數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障維修

第五章數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)與維修

第4節(jié)數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障維修教師：李爽時(shí)間：2014/11/13目錄一、伺服系統(tǒng)概述二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、故障形式、故障診斷三、進(jìn)給伺服系統(tǒng)

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、故障診斷四、位置檢測裝置一、伺服系統(tǒng)概述1.1伺服系統(tǒng)概念

數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。

如果說數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的大腦，是發(fā)布“命令”的指揮機(jī)構(gòu)，那么伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它忠實(shí)而準(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的命令，控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度，加工出所需工件的外形和尺寸。

伺服系統(tǒng)機(jī)床CNC系統(tǒng)指令動(dòng)作脈沖頻率脈沖數(shù)量速度位置伺服系統(tǒng)的作用示意圖

伺服控制系統(tǒng)的性能直接影響數(shù)控機(jī)床的精度、穩(wěn)定性、可靠性和生產(chǎn)效率，因此伺服系統(tǒng)的性能決定了數(shù)控機(jī)床的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率較高，因此充分認(rèn)識(shí)伺服系統(tǒng)的重要性，掌握伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修方法是很有必要的。1.2伺服系統(tǒng)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)元件（如電機(jī)）、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行元件和檢測反饋裝置等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)；檢測元件和反饋電路組成檢測系統(tǒng)。一、伺服系統(tǒng)概述1.3伺服系統(tǒng)的分類

數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)分類方法有多種。按控制方式的不同，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和混合控制系統(tǒng)4種。按其作用和控制功能的不同，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。按電氣控制原理和伺服電機(jī)類型的不同，還可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。根據(jù)控制信號(hào)的不同形式，伺服系統(tǒng)可分為模擬控制和數(shù)字控制兩種；按反饋比較控制方式不同，可分為脈沖比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)。一、伺服系統(tǒng)概述二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2.1主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工出理想的零件。

它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一，它的精度對(duì)零件的加工精度有較大的影響。二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動(dòng)已不能滿足要求?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)提出了更高的要求：（1）調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速

對(duì)于具有自動(dòng)換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應(yīng)各種刀具、工序和各種材料的加工要求，對(duì)主軸的調(diào)速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，簡化主軸箱。

（2）恒功率范圍要寬

2.2數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求（3）具有4象限驅(qū)動(dòng)能力

要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加、減速控制，并且加、減速時(shí)間要短。（4）具有位置控制能力

要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加、減速控制，并且加、減速時(shí)間要短。（5）具有較高的精度與剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低（6）良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2.2數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求1、FANUC（法那科）公司主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

從80年代開始，該公司已使用了交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已被交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所取代。目前三個(gè)系列交流主軸電動(dòng)機(jī)為：S系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍1.5～37KW；H系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍1.5～22KW；P系列電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率范圍3.7～37KW。

