數(shù)控機(jī)床故障診斷與維護(hù)第七章-數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的維修課件

1、數(shù)控機(jī)床故障診斷與維護(hù) 主編 徐衡33295-01第七章數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的維修33295-07學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分直流主軸伺服系統(tǒng)和交流主軸伺服系統(tǒng)。直流主軸伺服系統(tǒng)已經(jīng)被淘汰,現(xiàn)在的主流產(chǎn)品是數(shù)字式交流主軸伺服系統(tǒng)。本章從認(rèn)識(shí)主軸伺服系統(tǒng)故障的形式開(kāi)始,介紹交流主軸伺服系統(tǒng)的特點(diǎn),數(shù)字式(串行)交流主軸伺服系統(tǒng)和模擬式交流主軸伺服系統(tǒng)的控制概況,交流數(shù)字式主軸伺服系統(tǒng)故障的診斷與排除,交流模擬式主軸伺服系統(tǒng)故障的診斷與排除,以及交流主軸伺服系統(tǒng)故障的診斷實(shí)例。33295-07第一節(jié)數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述一、數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類33295-07二、主軸伺服系統(tǒng)故障的形

2、式及診斷當(dāng)主軸伺服系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),通常有下述三種表現(xiàn)形式:1)在CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容或報(bào)警信息。2)在主軸驅(qū)動(dòng)裝置上用報(bào)警燈或數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)動(dòng)裝置的故障。3)主軸工作不正常,但無(wú)任何報(bào)警信息。主軸伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障如下:1.外界干擾33295-072.過(guò)載主軸伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障如下:1.外界干擾3.主軸定位抖動(dòng)33295-07所謂主軸定向控制(即主軸準(zhǔn)停定位),是指將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的主軸準(zhǔn)確地停在某一固定位置(角度)上,以便在該位置進(jìn)行刀具交換、精鏜退刀及齒輪換擋等操作。有三種方式可以實(shí)現(xiàn)主軸的準(zhǔn)停定位。(1)機(jī)械準(zhǔn)停控制由帶V形槽的定位盤和定位用的液壓缸配合動(dòng)作,控制主軸的準(zhǔn)停定位,如圖

3、7-1所示。(2)磁性傳感器型電氣準(zhǔn)?？刂?3)編碼器型電氣準(zhǔn)?？刂浦鬏S定向控制實(shí)際上是在控制主軸速度的基礎(chǔ)上增加一個(gè)位置控制環(huán),其連接線路如圖7-1所示。檢測(cè)主軸位置的檢測(cè)元件可以采用位置編碼器,如圖7-2a所示,也可以采用磁性傳感器,如圖7-2b所示。33295-07圖7-1機(jī)械準(zhǔn)?？刂蒲b置1精定位盤2粗定位盤3感應(yīng)塊4無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)5主軸6定向活塞7滾輪33295-07圖7-2主軸定向控制連接圖a)用位置編碼器時(shí)的連接b)用磁性傳感器時(shí)的連接33295-07產(chǎn)生主軸定位抖動(dòng)故障的原因有:1)主軸準(zhǔn)停要經(jīng)過(guò)減速的過(guò)程,如減速或增益等參數(shù)設(shè)置不當(dāng),均可引起定位抖動(dòng)。2)采用位置編碼器作為位置檢測(cè)

4、元件的準(zhǔn)停方式時(shí),定位液壓缸活塞移動(dòng)的限位開(kāi)關(guān)失靈,會(huì)引起定位抖動(dòng)。3)采用磁性傳感頭作為位置檢測(cè)元件時(shí),發(fā)磁元件和磁傳感器之間的間隙發(fā)生變化或磁傳感器失靈,會(huì)引起定位抖動(dòng)。33295-074.主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配5.轉(zhuǎn)速偏離指令值6.主軸異常噪聲及振動(dòng)7.主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)33295-07第二節(jié)交流主軸伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、交流主軸伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多用交流主軸伺服系統(tǒng)。交流主軸伺服系統(tǒng)分為模擬式(變頻調(diào)速)和數(shù)字式(串行接口)兩種。FANUC 0i系統(tǒng)控制主軸電動(dòng)機(jī)的接口如圖3-10所示。圖中的JA40是模擬主軸或高速跳轉(zhuǎn)插座,模擬控制指令是010V的直流電壓;JA41是串行主軸或

