付事先沒有預(yù)料到的情況。就是說，數(shù)控機(jī)床不能像普通機(jī)床那樣，可隨時(shí)用手動(dòng)操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對加工精度的影響。因此，要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性和較高的剛度，從而達(dá)到較高的定位精度，以保證機(jī)床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差（目前進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分辨率可達(dá)1m或0.1m，甚至0.01m）；同時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還要具有較好的動(dòng)態(tài)性能，以保證機(jī)床具有較高的輪廓跟隨精度。3. 快速響應(yīng)，無超調(diào)為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(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

5、的響應(yīng)要快。一方面，在啟、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，以縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間，減小輪廓過渡誤差。一般電動(dòng)機(jī)的速度從零變到最高轉(zhuǎn)速，或從最高轉(zhuǎn)速降至零的時(shí)間在200ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒。這就要求進(jìn)給系統(tǒng)要快速響應(yīng)，但又不能超調(diào)，否則將形成過切，影響加工質(zhì)量；另一方面，當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，要求速度的恢復(fù)時(shí)間也要短，且不能有振蕩，這樣才能得到光滑的加工表面。要求進(jìn)給電動(dòng)機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和起動(dòng)電壓。電動(dòng)機(jī)具有4000r/s2以上的加速度。4. 低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)數(shù)控機(jī)床要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有非常寬的調(diào)速范圍，例如在加工曲線和曲面時(shí)，拐角位置某軸的

6、速度會逐漸降至零。這就要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速時(shí)保持恒力矩輸出，無爬行現(xiàn)象，并且具有長時(shí)間內(nèi)較強(qiáng)的過載能力，和頻繁的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)能力。一般，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過載46倍而不損壞。5.可靠性高數(shù)控機(jī)床，特別是自動(dòng)生產(chǎn)線上的設(shè)備要求具有長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定工作的能力，同時(shí)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)、維修也較復(fù)雜，因此，要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力，具有很強(qiáng)的抗干擾的能力。二、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本形式進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為開環(huán)和閉環(huán)控制兩種控制方式，根據(jù)控制方式，我們把進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)

7、系統(tǒng)。開環(huán)控制與閉環(huán)控制的主要區(qū)別為是否采用了位置和速度檢測反饋元件組成了反饋系統(tǒng)。閉環(huán)控制一般采用伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，根據(jù)位置檢測元件所處在數(shù)控機(jī)床不同的位置，它可以分為半閉環(huán)、全閉環(huán)和混合閉環(huán)三種。1. 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 無位置反饋裝置的控制方式就稱為開環(huán)控制，采用開環(huán)控制作為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，則稱開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。一般使用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（包括電液脈沖馬達(dá)）作為伺服執(zhí)行元件。所以也叫步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。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(jìn)驅(qū)動(dòng)器的環(huán)形分配器或脈沖分配軟件的處理，在驅(qū)動(dòng)電路中進(jìn)行功率放大后控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，最終控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)再經(jīng)過減速裝置（一般為同步帶，或直接連接

8、）帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠將角位移轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。因此，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，就可以間接控制移動(dòng)部件的移動(dòng)，俗稱位移量。圖4-1為開環(huán)控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，但是由于系統(tǒng)對移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行檢測，因此無法通過反饋?zhàn)詣?dòng)進(jìn)行誤差檢測和校正。另外，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角誤差、齒輪與絲杠等部件的傳動(dòng)誤差，最終都將影響被加工零件的精度。特別是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，將導(dǎo)致的“丟步”，使加工出錯(cuò)。因此，開環(huán)控制僅適用于加工精度要求不高，負(fù)載較輕且變化不大的簡易、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。2. 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 所示為半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給控制框

9、圖。半閉環(huán)位置檢測方式一般將位置檢測元件安裝在電動(dòng)機(jī)的軸上（通常已由電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家安裝好），用以精確控制電動(dòng)機(jī)的角度，然后通過滾珠絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺的直線位移，如果滾珠絲杠的精度足夠高，間隙小，精度要求一般可以得到滿足。而且傳動(dòng)鏈上有規(guī)律的誤差（如間隙及螺距誤差）可以由數(shù)控裝置加以補(bǔ)償，因而可進(jìn)一步提高精度，因此在精度要求適中的中、小型數(shù)控機(jī)床上半閉環(huán)控制得到了廣泛的應(yīng)用。 半閉環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是它的閉環(huán)環(huán)路短（不包括傳動(dòng)機(jī)械），因而系統(tǒng)容易達(dá)到較高的位置增益，不發(fā)生振蕩現(xiàn)象。它的快速性也好，動(dòng)態(tài)精度高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的非線性因素對系統(tǒng)的影響小。但如果傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差過大或誤差不穩(wěn)定，則數(shù)

10、控系統(tǒng)難以補(bǔ)償。例如由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭曲變形所引起的彈性變形，因其與負(fù)載力矩有關(guān)，故無法補(bǔ)償。由制造與安裝所引起的重復(fù)定位誤差，以及由于環(huán)境溫度與絲杠溫度的變化所引起的絲杠螺矩誤差也不能補(bǔ)償。因此要進(jìn)一步提高精度，只有采用全閉環(huán)控制方式。3. 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)所示為全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給控制框圖。全閉環(huán)方式直接從機(jī)床的移動(dòng)部件上獲取位置的實(shí)際移動(dòng)值，因此其檢測精度不受機(jī)械傳動(dòng)精度的影響。但不能認(rèn)為全閉環(huán)方式可以降低對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求。因閉環(huán)環(huán)路包括了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性不僅與傳動(dòng)部件的剛性、慣性有關(guān)，而且還取決于阻尼、油的粘度、滑動(dòng)面摩擦系數(shù)等因素。這些因素對動(dòng)態(tài)特性的影響在不同條件下還會發(fā)生變

11、化，這給位置閉環(huán)控制的調(diào)整和穩(wěn)定帶來了困難，導(dǎo)致調(diào)整閉環(huán)環(huán)路時(shí)必須要降低位置增益，從而對跟隨誤差與輪廓加工誤差產(chǎn)生了不利影響。所以采用全閉環(huán)方式時(shí)必須增大機(jī)床的剛性，改善滑動(dòng)面的摩擦特性，減小傳動(dòng)間隙，這樣才有可能提高位置增益。全閉環(huán)方式廣泛應(yīng)用在精度要求較高的大型數(shù)控機(jī)床上。由于全閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，它對機(jī)械結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)系統(tǒng)的要求比半閉環(huán)更高，傳動(dòng)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(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生振蕩。解決以上問題的最佳途經(jīng)是采用直線電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行器件。采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以完全取消傳動(dòng)系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的環(huán)節(jié)，大大簡化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的