該公司交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)為：①采用為處理器控制技術(shù)，進(jìn)行矢量計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)最佳控制。②主回路采用晶體管PWM逆變器，使電動(dòng)機(jī)電流非常接近正弦波性。③具有主軸定向控制、數(shù)字和模擬輸入接口等功能。二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2.3常用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹2、SIEMENS（西門子子）公司主軸軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)SIEMENS公司生產(chǎn)產(chǎn)的直流主軸軸電動(dòng)機(jī)有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5四個(gè)個(gè)系列，與這這四個(gè)系列電電動(dòng)機(jī)配套的的6RA24、6RA27系列驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置采用晶晶閘管控制。。80年代初期期，該公司又又推出了1PH5和1PH6兩個(gè)個(gè)系列的交流流主軸電動(dòng)機(jī)機(jī)，功率范圍為為3～100KW。驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置為6SC650系系列交流主軸軸驅(qū)動(dòng)裝置或或6SC611A（SIMODRIVE611A）主軸軸驅(qū)動(dòng)模塊，，主回路采用用晶體管SPWM變頻器器控制的方式式，具有能量量再生制動(dòng)功功能。另外，，采用為處理理器80186可進(jìn)行閉閉環(huán)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制及磁磁場計(jì)算，從從而完成矢量量控制。同過過選件實(shí)現(xiàn)C軸進(jìn)給控制制，在不需要要CNC的幫幫助下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)主軸的定位位控制。二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)2.3常用的主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹紹驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動(dòng)器和主軸電動(dòng)機(jī)。數(shù)控機(jī)床主軸軸的無級(jí)調(diào)速速則是由主軸軸驅(qū)動(dòng)器完成成。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)分為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)和交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)，目前數(shù)控機(jī)機(jī)床的主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)多采用交交流主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)，即交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器或主軸軸伺服驅(qū)動(dòng)器器控制的方式。。二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)2.4主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)的分類（1）直流主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置直流主軸電動(dòng)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與與永磁式伺服服電動(dòng)機(jī)不同同，要求能輸輸出大的功率率，所以一般般是他磁式。。為縮小體積積，改善冷卻卻效果，以免免電動(dòng)機(jī)過熱熱，常采用軸軸向強(qiáng)迫風(fēng)冷冷或采用熱管管冷卻技術(shù)。。（2）交流主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置①交流異步步伺服系統(tǒng)②交流同步步伺服系統(tǒng)二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)當(dāng)主軸伺服系系統(tǒng)發(fā)生故障障時(shí)，通常有有三種表現(xiàn)形形式：CRT或操作作面板上顯示示報(bào)警內(nèi)容或或報(bào)警信息；；在主軸驅(qū)動(dòng)裝裝置上用報(bào)警警燈或數(shù)碼管管顯示主軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置的故故障；主軸工作不正正常，但無任任何報(bào)警信息息。主軸伺服系統(tǒng)統(tǒng)常見故障有有：(1)過載載(2)轉(zhuǎn)速偏離指令令值(3)主軸定位抖動(dòng)動(dòng)(4)主軸振振動(dòng)或噪聲太太大(5)主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不不匹配(6)外界干干擾2.5主軸伺服系系統(tǒng)故障診斷斷二、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)（1）外界干干擾故障現(xiàn)象：主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過過程中出現(xiàn)隨隨機(jī)和無規(guī)律律性的振動(dòng)或或轉(zhuǎn)動(dòng)。原因分析：主軸速度指令令信號(hào)或反饋饋信號(hào)受到電電磁波、供電電線路或信號(hào)號(hào)傳輸干干擾而出現(xiàn)誤誤動(dòng)作。檢查方法：令主軸轉(zhuǎn)速指指令為零，觀觀察主軸是否否有往復(fù)擺動(dòng)動(dòng)，或通過調(diào)調(diào)整零速平衡衡和漂移補(bǔ)償償看故障能否否消除。2.5主軸伺服系系統(tǒng)故障診斷斷（2）過過載故障現(xiàn)象象：主軸電動(dòng)動(dòng)機(jī)過熱熱、主軸軸驅(qū)動(dòng)裝裝置顯示示過電流流報(bào)警等等原因分析析：切削用量量過大，，主軸頻頻繁正、、反轉(zhuǎn)，，主軸潤潤滑不良良造成軸軸承咬死死或軸承承預(yù)緊力力過大、、電動(dòng)機(jī)機(jī)冷卻系系統(tǒng)不良良或內(nèi)置置溫控元元件失效效、動(dòng)力力連線接接觸不良良等，主主軸伺服服系統(tǒng)和和CNC裝置通通過檢測測，顯示示過載報(bào)報(bào)警。