數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的故障診斷及其維修

第三章進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)

的故障診斷與維修

3.1對伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求1.調(diào)速范圍寬

2.定位精度高

3.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?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間，減小輪廓過渡誤差。

5.低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(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4～6倍而不損壞。6.可靠性高

要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。7.對電機(jī)的要求1）從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。2）電機(jī)應(yīng)具有大的較長時(shí)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(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。3）為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)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(shí)間常數(shù)和啟動電壓。4）電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動和反轉(zhuǎn)。3.2數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機(jī)床所采用的伺服進(jìn)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(jìn)給系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。使用步進(jìn)電機(jī)（包括電液脈沖馬達(dá)）作為伺服執(zhí)行元件，是其最明顯的特點(diǎn)。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(jìn)行功率放大后控制步進(jìn)電機(jī)，最終控制了步進(jìn)電機(jī)的角位移。步進(jìn)電機(jī)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。因此，控制步進(jìn)電機(jī)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)環(huán)控制系系統(tǒng)的數(shù)數(shù)控機(jī)床床結(jié)構(gòu)簡簡單，制制造成本本低，但但是由于于系統(tǒng)對對移動部部件的實(shí)實(shí)際位移移量不進(jìn)進(jìn)行檢測測，因此此無法通通過反饋饋?zhàn)詣舆M(jìn)進(jìn)行誤差差檢測和和校正。。步進(jìn)電機(jī)機(jī)的步距距角誤差差、齒輪輪與絲杠杠等部件件的傳動動誤差,最終終都將影影響被加加工零件件的精度度；特別別是在負(fù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩矩超過電電動機(jī)輸輸出轉(zhuǎn)矩矩時(shí)，將將導(dǎo)致步步進(jìn)電機(jī)機(jī)的“失失步”，，使加工工無法進(jìn)進(jìn)行。因此，開開環(huán)控制制僅適用用于加工工精度要要求不高高，負(fù)載載較輕且且變化不不大的簡簡易、經(jīng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)數(shù)控機(jī)床床上。采用半閉閉環(huán)控制制系統(tǒng)的的數(shù)控機(jī)機(jī)床，電電氣控制制與機(jī)械械傳動間間有明顯顯的分界界，因此此調(diào)試維維修與故故障診斷斷較方便便且機(jī)械械部分的的間隙摩摩擦死區(qū)區(qū)剛度等等非線性性環(huán)節(jié)都都在閉環(huán)環(huán)以外，，因此系系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定性較較好。