12、結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動(dòng)”。它從根本上消除了傳動(dòng)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(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更高的定位精度、快進(jìn)速度和加速度全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給控制框圖4. 混合式閉環(huán)控制所示為混合閉環(huán)控制?；旌祥]環(huán)方式采用半閉環(huán)與全閉環(huán)結(jié)合的方式。它利用半閉環(huán)所能達(dá)到的高位置增益，從而獲得了較高的速度與良好的動(dòng)態(tài)特性。它又利用全閉環(huán)補(bǔ)償半閉環(huán)無法修正的傳動(dòng)誤差，從而提高了系統(tǒng)的精度?；旌祥]環(huán)方式適用于重型、超重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)檫@些機(jī)床的移動(dòng)部件很重，設(shè)計(jì)時(shí)提高剛性較困難。三、 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見故障及排除步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡單來說，包括有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理簡介及分類1.

13、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理簡介步進(jìn)電動(dòng)機(jī)流行于70年代，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、維修方面，且控制為全數(shù)字化；是一種能將數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)化成一個(gè)步距角增量的電磁執(zhí)行元件；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(diǎn)，能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列，可作同步電動(dòng)機(jī)使用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它部分均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)。因此，至今國內(nèi)外對這種系統(tǒng)仍在進(jìn)一步開發(fā)。 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本上是用開環(huán)系統(tǒng)，精度不高，不能應(yīng)用于中高檔數(shù)控機(jī)床； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)耗能大，速度低(遠(yuǎn)不如交、直流電動(dòng)機(jī))。因此，目前步進(jìn)電動(dòng)機(jī)僅用于小容量、低速、精度要求不高的場合，如經(jīng)濟(jì)

14、型數(shù)控，打印機(jī)、繪圖機(jī)等計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種同步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)同其它電動(dòng)機(jī)一樣，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子為激磁場，其激磁磁場為脈沖式，即磁場以一定頻率步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子則隨磁場一步一步前進(jìn)。2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為反應(yīng)式、永磁式及混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；從控制繞組數(shù)量上可分為二相、三相、四相、五相、六相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；從電流的極性上可分為單極性和雙極性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；從運(yùn)動(dòng)的型式上可分為旋轉(zhuǎn)、直線、平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路控制方式和應(yīng)用舉例1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路控制方式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)電路，單極性電流一般采用雙管串聯(lián)電路,雙極性電流一般采用的H橋電

15、路;對于三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則采用三相逆變橋電路。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2. 開環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例以SH-50806A五相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器為例，步進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的基本接口。3. 百格拉公司步進(jìn)電機(jī)WD3-007的面板接線：WD3-007步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的面板接線圖控制信號說明：PULSE：脈沖信號輸入端，每一個(gè)脈沖的上升沿使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。DIR：方向信號輸入端，如“DIR”為低電平，電機(jī)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)； “DIR”為高電平電機(jī)按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。CW：正轉(zhuǎn)信號，每個(gè)脈沖使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。CCW：反轉(zhuǎn)信號，每個(gè)脈沖使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。RESET：復(fù)位信號，如復(fù)位信號為低電平時(shí),輸入脈沖信號起作用，如果復(fù)

16、 位信號為高電平時(shí)就禁止任何有效的脈沖，輸入信號無效，電機(jī)無保持扭矩。READDY: 輸入報(bào)警信號：READY是繼電器開關(guān)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉合，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作異常時(shí)繼電器斷開。繼電器允許最高輸入電壓和電流是：35VDC，10mAI200mA，電阻性負(fù)載。如用該繼電器，要把他串聯(lián)到CNC的某輸入端。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉合，外部24VDC通過繼電器輸入到CNC輸入端，否則外部24VDC無法輸入到CNC輸入端。?注意：PULSE+與CW+，PULSE-與CW-，DIR-與CCW-對應(yīng)同一個(gè)接線口，按控制方式不同給出的兩種定義名稱。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性1. 步距角和步距誤差轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過

17、的空間機(jī)械角度，即步距角=360其中 Z2-轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N-運(yùn)行拍數(shù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步，轉(zhuǎn)子實(shí)際的角位移與設(shè)計(jì)的步距角存在有步距誤差。連續(xù)走若干步時(shí)，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(jìn)電動(dòng)機(jī)步距的誤差不會長期積累。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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?。粴庀兜牟痪鶆虺潭鹊?。2 靜態(tài)矩角特性和最大靜轉(zhuǎn)矩特性所謂靜態(tài)是指電動(dòng)機(jī)不改變通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)?？蛰d時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)某相通

18、以直流電流時(shí)，該相對應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子齒對齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)矩輸出。如在電動(dòng)機(jī)軸上加一順時(shí)針方向的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子則按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度，稱為失調(diào)角,這時(shí)轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩T與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等。矩角特性是描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間關(guān)系的曲線，或稱為靜轉(zhuǎn)矩特性。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩角特性3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性矩頻特性是用來描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩寫連續(xù)運(yùn)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)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩除了和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及材料有關(guān)外，還與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組連接、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電壓有密切的關(guān)系。所示的并聯(lián)繞組和串聯(lián)繞組的矩頻特性圖。是混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連

19、續(xù)運(yùn)行時(shí)的典型的矩頻特性曲線。（a） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性4. 啟動(dòng)慣頻特性在負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML=0的條件下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)，不丟步地進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)所允許的最高啟動(dòng)頻率，稱為啟動(dòng)頻率或突跳頻率，超過此值就不能正常啟動(dòng)。啟動(dòng)頻率與機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)，包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加上其它運(yùn)動(dòng)部件折算至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。表示啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。隨著負(fù)載慣量的增加，起動(dòng)頻率下降。若同時(shí)存在負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML；則起動(dòng)頻率將進(jìn)一步降低。在實(shí)際應(yīng)用中，由于ML的存在，可采用的啟動(dòng)頻率要比慣頻特性還要低。四、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置常見故障及排除正如前所述，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)是開環(huán)控制系統(tǒng)中最常選用的