檢查方法法：采用常規(guī)規(guī)檢查法法針對(duì)上上述部位位逐一進(jìn)進(jìn)行檢查查。采取措施施：保持主軸軸電機(jī)通通風(fēng)系統(tǒng)統(tǒng)良好，，保持過過濾網(wǎng)清清潔；檢檢查動(dòng)力力線接線線端子接接觸情況況，按設(shè)設(shè)備操作作規(guī)程正正確合理理操作和和維護(hù)保保養(yǎng)設(shè)備備。2.5主軸伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)故障診診斷（3）主主軸定位位抖動(dòng)故障現(xiàn)象象：主軸在準(zhǔn)準(zhǔn)停時(shí)發(fā)發(fā)生抖動(dòng)動(dòng)原因分析析：產(chǎn)生原因因因?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)準(zhǔn)停的的方式不不同而異異，主軸軸準(zhǔn)停有有三種實(shí)實(shí)現(xiàn)方式式：（1）機(jī)械準(zhǔn)停?？刂?，定位抖抖動(dòng)多為為定位機(jī)機(jī)械執(zhí)行行機(jī)構(gòu)不不到位，，定位盤盤松動(dòng)或或有間隙隙引起；；（2）磁性傳感感器的電電氣準(zhǔn)停?？刂?，定位抖抖動(dòng)多為為傳感器器和發(fā)磁磁體之間間間隙發(fā)發(fā)生變化化或傳感感器失靈靈引起。。（3）編碼器型型的準(zhǔn)停?？刂?，由于編碼碼器的污污染引起起靈敏度度下降或或連接松松動(dòng)也會(huì)會(huì)造成定定位抖動(dòng)動(dòng)。此外主軸軸定位有有一個(gè)減減速過程程，如果果減速或或增益系系數(shù)設(shè)置置不當(dāng)，，會(huì)引起起主軸定定位抖動(dòng)動(dòng)。檢查方法法：根據(jù)定位位方式不不同，主主要檢查查各定位位、減速速檢測元元件的工工作狀況況和安裝裝固定情情況，核核對(duì)減速速或增益益系數(shù)設(shè)設(shè)置值等等采取措施施：保證定位位元件運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活活，檢測測元件穩(wěn)穩(wěn)定可靠靠。2.5主軸伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)故障診診斷（4）主主軸轉(zhuǎn)速速與進(jìn)給給不匹配配故障現(xiàn)象象：當(dāng)進(jìn)行螺螺紋切削削或用每每轉(zhuǎn)進(jìn)給給指令切切削時(shí)，，會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)停止進(jìn)進(jìn)給，主主軸仍繼繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的故障障或加工工螺紋出出現(xiàn)亂牙牙現(xiàn)象。。原因分析析：進(jìn)行螺紋紋加工要要求主軸軸與進(jìn)給給嚴(yán)格保保持主軸軸轉(zhuǎn)一圈圈刀具進(jìn)進(jìn)給一個(gè)個(gè)螺紋導(dǎo)導(dǎo)程的關(guān)關(guān)系，而而這必須須依靠主主軸上的的脈沖編編碼器進(jìn)進(jìn)行檢測測反饋信信息。若若編碼器器或連接接電纜有有問題，，會(huì)引起起上述故故障。檢查方法法：1.CRT畫面面有報(bào)警警顯示。。2.通過過CRT調(diào)用機(jī)機(jī)床數(shù)據(jù)據(jù)或I/O狀態(tài)態(tài)，觀察察編碼器器的信號(hào)號(hào)線的通斷狀態(tài)態(tài)。3.取消消主軸與與進(jìn)給的的同步配配合，即即用每分分鐘進(jìn)給給指令代代替每轉(zhuǎn)進(jìn)給來來執(zhí)行程程序，觀觀察故障障是否消消失。采取措施施：更換、維維修編碼碼器，檢檢查電纜纜接線情情況及編編碼器安安裝是否否松動(dòng)，特別別注意信信號(hào)線的的防干擾擾措施。。2.5主軸伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)故障診診斷（5）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速偏離離指令值值故障現(xiàn)象象：主軸轉(zhuǎn)速速超過技技術(shù)要求求所規(guī)定定的指令令值范圍圍原因分析析：電動(dòng)機(jī)負(fù)負(fù)載過大大引起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速降低低或低速速極限值值設(shè)定太太小，造造成主軸軸電機(jī)過過載。CNC系系統(tǒng)輸出出的主軸軸轉(zhuǎn)速模模擬量（（通常為為0—+-10V）沒沒有達(dá)到到與轉(zhuǎn)速速指令對(duì)對(duì)應(yīng)的值值。測速裝置置有故障障或速度度反饋信信號(hào)斷線線。主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置故故障，導(dǎo)導(dǎo)致速度度控制單單元錯(cuò)誤誤輸出。。檢查方法法：（1）空載運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)主軸，，檢測比比較實(shí)際際轉(zhuǎn)速值值與指令令值，判判斷故障障是否由由負(fù)載過過大引起起。（2）檢檢查速度度反饋裝裝置及電電纜，調(diào)調(diào)節(jié)速度度反饋量量的大小小，使實(shí)實(shí)際主軸軸轉(zhuǎn)速達(dá)達(dá)到指令令值。（3）檢檢查信號(hào)號(hào)電纜的的連接情情況，調(diào)調(diào)整有關(guān)關(guān)參數(shù)使使CNC系統(tǒng)輸輸出的模模擬量與與轉(zhuǎn)速指指令值相對(duì)應(yīng)。采取措施施：更換、維維修損壞壞的部件件、調(diào)整整的關(guān)參參數(shù)2.5主軸伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)故障診診斷（6）主主軸異常常噪聲及及振動(dòng)原因分析析：首先要區(qū)區(qū)別異常常噪聲及及振動(dòng)發(fā)發(fā)生在主主軸機(jī)械械部分還還是在電電氣驅(qū)動(dòng)動(dòng)部分。。在減速過過程中發(fā)發(fā)生一般般是又驅(qū)驅(qū)動(dòng)裝置置造成的的，如交交流驅(qū)動(dòng)動(dòng)中的再再生回路路故障。。在恒轉(zhuǎn)速速時(shí)產(chǎn)生生，可通通過觀察察主軸電電動(dòng)機(jī)自自由停車車過程中中是否有有噪音和和振動(dòng)的的來區(qū)別別，如存存在，則則主軸機(jī)機(jī)械部分分有問題題檢查方法法：檢查振動(dòng)動(dòng)周期是是否與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速有關(guān)關(guān)。