5、位置編碼器插座。33295-07主軸驅(qū)動(dòng)具有速度控制和位置控制兩種控制功能。進(jìn)行普通加工時(shí)為速度控制,主軸電動(dòng)機(jī)軸上裝有圓形的磁性傳感器,用作速度反饋。位置控制就是控制主軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)位,當(dāng)系統(tǒng)需要控制主軸同步、主軸定向、剛性攻螺紋、C軸輪廓功能時(shí),主軸要與其他軸插補(bǔ)聯(lián)動(dòng),此時(shí)應(yīng)在機(jī)床的主軸上裝位置編碼器,用于轉(zhuǎn)角的測(cè)量與反饋。主軸控制單元采用單獨(dú)的CPU進(jìn)行控制,從CPU單元輸出的控制指令用一條光纜送到主軸的控制單元,數(shù)據(jù)為串行傳送,因此可靠性比較高。33295-07交流主軸伺服系統(tǒng)有如下特點(diǎn):1)振動(dòng)和噪聲小。2)采用了再生制動(dòng)控制功能。3)交流數(shù)字式伺服系統(tǒng)控制精度高。4)交流數(shù)字式伺服系

6、統(tǒng)用參數(shù)設(shè)定(不是改變電位器阻值)方式調(diào)整電路狀態(tài)。33295-07二、交流主軸調(diào)速原理1.變頻調(diào)速(異步電動(dòng)機(jī)為壓頻比U/f調(diào)速)2.異步電動(dòng)機(jī)矢量控制調(diào)速33295-07圖7-3異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)恒功率調(diào)速區(qū)33295-07圖7-4異步電動(dòng)機(jī)變頻控制原理框圖33295-07圖7-5直流電動(dòng)機(jī)矢量簡(jiǎn)圖33295-07 圖7-6異步電動(dòng)機(jī)矢量變換簡(jiǎn)圖33295-07三、交流數(shù)字式(串行)主軸伺服系統(tǒng)1.串行主軸伺服系統(tǒng)的控制概況FANUC 0i 系統(tǒng)串行主軸與主板的連接如圖7-7所示,圖中串行主軸的放大器及電動(dòng)機(jī)如圖7-8所示,串行接口控制工作概況如圖7-9所示。33295-07圖

7、7-7串行主軸與主板的連接33295-07圖7-8FANUC i系列串行主軸的放大器及電動(dòng)機(jī)33295-072.串行主軸伺服系統(tǒng)運(yùn)行性能的調(diào)整(1)設(shè)定顯示主軸調(diào)整屏面(2)主軸設(shè)定(3)主軸工作性能調(diào)整(4)監(jiān)視主軸工作狀況33295-07圖7-9串行接口(數(shù)字式)控制概況圖33295-07表7-2參數(shù)項(xiàng)目33295-07圖7-11主軸調(diào)整屏面33295-07表7-4各運(yùn)行方式下所顯示的監(jiān)視器內(nèi)容33295-07圖7-12主軸監(jiān)視屏面33295-07四、交流模擬式主軸伺服系統(tǒng)1.交流模擬主軸伺服系統(tǒng)的控制概況交流模擬主軸與主板的連接如圖7-13所示,其變頻器外形如圖7-142.交流模擬主軸伺

8、服系統(tǒng)模擬電壓(D/A轉(zhuǎn)換器)的調(diào)整33295-07圖7-13交流模擬主軸與主板的連接(圖中位置編碼器的反饋信號(hào)與串行主軸的插座JA7A相連)33295-07圖7-14變頻器33295-07圖7-15交流模擬主軸伺服系統(tǒng)控制概況圖33295-07第三節(jié)交流主軸伺服系統(tǒng)故障的診斷與排除一、交流數(shù)字式主軸伺服系統(tǒng)故障的診斷與排除1.由負(fù)載引起主軸速度變化異常2.串行主軸通信錯(cuò)誤3.串行主軸放大器起動(dòng)不良4.主軸報(bào)警33295-07圖7-16主軸速度波動(dòng)報(bào)警處理過(guò)程33295-07二、交流模擬式主軸伺服系統(tǒng)故障的診斷與排除1.交流模擬式主軸伺服系統(tǒng)故障報(bào)警及診斷2.主軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中噪聲、振動(dòng)的分析3.