20、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡單，調(diào)試、維修、使用都很方便，工作可靠，成本低廉。在一般要求精度不太高的機(jī)床上曾得到廣泛應(yīng)用。使用過程中，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見如下故障：1. 電動(dòng)機(jī)過熱報(bào)警。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)過熱的報(bào)警綜述 故障現(xiàn)象可能原因排除措施有些系統(tǒng)會報(bào)警，顯示電動(dòng)機(jī)過熱。用手摸電動(dòng)機(jī)，會明顯感覺溫度不正常，甚至燙手工作環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高重新考慮機(jī)床應(yīng)用條件，改善工作環(huán)境參數(shù)選擇不當(dāng)，如電流過大，超過相電流根據(jù)參數(shù)說明書，重新設(shè)置參數(shù)電壓過高建議穩(wěn)壓電源2.工作中，尖叫后不轉(zhuǎn)，具體情況為加工或運(yùn)行過程中，驅(qū)動(dòng)器或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出刺耳的尖叫聲。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器尖叫后不轉(zhuǎn)的故障原因及排除綜述 故障現(xiàn)

21、象可能原因排除措施驅(qū)動(dòng)器或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出刺耳的尖叫聲，然后電動(dòng)機(jī)停止不轉(zhuǎn)輸入脈沖頻率太高，引起堵轉(zhuǎn)降低輸入脈沖頻率輸入脈沖的突調(diào)頻率太高降低輸入脈沖的突調(diào)頻率輸入脈沖的升速曲線不夠理想引起堵轉(zhuǎn)調(diào)整輸入脈沖的升速曲線3. 工作過程中停車，在工作正常的狀況下，發(fā)生突然停車的故障。引起此故障的可能原因見工作過程中停車的故障綜述 可能原因檢查步驟排除措施驅(qū)動(dòng)電源故障用萬用表測量驅(qū)動(dòng)電源的輸出更換驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路故障發(fā)生脈沖電路故障電動(dòng)機(jī)故障繞組燒壞更換電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈匝間短路或接地用萬用表測量線圈間是否短路雜物卡住可目測消除外界的干擾因素4. 工作噪聲特別大，仔細(xì)觀察加工或運(yùn)行過程中，還有進(jìn)二退一現(xiàn)象。

22、工作噪聲特別大的故障原因及排除綜述故障現(xiàn)象可能原因排除措施低頻旋轉(zhuǎn)時(shí)有進(jìn)二退一現(xiàn)象，高速上不去檢查相序正確連接動(dòng)力線電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低頻區(qū)或共振區(qū)分析電動(dòng)機(jī)速度及電動(dòng)機(jī)頻率后，調(diào)整加工切削參數(shù)純慣性負(fù)載、正反轉(zhuǎn)頻繁重新考慮次機(jī)床的加工能力電動(dòng)機(jī)故障磁路混合式或永磁式轉(zhuǎn)子磁鋼退磁后以單步運(yùn)行或在失步區(qū)更換電動(dòng)機(jī)如永磁單向旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定向機(jī)構(gòu)損壞更換電動(dòng)機(jī)5. 無力或者是出力降低或稱“悶車”，即在工作過程中，某軸有可能突然停止，俗稱“悶車”，可能原因見。 “悶車”的可能原因及排除措施 故障部位可能原因排除措施驅(qū)動(dòng)器端故障電壓沒有從驅(qū)動(dòng)器輸出來檢查驅(qū)動(dòng)器，確保有輸出驅(qū)動(dòng)器故障更換驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)部

23、發(fā)生錯(cuò)誤電動(dòng)機(jī)端故障電動(dòng)機(jī)繞組碰到機(jī)殼，發(fā)生相間短路或者線頭脫落電動(dòng)機(jī)軸斷更換電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙過大專業(yè)電動(dòng)機(jī)維修人員調(diào)整好氣隙或更換電動(dòng)機(jī)外部故障電壓不穩(wěn)重新考慮負(fù)載和切削條件會造成“悶車”的原因可能是：負(fù)載過大或切削條件惡劣重新考慮負(fù)載和切削條件 6. 電動(dòng)機(jī)一開始就不轉(zhuǎn)。造成此故障的可能原因及排除措施見電動(dòng)機(jī)已開始就不轉(zhuǎn)的故障綜述 故障部位可能原因排除措施步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)連線斷線確定連線正常保險(xiǎn)絲是否熔斷更換保險(xiǎn)絲當(dāng)動(dòng)力線斷線時(shí)，二線式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是不能轉(zhuǎn)動(dòng)的，但三相五線制電動(dòng)機(jī)仍可轉(zhuǎn)動(dòng)，但力矩不足。確保動(dòng)力線的連接正常驅(qū)動(dòng)器報(bào)警(過電壓、欠電壓、過電流、過熱)按相關(guān)

24、報(bào)警方法解除驅(qū)動(dòng)器使能信號被封鎖通過PLC觀察是否使能信號正常驅(qū)動(dòng)器電路故障最好用交換法，確定是否驅(qū)動(dòng)器電路故障，更換驅(qū)動(dòng)器電路板或驅(qū)動(dòng)器接口信號線接觸不良重新連接好信號線系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)如：工作方式不對依照參數(shù)說明書，重新設(shè)置相關(guān)參數(shù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)卡死主要是機(jī)械故障，排除卡死的故障原因，經(jīng)驗(yàn)證，確保電動(dòng)機(jī)正常后，方可繼續(xù)使用長期在潮濕場所存放，造成電動(dòng)機(jī)部分生銹更換步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)故障指令脈沖太窄、頻率過高、脈沖電平太低會出現(xiàn)尖叫后不轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，按尖叫后不轉(zhuǎn)的故障處理外部故障安裝不正確一般發(fā)生在新機(jī)調(diào)試時(shí)，重新安裝調(diào)成電動(dòng)機(jī)本身軸承等故障重新進(jìn)行機(jī)械的調(diào)整 7. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步或多步，此故障