如無無關(guān)，一一般是主主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置未未調(diào)整好好；如有有關(guān)，應(yīng)應(yīng)檢查主主軸機(jī)械械部分是是否良好好，測速速裝置是是否不良良。2.5主軸伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)故障診診斷（7）主主軸電動(dòng)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)原因分析析：CNC系系統(tǒng)至主主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置除除了轉(zhuǎn)速速模擬量量控制信信號(hào)外，，還有使使能控制制信號(hào)，，一般為為DC+24V繼電器器線圈電電壓；主主軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置故故障；主主軸電動(dòng)動(dòng)機(jī)故障障。檢查方法法：檢查CNC系統(tǒng)統(tǒng)是否有有速度控控制信號(hào)號(hào)輸出；；檢查能能使信號(hào)號(hào)是否接接通。通通過CRT觀察察I/O狀態(tài)，，分析機(jī)機(jī)床PLC圖形形（或流流程圖）），以確確定主軸軸的啟動(dòng)動(dòng)條件，，如潤滑滑、冷卻卻等是否否滿足。。2.5主軸伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)故障診診斷三、進(jìn)給伺服服系統(tǒng)3.1進(jìn)進(jìn)給驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)概述進(jìn)給驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的的性能在在一定程程度上決決定了數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的性能，決定了了數(shù)控機(jī)機(jī)床的檔次，因此，，在數(shù)控控技術(shù)發(fā)發(fā)展的歷歷程中，，進(jìn)給驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)的研制制和發(fā)展展總是放放在首要要的位置置。數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)所發(fā)出出的控制制指令，，是通過過進(jìn)給驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)機(jī)機(jī)械執(zhí)行行部件，，最終實(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)床床精確的的進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)的。。數(shù)控機(jī)床床的進(jìn)給給驅(qū)動(dòng)系系統(tǒng)是一一種位置置隨動(dòng)與與定位系系統(tǒng)，它它的作用是快速、準(zhǔn)準(zhǔn)確地執(zhí)執(zhí)行由數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出的的運(yùn)動(dòng)命命令，精精確地控控制機(jī)床床進(jìn)給傳傳動(dòng)鏈的的坐標(biāo)運(yùn)運(yùn)動(dòng)。它的性能能決定了了數(shù)控機(jī)機(jī)床的許許多性能能，如最最高移動(dòng)動(dòng)速度、、輪廓跟跟隨精度度、定位位精度等等。3.2數(shù)控機(jī)床床對(duì)進(jìn)給給驅(qū)動(dòng)系系統(tǒng)的要要求（1）調(diào)速范圍圍要寬；（2）定位精度度要高；（3）快速響應(yīng)應(yīng)，無超超調(diào)；（4）低速大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，過過載能力力強(qiáng)；（5）可靠性高高；三、進(jìn)給伺服服系統(tǒng)3.3進(jìn)給驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的的分類按執(zhí)行元元件的類類別，可可分為：：步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)、、直流電電動(dòng)機(jī)、、交流電電動(dòng)機(jī)進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)；；按有無檢檢測元件件和反饋饋環(huán)節(jié)，，可分為為為開環(huán)環(huán)、閉環(huán)環(huán)控制兩兩類。開環(huán)控制制與閉環(huán)環(huán)控制的的主要區(qū)區(qū)別為是否采用用了位置置和速度度檢測反反饋元件件組成了反反饋系統(tǒng)統(tǒng)。開環(huán)控制制一般采采用步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)元件，，沒有位位置和速速度反饋饋控制回回路。閉環(huán)控制制一般采采用伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)元件，，根據(jù)位位置檢測測元件所所處在數(shù)數(shù)控機(jī)床床不同的的位置，，它可以以分為半閉環(huán)、、全閉環(huán)環(huán)和混合合閉環(huán)三種。三、進(jìn)給伺服服系統(tǒng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)簡簡單來說說，包括括有步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)機(jī)是利用用電磁鐵鐵的作用用原理，，將脈沖沖信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為線線位移或或角位移移的電機(jī)機(jī)。每來來一個(gè)電電脈沖，，步進(jìn)電電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)一定角角度，帶帶動(dòng)機(jī)械械移動(dòng)一一小段距距離。特點(diǎn):(1)來一個(gè)脈脈沖，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一個(gè)步步距角。。(2)控制脈沖沖頻率，，可控制制電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。(3)改變脈沖沖順序，，可改變變轉(zhuǎn)動(dòng)方方向。（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)