9、電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)異常的分析三、交流主軸伺服系統(tǒng)故障實(shí)例及其診斷33295-07實(shí)訓(xùn)十一主軸變頻單元的調(diào)試與故障診斷一、實(shí)訓(xùn)目的掌握交流變頻器的使用知識(shí)以及通常的故障診斷。33295-07二、實(shí)訓(xùn)設(shè)備RS-SY-0i C/0i mate C數(shù)控機(jī)床綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。三、實(shí)訓(xùn)相關(guān)知識(shí)1.調(diào)速原理2.變頻器FR-S520S-K-R的性能33295-07圖7-17FR-S520S變頻器33295-07變頻器正常運(yùn)行所需要的周圍設(shè)備見(jiàn)表7-9。表7-9變頻器周圍設(shè)備的基本構(gòu)成33295-07表7-9變頻器周圍設(shè)備的基本構(gòu)成33295-073.變頻器FR-S520S的連接給FR-S520S變頻器接線時(shí),需要先

10、拆下前蓋板和接線蓋,接線完成后再固定前蓋板和接線蓋,如圖7-18所示。圖7-18拆下前蓋板和接線蓋33295-07圖7-19變頻器接線連接圖33295-07表7-10變頻器主回路接線端子的用途33295-07圖7-21FR-S520弱電接線端子的排列33295-07表7-11變頻器控制回路接線端子33295-07表7-11變頻器控制回路接線端子33295-07表7-11變頻器控制回路接線端子33295-074.變頻器的操作面板變頻器的操作面板,如圖7-22所示。圖7-22變頻器操作面板說(shuō)明33295-075.變頻器的基本操作變頻器基本操作有:監(jiān)視器、頻率設(shè)定,參數(shù)設(shè)定和報(bào)警履歷,如圖7-23所

11、示。6.三菱變頻器的功能參數(shù)三菱變頻器的功能參數(shù)見(jiàn)表7-12。圖7-23變頻器的基本操作33295-07表7-12三菱變頻器的功能參數(shù)7.參數(shù)禁止寫入功能33295-07四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1)變頻器的常規(guī)使用。2)變頻器的常見(jiàn)故障診斷。33295-07五、實(shí)訓(xùn)步驟1)使用操作面板修改參數(shù),完成實(shí)訓(xùn)題目例7-2。2)用操作面板對(duì)變頻器進(jìn)行控制,正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。3)用實(shí)訓(xùn)臺(tái)控制板上的元件對(duì)變頻器進(jìn)行控制,正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。4)用NC系統(tǒng)對(duì)變頻器進(jìn)行控制,正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等,同時(shí)通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)斷開(kāi)主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、模擬量信號(hào),觀察主軸運(yùn)行情況。33295-07表7-13用操作面板修改參數(shù)的步驟33295-07表7-13用操作面板修改參數(shù)的步驟33295-07一、實(shí)訓(xùn)目的1)使學(xué)生了解機(jī)床主軸的工作原理以及主軸編碼器的相關(guān)知識(shí)。2)掌握相關(guān)故障的分析方法與解決辦法。二、實(shí)訓(xùn)設(shè)備RS-SY-0i C/0i mate C數(shù)控機(jī)床綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。實(shí)訓(xùn)十二機(jī)床主軸及主軸編碼器的安裝與故障診斷33295-071.主軸編碼器三、實(shí)訓(xùn)相關(guān)知識(shí)2.主軸的用途3.主軸驅(qū)動(dòng)裝置4.主軸編碼器信號(hào)通道5.與編碼器相關(guān)的參數(shù)PRM370633295-07圖7-24主軸編碼器信號(hào)注:編碼器的信號(hào)可以是圖7-22所示的方波信號(hào),也可以是其他波形的信號(hào)(如正/余弦信