伺服電機(jī)機(jī)和光電電編碼器器通常做做成一體體，電動動機(jī)和絲絲杠間可可以直接接聯(lián)接或或通過減減速裝置置聯(lián)接；；位置檢檢測單位位和實(shí)際際最小移移動單位位間的匹匹配，可可以通過過數(shù)控系系統(tǒng)的參參數(shù)（電電子齒輪輪比）進(jìn)進(jìn)行設(shè)置置。它具具有傳動動系統(tǒng)簡簡單、結(jié)結(jié)構(gòu)緊湊湊、制造造成本低低、性能能價(jià)格比比高等特特點(diǎn)，從從而在數(shù)數(shù)控機(jī)床床上得到到廣泛應(yīng)應(yīng)用。如如圖3-2為半半閉環(huán)控控制系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)原理圖圖。采用閉環(huán)環(huán)控制系系統(tǒng)的數(shù)數(shù)控機(jī)床床的特點(diǎn)點(diǎn)是：機(jī)機(jī)床移動動部件上上直接安安裝有直直線位移移檢測裝裝置，檢檢測裝置置檢測最最終位移移輸出量量。實(shí)際際位移值值被反饋饋到數(shù)控控裝置或或伺服驅(qū)驅(qū)動中，，它可以以直接與與輸入的的指令位位移值進(jìn)進(jìn)行比較較，用誤誤差進(jìn)行行控制，，最終實(shí)實(shí)現(xiàn)移動動部件的的精確運(yùn)運(yùn)動和定定位。從從理論上上說，對對于這樣樣的閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)，，其運(yùn)動動精度僅僅取決于于檢測裝裝置的檢檢測精度度，它與與機(jī)械傳傳動的誤誤差無關(guān)關(guān)，顯然然，其精精度將高高于半閉閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)。而且且它可以以對傳動動系統(tǒng)的的間隙、、磨損自自動補(bǔ)償償，其精精度保持持性要比比半閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)好好得多。。圖3-3為全全閉環(huán)控控制系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)原理圖圖。由于閉環(huán)環(huán)控制系系統(tǒng)的工工作特點(diǎn)點(diǎn)，它對對機(jī)械結(jié)結(jié)構(gòu)以及及傳動系系統(tǒng)的要要求比半半閉環(huán)更更高，傳傳動系統(tǒng)統(tǒng)的剛度度、間隙隙、導(dǎo)軌軌的爬行行等各種種非線性性因素將將直接影影響系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)定定性，嚴(yán)嚴(yán)重時(shí)甚甚至產(chǎn)生生振蕩。。解決以上上問題的的最佳途途徑是采采用直線線電動機(jī)機(jī)作為驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)的執(zhí)行行器件。。采用直直線電動動機(jī)驅(qū)動動，可以以完全取取消傳動動系統(tǒng)中中將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動變變?yōu)橹本€線運(yùn)動的的環(huán)節(jié)，，大大簡簡化機(jī)械械傳動系系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)，實(shí)實(shí)現(xiàn)了所所謂的““零傳動動”。它它從根本本上消除除了傳動動環(huán)節(jié)對對精度、、剛度、、快速性性、穩(wěn)定定性的影影響，故故可以獲獲得比傳傳統(tǒng)進(jìn)給給驅(qū)動系系統(tǒng)更高高的定位位精度、、快進(jìn)速速度和加加速度。。從原理上上說，數(shù)數(shù)控機(jī)床床的伺服服系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)包括從從位置指指令脈沖沖給定到到實(shí)際位位置輸出出的全部部環(huán)節(jié)，，即包括括位置控控制、速速度控制制、驅(qū)動動電動機(jī)機(jī)、檢測測元器件件等部分分。但在在很多系系統(tǒng)中，，為了制制造方便便，通常常將伺服服系統(tǒng)的的位置控控制部分分與CNC裝置制成成一體，，所以，，人們平平時(shí)習(xí)慣慣上所說說的機(jī)床床伺服進(jìn)進(jìn)給系統(tǒng)統(tǒng)，一般般是指伺伺服進(jìn)給給系統(tǒng)的的速度控控制單元元、伺服服電動機(jī)機(jī)、檢測測元器件件部分，，而不包包括位置置控制部部分。