步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)的進(jìn)給給系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：能很方便便地將電電脈沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為角角位移，，具有較好的定定位精度度，無漂漂移和無無積累定定位誤差差的優(yōu)點(diǎn)，，能跟蹤蹤一定頻頻率范圍圍的脈沖沖列，可可作同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)使用。。缺點(diǎn)：①由于步步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)基本本上是用用開環(huán)系系統(tǒng)，精精度不高高，不能應(yīng)用用于中高高檔數(shù)控控機(jī)床；②步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)耗能大，，速度低低(遠(yuǎn)不如如交、直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī))。。因此，目目前步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)僅用于于小容量、、低速、、精度要要求不高高的場合，，如經(jīng)濟(jì)濟(jì)型數(shù)控控，打印印機(jī)、繪繪圖機(jī)等等計(jì)算機(jī)機(jī)的外部部設(shè)備。。（2）伺伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)可分分為兩類類：伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)又稱稱執(zhí)行電電動(dòng)機(jī)。。其功能是將將輸入的的電壓控制制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸軸上輸出出的角位移和和角速度度，驅(qū)動(dòng)控制制對(duì)象。。交流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)可控控性好，，反應(yīng)迅迅速。是是自動(dòng)控控制系統(tǒng)和和計(jì)算機(jī)機(jī)外圍設(shè)設(shè)備中常常用的執(zhí)執(zhí)行元件件。伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)的進(jìn)給給系統(tǒng)3.4進(jìn)給驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的的組成驅(qū)動(dòng)裝置置——接受受CNC等發(fā)出出的指令令，經(jīng)過過功率放放大后，，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的大大小由指指令控制制。執(zhí)行元件件——步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)/直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)/交流流電動(dòng)機(jī)機(jī)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)——減速速裝置和和滾珠絲絲杠檢測元件件及反饋饋電路——速度度反饋和和位置反反饋，有有旋轉(zhuǎn)變變壓器、、光電編碼碼器和光光柵等。。3.5進(jìn)給伺服服系統(tǒng)的的常見故故障及診診斷實(shí)例例常見故障障當(dāng)進(jìn)給伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)出現(xiàn)故故障時(shí),通常有有三種表表現(xiàn)形式式：在CRT或操作作面板上上顯示報(bào)報(bào)警內(nèi)容容或報(bào)警警信息，，在進(jìn)給伺伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)單元上上用報(bào)警警燈或數(shù)數(shù)碼管顯顯示驅(qū)動(dòng)動(dòng)單元故故障；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)動(dòng)不正常常，但無無任何報(bào)報(bào)警信息息。（1）超超程當(dāng)當(dāng)進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)超過過由軟件件設(shè)定的的軟限位位或由限限位開關(guān)關(guān)設(shè)定的的硬限位位時(shí)，就就會(huì)發(fā)生生超程報(bào)報(bào)警。產(chǎn)產(chǎn)生原因因常見有有三種：編程不當(dāng)當(dāng)，當(dāng)工件坐坐標(biāo)系沒沒設(shè)定或或沒調(diào)用用刀補(bǔ)，，應(yīng)運(yùn)行行如G00X100.Y100；容容易出現(xiàn)現(xiàn)起程。操作不當(dāng)當(dāng)，如在JOG方式式回參考考點(diǎn)，對(duì)對(duì)刀錯(cuò)誤誤，刀補(bǔ)補(bǔ)值設(shè)定定錯(cuò)誤，，刀架離離參考點(diǎn)點(diǎn)太近就就進(jìn)行手手動(dòng)反回回參考點(diǎn)點(diǎn)容易出出現(xiàn)超程程。出現(xiàn)減速速開關(guān)失失靈、參參數(shù)設(shè)置置不合理理等造成回不不到參考考點(diǎn)故障障也會(huì)出出現(xiàn)超程程。3.5進(jìn)給伺服服系統(tǒng)的的常見故故障及診診斷實(shí)例例（