25、引起的可能現(xiàn)象是工作過程中，配置步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的某軸突然停頓，而后，又繼續(xù)走動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)失步或多步的可能原因及排除措施 可能原因檢查步驟排除措施負(fù)載過大，超過電動(dòng)機(jī)的承載能力重新調(diào)整加工程序切削參數(shù)負(fù)載忽大忽小是否毛坯余量分配不均勻等調(diào)整加工條件負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大，啟動(dòng)時(shí)失步、停車時(shí)過沖可在不正式加工的條件下進(jìn)行試運(yùn)行，判斷是否有此想象發(fā)生重新考慮負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量傳動(dòng)間隙大小不均進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)精度的檢驗(yàn)進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償傳動(dòng)間隙產(chǎn)生的零件有彈性變形重新考慮這種材料的工件的加工方案電動(dòng)機(jī)工作在震蕩失步區(qū)分析電動(dòng)機(jī)速度及電動(dòng)機(jī)頻率調(diào)整加工切削參數(shù)電路總清零使用不當(dāng)干擾處理好接地，做好屏蔽處理電動(dòng)機(jī)故障，

26、如定、轉(zhuǎn)子相檫有的嚴(yán)重的情況，聽聲音度可以感覺出來更換電動(dòng)機(jī)8. 運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有抖動(dòng)，反映在加工中是加工的工件有振紋，表面光潔度差。數(shù)控裝置顯示時(shí)有時(shí)無或抖動(dòng)的故障綜述 可能原因檢查步驟排除措施指令脈沖不均勻用示波是觀察指令脈沖從數(shù)控系統(tǒng)找故障，去排除指令脈沖太窄指令脈沖電平不正確用萬用表觀測指令脈沖電平指令脈沖電平與驅(qū)動(dòng)器不匹配用萬用表測量指令脈沖電平后比較，是否與驅(qū)動(dòng)器匹配確實(shí)電平能匹配脈沖信號存在噪聲用示波器觀測脈沖信號注意觀察電平是否變化頻繁脈沖頻率與機(jī)械發(fā)生共振可目測調(diào)節(jié)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)，避免共振9.電動(dòng)機(jī)定位不準(zhǔn)。反映在加工中的故障就是加工工件尺寸有問題?？赡茉蚣肮收吓懦胧┮?電動(dòng)

27、機(jī)定位不準(zhǔn)的故障綜述 可能原因檢查步驟排除措施加減速時(shí)間太小根據(jù)參數(shù)說明書，重新設(shè)置好參數(shù)指令信號存在干擾噪聲利用示波器，檢查指令信號是否正常如果示波器顯示，信號只是受到小幅度的變化，可加注磁環(huán)或抗干擾的元器件，同時(shí)處理好接地，做好屏蔽處理系統(tǒng)屏蔽不良五、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常見故障及維修常見故障見步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常見故障綜述 故障現(xiàn)象可能原因排除措施電動(dòng)機(jī)尖叫CNC中與伺服驅(qū)動(dòng)有關(guān)的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)引起的正確設(shè)置參數(shù)電動(dòng)機(jī)不能旋轉(zhuǎn)保險(xiǎn)絲是否熔斷更換保險(xiǎn)絲動(dòng)力線短線確保動(dòng)力線連接良好參數(shù)設(shè)置不當(dāng)依照參數(shù)說明書，重新設(shè)置相關(guān)參數(shù)電動(dòng)機(jī)卡死主要是機(jī)械故障，排除卡死的故障原因，經(jīng)驗(yàn)證，確保電動(dòng)機(jī)正常后，方可繼續(xù)使

28、用生銹或故障更換步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱異常動(dòng)力線R、S、T連線不搭配正確連接R、S、T線步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)維修實(shí)例：例1：加工大導(dǎo)程螺紋時(shí)，出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。故障診斷和處理過程：開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的CNC裝置的脈沖當(dāng)量一般為0.01mm，Z坐標(biāo)軸G00指令速度一般為2000mm/min3000mm/min。開環(huán)控制的數(shù)控車床的主軸結(jié)構(gòu)一般有兩類：一類是由普通車床改造的數(shù)控車床，主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)不變，仍然保持換檔有級調(diào)速；另一類是采用通用變頻器控制數(shù)控車床主軸實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。這種主軸無級調(diào)速的數(shù)控車床在進(jìn)行大導(dǎo)程螺紋加工時(shí)，進(jìn)給軸會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)，這是高速低轉(zhuǎn)矩特性造成的。如果主軸無級調(diào)速的數(shù)控車床加工10mm導(dǎo)程的

29、螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速選擇300r/min，那么刀架沿Z坐標(biāo)軸需要用3000mm/min的進(jìn)給速度配合加工，Z坐標(biāo)軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩是無法達(dá)到這個(gè)要求的，因此會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如果將主軸轉(zhuǎn)速降低，刀架沿Z坐標(biāo)軸加工的速度減慢，Z坐標(biāo)軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增大，螺紋加工的問題似乎可以得到改善，然而由于主軸采用通用變頻器調(diào)速，使得主軸在低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩變小，主軸會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。對于主軸保持換檔變速的開環(huán)控制的數(shù)控車床，在加工大導(dǎo)程螺紋時(shí)，主軸可以低速正常運(yùn)行，大導(dǎo)程螺紋加工的問題可以得到改善，但是光潔度受到影響。如果在加工過程中，切削進(jìn)給量過大，也會出現(xiàn)Z坐標(biāo)軸堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。例2：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的常見故障

30、功率管損壞。故障診斷和處理過程：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的常見故障為功率管損壞。功率管損壞的原因主要是功率管過熱或過流造成的。要重點(diǎn)檢查提供功率管的電壓是否過高，功率管散熱環(huán)境是否良好，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連線是否可靠，有沒有短路現(xiàn)象等，如有故障要逐一排除。為了改善步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的高頻特性，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元一般采用大于80V交流電壓供電（以前有50V），經(jīng)過整流后，功率管上承受較高的直流工作電壓。如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元接入的電壓波動(dòng)范圍較大或者有電氣干擾、散熱環(huán)境不良等原因，就可能引起功率管損壞。對于開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床，重要的指標(biāo)是可靠性。因此，可以適當(dāng)降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸入電壓，以