3.3.1、步步進(jìn)電機(jī)機(jī)的工作作原理步進(jìn)電機(jī)機(jī)是一種種能將數(shù)數(shù)字脈沖沖以軸步步進(jìn)一個(gè)個(gè)步距角角增量，，因此，，步進(jìn)電電機(jī)能很很方便地地將電脈脈沖轉(zhuǎn)換換為角位位移，具具有較好好的定位位精度，，無漂移移和無積積累定位位誤差的的優(yōu)點(diǎn)，，能跟蹤蹤一定頻頻率范圍圍的脈沖沖列，可可作同步步電動機(jī)機(jī)使用，，廣泛地地應(yīng)用于于各種小小型自動動化設(shè)備備及儀器器。3.3步進(jìn)驅(qū)動動系統(tǒng)3.3.2步步進(jìn)電電機(jī)的分分類：按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)產(chǎn)生的原原理可分分為:1.反應(yīng)應(yīng)式步進(jìn)進(jìn)電機(jī);2.永磁磁式步進(jìn)進(jìn)電機(jī);3.混合合式步進(jìn)進(jìn)電機(jī)；；可變磁阻阻式步進(jìn)進(jìn)電機(jī)又又稱為反應(yīng)式步步進(jìn)電機(jī)機(jī)，工作原原理是由由改變電電動機(jī)的的定子和和轉(zhuǎn)子的的軟鋼齒齒之間的的電磁引引力來改改變定子子和轉(zhuǎn)子子的相對對位置，，這種電電動機(jī)結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單、步距距角小。。永磁式步步進(jìn)電機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵鐵心上裝裝有多條條永久磁磁鐵，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動與定定位是由由定、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子之間間的電磁磁引力與與磁鐵磁磁力共同同作用的的。與反反應(yīng)式步步進(jìn)電機(jī)機(jī)相比，，相同體體積的永永磁式步步進(jìn)電動動機(jī)轉(zhuǎn)矩矩大，步步距角也也大?；旌鲜讲讲竭M(jìn)電機(jī)機(jī)結(jié)合了反反應(yīng)式步步進(jìn)電機(jī)機(jī)和永磁磁式步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的的優(yōu)點(diǎn)，，采用永永久磁鐵鐵提高電電動機(jī)的的轉(zhuǎn)矩，，采用細(xì)細(xì)密的極極齒來減減小步距距角，是是目前數(shù)數(shù)控機(jī)床床上應(yīng)用用最多的的步進(jìn)電電動機(jī)。。從控制繞繞組數(shù)量量上可分分為:1.二相相步進(jìn)電電機(jī)。2.三相相步進(jìn)電電機(jī)。3.四相相步進(jìn)電電機(jī)。4.五相相步進(jìn)電電機(jī)。5.六相相步進(jìn)電電機(jī)。從運(yùn)動的的型式上上可分為為：1.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)步進(jìn)電電機(jī)。2.直線線步進(jìn)電電機(jī)。3.平面面步進(jìn)電電機(jī)。（一）.驅(qū)驅(qū)動電電路：(a)(b)(c)VDCVDCVDC步進(jìn)電機(jī)機(jī)繞組的的驅(qū)動電電路，單單極性電電流一般般采用下下圖<a>雙管串聯(lián)聯(lián)電路,雙極性電電流一般般采用下下圖<b>的H橋電路;對于三相相混合式式步進(jìn)電電機(jī)則采采用三相相逆變橋橋電路,<c>3.3.3步進(jìn)電機(jī)機(jī)的驅(qū)動動電路、、控制方方式及接接線圖（二）步進(jìn)電動動機(jī)繞組組電流控控制電路路（三）.步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的的接線圖圖（一）步步距角角和步距距誤差：：轉(zhuǎn)子每步步轉(zhuǎn)過的的空間機(jī)機(jī)械角度度，即步步距角β為β=360°/Z*N其中Z-轉(zhuǎn)子齒數(shù)數(shù)，N-運(yùn)行拍數(shù)數(shù)。步進(jìn)電機(jī)機(jī)每走一一步，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子實(shí)際際的角位位移與設(shè)設(shè)計(jì)的步步距角存存在有步步距誤差差。連續(xù)續(xù)走若干干步時(shí)，，上述誤誤差形成成累積值值。轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)過一一圈后，，回至上上一轉(zhuǎn)的的穩(wěn)定位位置，因因此步進(jìn)進(jìn)電機(jī)步步距的誤誤差不會會長期積積累。步步進(jìn)電機(jī)機(jī)步距的的積累誤誤差，是是指一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)內(nèi)步距積積累誤差差的最大大值，步步距誤差差和積累累誤差通通常用度度、分或或者步距距角的百百分比表表示。