2））過載當(dāng)進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過大大，頻繁正正、反向向運(yùn)動(dòng)以以及傳動(dòng)動(dòng)鏈潤滑狀態(tài)態(tài)不良時(shí)，均會(huì)會(huì)引起過過載報(bào)警警。一般般會(huì)在CRT上上顯示伺伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)過載載、過熱熱或過流流等報(bào)警警信息。。同時(shí)，，在強(qiáng)電電柜中的的進(jìn)給驅(qū)驅(qū)動(dòng)單元元上、指指示燈或或數(shù)碼管管會(huì)提示示驅(qū)動(dòng)單單元過載載、過電電流等信信息。3.5進(jìn)給伺服服系統(tǒng)的的常見故故障及診診斷實(shí)例例（3）竄竄動(dòng)在在進(jìn)進(jìn)給時(shí)出出現(xiàn)竄動(dòng)動(dòng)現(xiàn)象：：①測速信信號(hào)不穩(wěn)穩(wěn)定，如如測速裝裝置故障障、測速速反饋信信號(hào)干擾擾等；②速度控控制信號(hào)號(hào)不穩(wěn)定定或受到到干擾；；③接線端端子接觸觸不良，，如螺釘釘松動(dòng)等等。當(dāng)竄動(dòng)發(fā)發(fā)生在由由正方向向運(yùn)動(dòng)與與反向運(yùn)運(yùn)動(dòng)的換換向瞬間間時(shí)，一一般是由由于進(jìn)給傳動(dòng)動(dòng)鏈的反向間隙隙或伺服服系統(tǒng)增增益過大大所致。3.5進(jìn)給伺服服系統(tǒng)的的常見故故障及診診斷實(shí)例例（