31、換取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定性和可靠性。例3：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的啟動(dòng)、停車影響工件的精度。故障診斷和處理過程：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其繞組線圈的通、斷電流是有一定順序的。以一個(gè)五相十拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，啟動(dòng)時(shí)，A相線圈通電，然后各相線圈按照AABBBCCCDDDEEEAA所示順序通電。我們稱A相為初始相，因?yàn)槊看沃匦峦姷臅r(shí)候，總是A相處于通電狀態(tài)。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，通電的狀態(tài)是其中的某個(gè)狀態(tài)。這時(shí)機(jī)床斷電停止運(yùn)行時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在該狀態(tài)初結(jié)束。當(dāng)機(jī)床再次啟動(dòng)通電工作時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又從A向開始，與前次結(jié)束不一定是同相，這兩個(gè)不同的狀態(tài)會使偏轉(zhuǎn)若干個(gè)步距角，工作臺的位置產(chǎn)生偏差，CNC對此偏差是無

32、法進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。?shù)控機(jī)床在批量加工零件時(shí)，如果因換班斷電停車或者有其他原因斷電停車更換加工零件，根據(jù)上述的原因，這時(shí)所加工的零件尺寸會有偏差。解決這個(gè)問題可以通過檢測步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的初始相信號，使機(jī)床在初始相處斷電停車來解決。另一種解決方法是在數(shù)控機(jī)床上安裝機(jī)床回參考點(diǎn)來解決。六、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹1.進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元，驅(qū)動(dòng)單元，機(jī)械傳動(dòng)部件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)單元組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。檢測元件和反饋電路組成檢測裝置，也稱檢測系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的任務(wù)就是要完成各坐標(biāo)軸的位置控制。數(shù)控

33、系統(tǒng)根據(jù)輸入的程序指令及數(shù)據(jù)，經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算后得到位置控制指令，同時(shí)，位置檢測裝置將實(shí)際位置監(jiān)測信號反饋于數(shù)控系統(tǒng)，構(gòu)成全閉環(huán)或半閉環(huán)的位置控制。經(jīng)位置比較后，數(shù)控系統(tǒng)輸出速度控制指令至各坐標(biāo)軸的驅(qū)動(dòng)裝置，經(jīng)速度控制單元驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)滾珠絲杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)上的反饋裝置將轉(zhuǎn)速信號反饋回系統(tǒng)與速度控制指令比較，構(gòu)成速度反饋控制。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)際上是外環(huán)為位置環(huán)、內(nèi)環(huán)為速度環(huán)的控制系統(tǒng)。對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的維護(hù)及故障診斷將落實(shí)到位置環(huán)和速度環(huán)上。組成這兩個(gè)環(huán)的具體裝置有：用于位置檢測的有光柵、光電編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器和磁柵等；用于轉(zhuǎn)速檢測的有測速發(fā)電動(dòng)機(jī)或光電編碼器等。2. 進(jìn)

34、給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類按伺服進(jìn)給系統(tǒng)使用的伺服類型，半閉環(huán)、閉環(huán)數(shù)控機(jī)床常用的伺服進(jìn)給系統(tǒng)可以分直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大類。在20世紀(jì)70年代至80年代的數(shù)控機(jī)床上，一般均采用直流伺服驅(qū)動(dòng)；從80年代中、后期起，數(shù)控機(jī)床上多采用交流伺服驅(qū)動(dòng)。下面將分別按直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來闡述其維修與維護(hù)的相關(guān)知識。七、直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的介紹 FANUC公司直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從1980年開始，F(xiàn)ANUC公司陸續(xù)推出了小慣量L系列、中慣量M系列和大慣量H系列的直流伺服電動(dòng)機(jī)。中、小慣量伺服電動(dòng)機(jī)采用PWM速度控制單元，大慣量伺服電動(dòng)機(jī)采用晶閘管速度控制單元。驅(qū)動(dòng)裝置具有多重保護(hù)功能，如

35、過速、過電流、過電壓和過載等。八、交流伺服系統(tǒng)1. 常用交流伺服系統(tǒng)介紹1） FANUC公司交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)FANUC公司在80年代中期推出了晶體管PWM控制的交流驅(qū)動(dòng)單元和永磁式三相交流同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)有S系列、L系列、SP系列和T系列，驅(qū)動(dòng)裝置有系列交流驅(qū)動(dòng)單元等。2. 交流伺服系統(tǒng)的組成交流伺服系統(tǒng)主要由下列幾個(gè)部分構(gòu)成。（1）交流伺服電動(dòng)機(jī)。可分為永磁交流同步伺服電動(dòng)機(jī)，永磁無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)及磁阻式伺服電動(dòng)機(jī)；（2）PWM功率逆變器?？煞譃楣β示w管逆變器、功率場效應(yīng)管逆變器、IGBT逆變器（包括智能型IGBT逆變器模塊）等。（3）微處理器控制器及邏輯門陣列?？煞譃?/p>

36、單片機(jī)、DSP數(shù)字信號處理器、DSP+CPU、多功能DSP（如TMS320F240）等；（4）位置傳感器（含速度）?？煞譃樾D(zhuǎn)變壓器、磁性編碼器、光電編碼器等；（5）電源及能耗制動(dòng)電路；（6）鍵盤及顯示電路；（7）接口電路。包括模擬電壓、數(shù)字I/O及串口通訊電路（8）故障檢測，保護(hù)電路。 交流伺服系統(tǒng)組成3. 交流伺服電動(dòng)機(jī)的簡介交流伺服電動(dòng)機(jī)可依據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理的不同，分為感應(yīng)式（或稱異步）交流伺服電動(dòng)機(jī)、永磁式同步電動(dòng)機(jī)、永磁式無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)、和磁阻同步交流伺服電動(dòng)機(jī)。這些電動(dòng)機(jī)具有相同的三相繞組的定子結(jié)構(gòu)。感應(yīng)式交流伺服電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子電流由滑差電勢產(chǎn)生，并與磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其主

37、要優(yōu)點(diǎn)是無刷，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、造價(jià)低、免維護(hù)，對環(huán)境要求低，其主磁通用激磁電流產(chǎn)生，很容易實(shí)現(xiàn)弱磁控制，高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到45倍的額定轉(zhuǎn)速；缺點(diǎn)是需要激磁電流，內(nèi)功率因數(shù)低，效率較低，轉(zhuǎn)子散熱困難，要求較大的伺服驅(qū)動(dòng)器容量，電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)矩的控制比較困難，電動(dòng)機(jī)非線性參數(shù)的變化影響控制精度，必須進(jìn)行參數(shù)在線辨識才能達(dá)到較好的控制效果。永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)，氣隙磁場由稀土永磁體產(chǎn)生，轉(zhuǎn)矩控制由調(diào)節(jié)電樞的電流實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)矩的控制較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)簡單，并且能達(dá)到較高的控制精度；轉(zhuǎn)子無銅、鐵損耗，效率高、內(nèi)功率因數(shù)高，也具有無刷免維護(hù)的特點(diǎn)，體積和慣量小，快速性好；在控制上需要軸位置傳感