影影響步距距誤差和和積累誤誤差的主主要因素素有:齒齒與磁磁極的分分度精度度；鐵心心迭壓及及裝配精精度；各各相矩角角特性之之間差別別的大小小；氣隙隙的不均均勻程度度等。（四））步步進(jìn)電電機(jī)的的主要要特性性：（二））靜態(tài)態(tài)矩角角特性性和最最大靜靜轉(zhuǎn)矩矩特性性：所謂靜靜態(tài)是是指電電機(jī)不不改變變通電電狀態(tài)態(tài)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子不不動時(shí)時(shí)的工工作狀狀態(tài)。?？蛰d載時(shí)，，步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)某相相通以以直流流電流流時(shí)，，該相相對應(yīng)應(yīng)的定定、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子齒齒對齊齊，這這時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子無無轉(zhuǎn)矩矩輸出出。如如在電電機(jī)軸軸上加加一順順時(shí)針針方向向的負(fù)負(fù)載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，，步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子子則按按順時(shí)時(shí)針方方向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一一個(gè)小小角度度θ，稱為失失調(diào)角角,這這時(shí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T與負(fù)載載轉(zhuǎn)矩矩相等等。矩矩角特特性是是描述述步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)穩(wěn)態(tài)態(tài)時(shí)，，電磁磁轉(zhuǎn)矩矩與失失調(diào)角角θ之間關(guān)關(guān)系的的曲線線，或或稱為為靜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩特特性。。T0步進(jìn)電電機(jī)矩矩角特特性（三））啟動慣慣頻特特性在負(fù)載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩ML=0的條件件下，，步進(jìn)進(jìn)電動動機(jī)由由靜止止?fàn)顟B(tài)態(tài)突然然啟動動，不不丟步步地進(jìn)進(jìn)入正正常運(yùn)運(yùn)行狀狀態(tài)所所允許許的最最高啟啟動頻頻率，，稱為為啟動頻頻率或突跳跳頻率率，超超過此此值就就不能能正常常啟動動。啟啟動頻頻率與與機(jī)械械系統(tǒng)統(tǒng)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣慣量有有關(guān)，，包括括步進(jìn)進(jìn)電動動機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的的轉(zhuǎn)動動慣量量，加加上其其它運(yùn)運(yùn)動部部件折折算至至步進(jìn)進(jìn)電動動機(jī)軸軸上的的轉(zhuǎn)動動慣量量。下下圖表表示啟啟動頻頻率與與負(fù)載載轉(zhuǎn)動動慣量量之間間的關(guān)關(guān)系。。隨著著負(fù)載載慣量量的增增加，，起動動頻率率下降降。若若同時(shí)時(shí)存在在負(fù)載載轉(zhuǎn)矩矩ML；；則起動動頻率率將進(jìn)進(jìn)一步步降低低。在在實(shí)際際應(yīng)用用中，，由于于ML的存在在，可可采用用的啟啟動頻頻率要要比慣慣頻特特性還還要低低。（四））步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)矩頻頻特性性：矩頻特特性是是用來來描述述步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)連續(xù)續(xù)穩(wěn)定定運(yùn)行行時(shí)輸輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩寫寫連續(xù)續(xù)運(yùn)行行頻率率之間間的關(guān)關(guān)系曲曲線。矩頻頻特性性曲線線上每每一頻頻率所所對應(yīng)應(yīng)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩稱稱為動動態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。。