4））爬行發(fā)發(fā)生在起起動(dòng)加速段或或低速進(jìn)進(jìn)給時(shí)，一般般是由于于進(jìn)給傳傳動(dòng)鏈的的潤滑狀態(tài)態(tài)不良、、伺服系系統(tǒng)增益益低及外外加負(fù)載載過大等等因素所致致。尤其要注注意的是是：伺服服電動(dòng)機(jī)機(jī)和滾珠珠絲杠聯(lián)聯(lián)接用的的聯(lián)軸器器，由于于聯(lián)接松動(dòng)動(dòng)或聯(lián)軸軸器本身身的缺陷陷，如裂裂紋等，造成滾滾珠絲杠杠轉(zhuǎn)動(dòng)與與伺服電電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)動(dòng)不不同步，，從而使使進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)忽快快忽慢，，產(chǎn)生爬爬行現(xiàn)象象。3.5進(jìn)給伺服服系統(tǒng)的的常見故故障及診診斷實(shí)例例（5）機(jī)機(jī)床出現(xiàn)現(xiàn)振動(dòng)機(jī)機(jī)床以高高速運(yùn)行行時(shí)，可可能產(chǎn)生生振動(dòng)，，這時(shí)就就會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)過流報(bào)報(bào)警。機(jī)機(jī)床振動(dòng)動(dòng)問題一一般屬于于速度問問題，所所以就應(yīng)應(yīng)去查找找速度環(huán)環(huán)；而機(jī)機(jī)床速速度的的整個(gè)個(gè)調(diào)節(jié)節(jié)過程程是由由速度調(diào)調(diào)節(jié)器器來完成成的，，即凡凡是與與速度度有關(guān)關(guān)的問問題，，應(yīng)該該去查查找速速度調(diào)調(diào)節(jié)器器，因因此振振動(dòng)問問題應(yīng)應(yīng)查找找速度度調(diào)節(jié)節(jié)器。。主要要從給定信信號(hào)、、反饋饋信號(hào)號(hào)及速速度調(diào)調(diào)節(jié)器器本身這這三方方面去去查找找故障障。3.5進(jìn)給伺伺服系系統(tǒng)的的常見見故障障及診診斷實(shí)實(shí)例（6））伺服服電動(dòng)動(dòng)機(jī)不不轉(zhuǎn)伺伺服服電動(dòng)動(dòng)機(jī)不不轉(zhuǎn)，，常用用診斷斷方法法有：：①檢查查數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)是否否有速度控控制信信號(hào)輸輸出；②檢查查使能信信號(hào)是否接接通。。通過過CRT觀觀察I/O狀態(tài)態(tài)，分分析機(jī)機(jī)床PLC梯形形圖(或流流程圖圖)，，以確確定進(jìn)進(jìn)給軸軸的起起動(dòng)條條件，，如潤潤滑、、冷卻卻等是是否滿滿足；；③對(duì)帶電磁制制動(dòng)的伺服電電動(dòng)機(jī)，應(yīng)檢檢查電磁制動(dòng)是否否釋放；④進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障；⑤伺服電動(dòng)機(jī)故障。3.5進(jìn)給伺服系統(tǒng)統(tǒng)的常見故障障及診斷實(shí)例例（7）位置誤誤差當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)動(dòng)超過位置允允差范圍時(shí)，，數(shù)控系統(tǒng)就就會(huì)產(chǎn)生位置置誤差過大的報(bào)報(bào)警，包括跟隨誤誤差、輪廓誤誤差和定位誤誤差等。主要要原因有：①系統(tǒng)設(shè)定的的允差范圍小??；②伺服系統(tǒng)增增益設(shè)置不當(dāng)當(dāng)；③位置檢測裝裝置有污染；；④進(jìn)給傳動(dòng)鏈鏈累積誤差過過大；⑤主軸箱垂直直運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡衡裝置(如平平衡液壓缸等等)不穩(wěn)。3.5進(jìn)給伺服系統(tǒng)統(tǒng)的常見故障障及診斷實(shí)例例（8）漂移當(dāng)指令值為零零時(shí)，坐標(biāo)軸軸仍移動(dòng)，從從而造成位置置誤差。通過過誤差補(bǔ)償和驅(qū)驅(qū)動(dòng)單元的零零速調(diào)整來消除。（9）機(jī)械傳傳動(dòng)部件的間間隙與松動(dòng)在數(shù)控機(jī)床的的進(jìn)給傳動(dòng)鏈鏈中，常常由于傳動(dòng)元件件的鍵槽與鍵鍵之間的間隙隙使傳動(dòng)受到到破壞，因此，除了了在設(shè)計(jì)時(shí)慎慎重選擇鍵聯(lián)聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)之外外，對(duì)加工和和裝配必須進(jìn)進(jìn)行嚴(yán)查。在在裝配滾珠絲絲杠時(shí)應(yīng)當(dāng)檢檢查軸承的預(yù)預(yù)緊情況，以以防止?jié)L珠絲杠杠的軸向竄動(dòng)動(dòng)，因?yàn)橛蜗兑惨彩钱a(chǎn)生明顯顯傳動(dòng)間隙的的另一個(gè)原因因。3.5進(jìn)給伺服系統(tǒng)統(tǒng)的常見故障障及診斷實(shí)例例四、位置檢測元件4.1數(shù)控機(jī)床對(duì)檢檢測元件要求求位置檢測裝置置是數(shù)控機(jī)床伺伺服系統(tǒng)的重重要組成部分分。它的作用用是檢測位移和速速度，發(fā)送反反饋信號(hào)，構(gòu)構(gòu)成閉環(huán)或半半閉環(huán)控制。。數(shù)控機(jī)床的加加工精度主要要由檢測系統(tǒng)的精精度決定。不同類型的數(shù)數(shù)控機(jī)床，對(duì)對(duì)位置檢測元元件，檢測系系統(tǒng)的精度要要求和被測部部件的最高移移動(dòng)速度各不不相同。2022/12/1242對(duì)檢測元件的的要求：（1）壽命長長，可靠性要要高，抗干擾擾能力強(qiáng)。（2）滿足精精度、速度和和測量范圍的的要求。（3）使用維維護(hù)方便，適適合機(jī)床的工工作環(huán)境。（4）易于實(shí)實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)動(dòng)態(tài)測量和處處理，易于實(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。。（5）成本低低。2022/12/12444.2位置檢測裝置置的分類1、從檢測的信號(hào)號(hào)分直線型回轉(zhuǎn)型2、從傳感器輸出出信號(hào)分模擬式