38、器，以便識別氣隙磁場的位置；價(jià)格較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)貴。無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)與永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)相同，借助較簡單的位置傳感器（如霍爾磁敏開關(guān)）的信號，控制電樞繞組的換向，控制最為簡單；由于每個(gè)繞組的換向都需要一套功率開關(guān)電路，電樞繞組的數(shù)目通常只采用三相，相當(dāng)于只有三個(gè)換向片的直流電動(dòng)機(jī)，因此運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，造成速度的脈動(dòng)，需要采用速度閉環(huán)才能運(yùn)行于較低轉(zhuǎn)速，該電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通為方波分布，可降低電動(dòng)機(jī)制造成本。有時(shí)，將無刷直流伺服系統(tǒng)與同步交流伺服混為一談，外表上很難區(qū)分，實(shí)際上兩者的控制性能是有較大差別的。磁阻同步交流伺服電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子磁路具有不對稱的磁阻特性，無永磁體或繞組，也不產(chǎn)生

39、損耗；其氣隙磁場由定子電流的激磁分量產(chǎn)生，定子電流的轉(zhuǎn)矩分量則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；內(nèi)功率因數(shù)較低，要求較大的伺服驅(qū)動(dòng)器容量，也具有無刷、免維護(hù)的特點(diǎn)；并克服了永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制效果差的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)弱磁控制，速度控制范圍可達(dá)到0.1rpm10000rpm，也兼有永磁同步電動(dòng)機(jī)控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，但需要軸位置傳感器，價(jià)格較永磁同步電動(dòng)機(jī)便宜，但體積較大些。目前市場上的交流伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品主要是永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)及無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。4. 永磁式同步交流伺服電動(dòng)機(jī)控制原理表示永磁同步電動(dòng)機(jī)控制原理框圖.交流伺服系統(tǒng)是一個(gè)多環(huán)控制系統(tǒng),需要實(shí)現(xiàn)位置、速度、電流三種負(fù)反饋控制.設(shè)置了三個(gè)調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)位置、速

40、度和電流,三者之間實(shí)行串級聯(lián)接,把位置調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作速度調(diào)節(jié)器的輸入, 再把速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入,而把電流調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過坐標(biāo)變換后,給出同步電動(dòng)機(jī)三相電壓的瞬時(shí)給定值,通過PWM逆變器,實(shí)現(xiàn)對同步電動(dòng)機(jī)三相繞組的控制.實(shí)測的三相電流()瞬時(shí)值,也要通過坐標(biāo)反變換,成為實(shí)現(xiàn)電流的反饋控制.上述控制框圖,在結(jié)構(gòu)電流為最內(nèi)環(huán),位置為最外環(huán),形成了位置、速度、電流的三閉環(huán)控制系統(tǒng)。 永磁同步電動(dòng)機(jī)控制原理框圖九、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見的報(bào)警及處理1進(jìn)給伺服系統(tǒng)各類故障的表現(xiàn)形式當(dāng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通常有三種表現(xiàn)方式： 在CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容和報(bào)警信息，它是利用軟件的診

41、斷程序來實(shí)現(xiàn)的。 利用進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)單元上的硬件（如：報(bào)警燈或數(shù)碼管指示，保險(xiǎn)絲熔斷等）顯示報(bào)警驅(qū)動(dòng)單元的故障信息； 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不正常，但無任何報(bào)警信息。其中前兩類，都可根據(jù)生產(chǎn)廠家或公司提供的產(chǎn)品維修說明書中有關(guān)“各種報(bào)警信息產(chǎn)生的可能原因”的提示進(jìn)行分析判斷，一般都能確診故障原因、部位。對于第三類故障，則需要進(jìn)行綜合分析，這類故障往往是以機(jī)床上工作不正常的形式出現(xiàn)的，如機(jī)床失控、機(jī)床振動(dòng)及工件加工質(zhì)量太差等。伺服系統(tǒng)的故障診斷，雖然由于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的不同，在具體做法上可能有所區(qū)別，但其基本檢查方法與診斷原理卻是一致的。診斷伺服系統(tǒng)的故障，一般可利用狀態(tài)指示燈診斷法、數(shù)控系統(tǒng)報(bào)警顯示的診

42、斷法、系統(tǒng)診斷信號的檢查法、原理分析法的等等。十、軟件報(bào)警（CRT顯示）故障及處理1. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)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。例：下表為FANUC PWM速度控制單元的控制板上的7個(gè)報(bào)警指示燈，分別是BRK、HVAL、HCAL、OVC、LVAL、TGLS以及DCAL；在它們下方還有PRDY（位置控制已準(zhǔn)備好信號）和VRDY（速度控制單元已準(zhǔn)備好信號）2個(gè)狀態(tài)指示燈， 2. 檢測元件（測速發(fā)電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器）或檢測信號方面引起的故障。例如：某數(shù)控機(jī)床顯示“主軸編碼器斷線”。引起的原因有：

43、 電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線斷線。如果伺服電源剛接通，尚未接到任何指令時(shí)，就發(fā)生這種報(bào)警，則由于斷線而造成故障可能性最大。 伺服單元印制線路板上設(shè)定錯(cuò)誤，如將檢測元件脈沖編碼器設(shè)定成了測速發(fā)電動(dòng)機(jī)等。 沒有速度反饋電壓或時(shí)有時(shí)無，這可用顯示其來測量速度反饋信號來判斷，這類故障除檢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的某些電路板上劣質(zhì)元器件所引起的。當(dāng)有時(shí)開機(jī)運(yùn)行相當(dāng)長一段時(shí)間后，出現(xiàn)“主軸編碼器斷線”，這時(shí)，重新開機(jī)，可能會自動(dòng)消除故障。3. 參數(shù)被破壞 參數(shù)被破壞報(bào)警表示伺服單元中的參數(shù)由于某些原因引起混亂或丟失。引起此報(bào)警的通常原因及常規(guī)處理故障原因：機(jī)床、檢

44、測器、不良，插不精度差或檢測增益設(shè)定太高若插補(bǔ)精度差，振動(dòng)周期可能為位置檢測器信號周期的1或2倍；若為連續(xù)振動(dòng)，可能是檢測增益設(shè)定太高。檢查與振動(dòng)周期同步的部分，并找到不良部分更換或維修不良部分，調(diào)整或檢測增益故障查找的方法例如：當(dāng)機(jī)床以高速運(yùn)行時(shí)，如果產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)就會出現(xiàn)過流報(bào)警。這種振動(dòng)問題一般屬于速度問題，所以應(yīng)去查找速度環(huán)，而機(jī)床速度的整個(gè)調(diào)節(jié)過程是由速度調(diào)節(jié)器來完成的。即凡是與速度有關(guān)的問題，應(yīng)該去查找速度調(diào)節(jié)器，因此振動(dòng)問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號、反饋信號及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。 首先檢查輸給速度調(diào)節(jié)器的信號，即給定信號，這個(gè)給定信號是由位置偏差計(jì)數(shù)器出來經(jīng)

45、D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的模擬量VCMD送入速度調(diào)節(jié)器的，應(yīng)查一下這個(gè)信號是否有振動(dòng)分量，如它只有一個(gè)周期的振動(dòng)信號，可以確認(rèn)速度調(diào)節(jié)器沒有問題，而是前級的問題，即應(yīng)向D/A轉(zhuǎn)換器或位置偏差計(jì)數(shù)器去查找問題。如果正常，就轉(zhuǎn)向查測速發(fā)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的位置反饋裝置是否有故障或連線錯(cuò)誤。 檢查測速發(fā)電動(dòng)機(jī)及伺服電動(dòng)機(jī)：當(dāng)機(jī)床振動(dòng)時(shí)，說明機(jī)床速度在振蕩，當(dāng)然反饋回來的波形一定也在振蕩，觀察它的波形是否出現(xiàn)有規(guī)律的大起大落。這時(shí)，最好能測一下機(jī)床的振動(dòng)頻率與旋轉(zhuǎn)的速度是否存在一個(gè)準(zhǔn)確的比例關(guān)系，如振動(dòng)頻率是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的四倍頻率，這是就應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)或發(fā)電動(dòng)機(jī)有故障。因振動(dòng)頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成一定比例，首先要檢查

46、電動(dòng)機(jī)有無故障，如果沒有問題，就再檢查反饋裝置連線是否正確。 位置控制系統(tǒng)或速度控制單元上的設(shè)定錯(cuò)誤：如系統(tǒng)或位置環(huán)的放大倍數(shù)（檢測倍率）過大，最大軸速度，最大指令值等設(shè)置錯(cuò)誤。速度調(diào)節(jié)器故障如采用上述方法還不能完全消除振動(dòng)，甚至無任何改善，就應(yīng)考慮速度調(diào)節(jié)器本身的問題，應(yīng)更換速度調(diào)節(jié)器板或換下后徹底檢測各處波形。 檢查振動(dòng)頻率與進(jìn)給速度的關(guān)系：如二者成比例，除機(jī)床共振原因外，多數(shù)是因?yàn)镃NC系統(tǒng)插補(bǔ)精度太差或位置檢測增益太高引起的，須進(jìn)行插補(bǔ)調(diào)整和檢測增益的調(diào)整。如果與進(jìn)給速度無關(guān)，可能原因有：速度控制單元的設(shè)定與機(jī)床不匹配，速度控制單元調(diào)整不好，該軸的速度環(huán)增益太大，或是速度控制單元的印制

47、線路板不良。例：一臺配套某數(shù)控系統(tǒng)的龍門加工中心，在啟動(dòng)完成、進(jìn)入可操作狀態(tài)后，X軸只要一運(yùn)動(dòng)即出現(xiàn)高頻震蕩，產(chǎn)生尖叫，系統(tǒng)無任何報(bào)警。分析與處理過程：在故障出現(xiàn)后，觀察X軸拖板，發(fā)現(xiàn)實(shí)際拖板振動(dòng)位移很小；但觸摸輸出軸，可感覺到轉(zhuǎn)子在以很小的幅度、極高的頻率振動(dòng)；且振動(dòng)的噪聲就來自X軸伺服。考慮到振動(dòng)無論是在運(yùn)動(dòng)中還是靜止時(shí)均發(fā)生，與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，故基本上可以排除測速發(fā)電動(dòng)機(jī)、位置反饋編碼器等硬件損壞的可能性。分析可能的原因是CNC中與伺服驅(qū)動(dòng)有關(guān)的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)引起的；且由于機(jī)床振動(dòng)頻率很高，因此時(shí)間常數(shù)較小的電流環(huán)引起振動(dòng)的可能性較大。由于FANUC 15MA數(shù)控系統(tǒng)采用的是數(shù)字伺服，

48、伺服參數(shù)的調(diào)整可以直接通過系統(tǒng)進(jìn)行，維修時(shí)調(diào)出伺服調(diào)整參數(shù)頁面，并與機(jī)床隨機(jī)資料中提供的參數(shù)表對照，發(fā)現(xiàn)參數(shù)PARM1852、PARM1825與提供值不符將上述參數(shù)重新修改后，振動(dòng)現(xiàn)象消失，機(jī)床恢復(fù)正常工作。故障維修實(shí)例：運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)故障維修故障現(xiàn)象：一臺配套某系統(tǒng)的加工中心，進(jìn)給加工過程中，發(fā)現(xiàn)X軸有振動(dòng)現(xiàn)象。分析與處理過程：加工過程中坐標(biāo)軸出現(xiàn)振動(dòng)、爬行現(xiàn)象與多種原因有關(guān)，故障可能是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的原因，亦可能是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定不當(dāng)?shù)鹊取榱伺卸ü收显?，將機(jī)床操作方式置于手動(dòng)方式，用手搖脈沖發(fā)生器控制X軸進(jìn)給，發(fā)現(xiàn)X軸仍有振動(dòng)現(xiàn)象。在此方式下，通過較長時(shí)間的移動(dòng)后，X軸速度單元上OV