數(shù)字式直線感應(yīng)同步步器、長光柵柵、長磁柵、、激光干涉儀儀旋轉(zhuǎn)變壓器、、圓感應(yīng)同步步器、圓光柵、圓磁磁柵、編碼盤盤光柵檢測裝置置、脈沖編碼碼盤旋轉(zhuǎn)變壓器、、感應(yīng)同步器器（1）直接測測量直接測量是將將直線型檢測裝裝置安裝在移移動(dòng)部件上，用來直接測測量工作臺(tái)的的直線位移，，作為全閉環(huán)環(huán)伺服系統(tǒng)的的位置反饋信信號(hào)，而構(gòu)成成位置閉環(huán)控控制。其優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高、可可靠性好，缺點(diǎn)是測量裝置要和和工作臺(tái)行程程等長，所以在大型型數(shù)控機(jī)床上上受到一定限限制。（2）間接測測量它是將旋轉(zhuǎn)型檢測裝裝置安裝在驅(qū)驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸或或滾珠絲杠上，通過檢測轉(zhuǎn)動(dòng)件的的角位移來間間接測量機(jī)床床工作臺(tái)的直直線位移，作為半閉環(huán)環(huán)伺服系統(tǒng)的的位置反饋用用。優(yōu)點(diǎn)是測量方便、無無長度限制。缺點(diǎn)是測量量信號(hào)中增加加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹敝本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了了測量精度。。3.

直接接測量和間接接測量（1）增量式式測量在在輪廓廓控制數(shù)控機(jī)機(jī)床上多采用用這種測量方方式，增量式式測量只測相對(duì)位移移量，如測量單位為為0.001mm，則每每移動(dòng)0.001mm就就發(fā)出一個(gè)脈脈沖信號(hào)，其其優(yōu)點(diǎn)是測量裝置較簡簡單，任何一個(gè)對(duì)