49、C報(bào)警燈亮。證明X軸伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)生了過電流報(bào)警，根據(jù)以上現(xiàn)象，分析可能的原因如下： 負(fù)載過重。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良。 位置環(huán)增益過高。 伺服不良，等等。維修時(shí)通過互換法，確認(rèn)故障原因出在直流伺服上。卸下X軸，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)6個(gè)電刷中有2個(gè)的彈簧已經(jīng)燒斷，造成了電樞電流不平衡，使輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)的軸承亦有損壞，故而引起X軸的振動(dòng)與過電流。更換軸承與電刷后，機(jī)床恢復(fù)正常。又例：配套某系統(tǒng)的加工中心，在長期使用后，手動(dòng)操作Z軸時(shí)有振動(dòng)和異常響聲，并出現(xiàn)“移動(dòng)過程中”Z軸誤差過大”報(bào)警。為了分清故障部位，考慮到機(jī)床伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，通過脫開與絲杠的連接，再次開機(jī)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作正常，

50、故障清楚，從而判定故障原因在機(jī)床機(jī)械部分。利用手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床Z軸，發(fā)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)困難，絲杠的軸承發(fā)熱。經(jīng)仔細(xì)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(jī)床恢復(fù)正常。（3) 工作臺移動(dòng)到某處時(shí)出現(xiàn)緩慢的正反向擺動(dòng)。機(jī)床經(jīng)過長期使用，機(jī)床與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的配合可能會產(chǎn)生部分改變，一旦匹配不良，可能引起伺服系統(tǒng)的局部振動(dòng)。例：一臺配套某系統(tǒng)的加工中心，在長期使用后，只要工作臺移動(dòng)到行程的中間段，X軸即出現(xiàn)緩慢的正、反向擺動(dòng)。分析與處理過程：由于機(jī)床在其他位置時(shí)工作均正常，因此，系統(tǒng)參數(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械部分應(yīng)無問題?？紤]到機(jī)床已經(jīng)過長期使用，機(jī)床與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的配合可

51、能會發(fā)生部分改變，一旦匹配不良，可能引起伺服系統(tǒng)的局部振動(dòng)。根據(jù)FANUC伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)定說明，維修時(shí)通過改變X軸伺服單元上的S6、S7、S11、S13 等設(shè)定端的設(shè)定，消除了機(jī)床的振動(dòng)。2 運(yùn)動(dòng)失控（即飛車）機(jī)床失控的原因與檢查、處理方法 項(xiàng)目故障原因檢查步驟措施 位置檢測、速度檢測信號不良 檢查連線，檢查位置、速度環(huán)是否為正反饋 位置編碼器故障 可以用交換法 重新進(jìn)行正確的連接 主板、速度控制單元故障 用排除法確定次模塊有故障 更換印制電路板3.機(jī)床定位精度或加工精度差機(jī)床定位精度或加工精度差可分為定位超調(diào)、單脈沖進(jìn)給精度差、定位點(diǎn)精度不好、圓弧插補(bǔ)加工的圓度差等情況。機(jī)床定位精度

52、和加工精度差的原因與檢查、處理方法 、項(xiàng)目、故障原因、檢查步驟、措施、超調(diào)。 加/減速時(shí)間設(shè)定過小 檢測起、制動(dòng)電流是否已經(jīng)飽和 延長加/減速時(shí)間設(shè)定 與機(jī)床的連接部分剛性差或連接不牢固 檢查故障是否可以通過減小位置環(huán)增益改善 減小位置環(huán)增益或提高機(jī)床的剛性 單脈沖精度差 需要根據(jù)不同情況進(jìn)行故障分析 檢查定位時(shí)位置跟隨誤差是否正確 若正確。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)存在爬行或松動(dòng) 檢查機(jī)械部件的安裝精度與定位精度 調(diào)整機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的增益不足 調(diào)整速度控制單元扮傻姑娘的相應(yīng)旋鈕，提高速度環(huán)增益 提高位置環(huán)、速度環(huán)增益 定位精度不良1.需根據(jù)不同情況進(jìn)行故障分析檢查定位是位置跟隨誤差是否正確若

53、正確。 2.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)存在爬行或松動(dòng)檢查機(jī)械部件的安裝精度與定位精度調(diào)整機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)3.位置控制單元不良更換位置控制單元板（主板）更換不良板4.位置檢測器件（編碼器、光柵）不良檢測位置檢測器件（編碼器、光柵）更換不良位置檢測期間（編碼器、光柵）5.速度控制單元控制板不良維修、更換不良板圓弧插補(bǔ)加工的圓度差1.需根據(jù)不同情況進(jìn)行故障分析測量不圓度，檢查周向上是否變形，45方向上是否成橢圓若軸向變形，若45方向上成橢圓 2.機(jī)床反向間隙大、定位精度差測量各軸的定位精度與反向間隙調(diào)整機(jī)床，進(jìn)行定位精度、反向間隙的補(bǔ)償3.位置環(huán)增益設(shè)定不當(dāng)調(diào)整控制單元，使同樣的進(jìn)給速度下各插補(bǔ)軸的位置跟隨誤差的

54、差值在1%以內(nèi)調(diào)整位置環(huán)增益以消除各軸間的增益差4.各插補(bǔ)軸的檢測增益設(shè)定不良在項(xiàng)目3調(diào)整后，在45上成橢圓調(diào)整檢測增益5.感應(yīng)同步器或旋轉(zhuǎn)變壓器的接口板調(diào)整不良檢查接口板的調(diào)整重新調(diào)整接口板6.絲杠間隙或傳動(dòng)系統(tǒng)間隙測量、重新調(diào)整間隙調(diào)整間隙或改變間隙補(bǔ)償值當(dāng)圓弧插補(bǔ)出現(xiàn)45方向上的橢圓時(shí)，可以通過調(diào)整伺服進(jìn)給軸的位置增益進(jìn)行調(diào)整。坐標(biāo)軸的位置增益由下式計(jì)算：式中 V進(jìn)給速度（mm/min）； ess位置跟隨誤差（0.001mm）； Kv位置增益（1/S）。位置跟隨誤差可以通過數(shù)控系統(tǒng)的診斷參數(shù)檢查。位置跟隨誤差則在速度控制單元上有相應(yīng)的電位器來調(diào)節(jié)。注意，參與圓弧插補(bǔ)的兩軸的位置跟隨誤差的差值必須控制在1%以內(nèi)。十一、位置跟隨誤差超差報(bào)警 伺服軸運(yùn)動(dòng)超過