動態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)矩矩除了了和步步進(jìn)電電機(jī)結(jié)結(jié)構(gòu)及及材料料有關(guān)關(guān)外，，還與與步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)繞組組連接接、驅(qū)驅(qū)動電電路、、驅(qū)動動電壓壓有密密切的的關(guān)系系。下下圖是是混合合式步步進(jìn)電電機(jī)連連續(xù)運(yùn)運(yùn)行時(shí)時(shí)的典典型的的矩頻頻特性性曲線線。1.電電機(jī)不不運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1）驅(qū)驅(qū)動動器無無供電電電壓壓2）驅(qū)驅(qū)動動器保保險(xiǎn)絲絲熔斷斷3）驅(qū)驅(qū)動動器報(bào)報(bào)警(過電電壓、、欠電電壓、、過電電流、、過熱熱)4）驅(qū)驅(qū)動動器與與電機(jī)機(jī)連線線斷線線5）系統(tǒng)參參數(shù)設(shè)設(shè)置不不當(dāng)6）驅(qū)驅(qū)動動器使使能信信號被被封鎖鎖7）接接口口信號號線接接觸不不良8）驅(qū)驅(qū)動動器電電路故故障9）電電機(jī)機(jī)卡死死或者者出現(xiàn)現(xiàn)故障障10））電動動機(jī)生生銹11））指令令脈沖沖太窄窄、頻頻率過過高、、脈沖沖電平平太低低3.3.4步步進(jìn)電電機(jī)常常見故故障及及分析析：2.電機(jī)起起動后后堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1）指指令頻頻率太太高2）負(fù)負(fù)載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩太太大3）加加速時(shí)時(shí)間太太短4）負(fù)負(fù)載慣慣量太太大5）電電源電電壓降降低3.電電機(jī)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)不不均勻勻，有有抖動動1）指指令令脈沖沖不均均勻2）指指令令脈沖沖太窄窄3）指指令令脈沖沖電平平不正正確4）指指令令脈沖沖電平平與驅(qū)驅(qū)動器器不匹匹配5）脈脈沖沖信號號存在在噪聲聲6）脈脈沖沖頻率率與機(jī)機(jī)械發(fā)發(fā)生共共振4.電電機(jī)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)不規(guī)規(guī)則，，正反反轉(zhuǎn)地地?fù)u擺擺1）指指令脈脈沖頻頻率與與電機(jī)機(jī)發(fā)生生共振振2）外外部部干擾擾5.電電機(jī)機(jī)定位位不準(zhǔn)準(zhǔn)1）加加減減速時(shí)時(shí)間太太小2）存存在在干擾擾噪聲聲3）系系統(tǒng)屏屏蔽不不良6.電電機(jī)過過熱：：1）工工作環(huán)環(huán)境過過于惡惡劣，，環(huán)境境溫度度過高高2）參參數(shù)選選擇不不當(dāng)，，如電電流過過大，，超過過相電電流3）電電壓過過高7.工工作作過程程中停停車：：1）驅(qū)驅(qū)動動電源源故障障2）電電動動機(jī)線線圈匝匝間短短路或或接地地3）繞繞組組燒壞壞4）脈脈沖沖發(fā)生生電路路故障障5）雜雜物卡卡住8.噪噪聲聲大1）電電機(jī)運(yùn)運(yùn)行在在低頻頻區(qū)或或共振振區(qū)2）純純慣性性負(fù)載載、短短程序序、正正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頻繁繁3）磁磁路混混合式式或永永磁式式轉(zhuǎn)子子磁鋼鋼退磁磁后以以單步步運(yùn)行行或在在失步步區(qū)4）永永磁單單向旋旋轉(zhuǎn)步步進(jìn)電電機(jī)的的定向向機(jī)構(gòu)構(gòu)損壞壞9.失失步步或者者多步步1）負(fù)負(fù)載過過大，，超過過電動動機(jī)的的承載載能力力2）負(fù)負(fù)載忽忽大忽忽小3）負(fù)負(fù)載的的轉(zhuǎn)動動慣量量過大大，啟啟動時(shí)時(shí)失步步、停停車時(shí)時(shí)過沖沖4）傳傳動間間隙大大小不不均5）傳傳動間間隙產(chǎn)產(chǎn)生的的零件件有彈彈性變變形6）電電動機(jī)機(jī)工作作在震震蕩失失步區(qū)區(qū)7）電電路總總清零零使用用不當(dāng)當(dāng)8）干干擾9）定定、轉(zhuǎn)子子相檫檫10.無無力或或者是是出力力降低低1）驅(qū)驅(qū)動動電源源故障障2）電電動動機(jī)繞繞組內(nèi)內(nèi)部發(fā)發(fā)生錯(cuò)錯(cuò)誤3）電電動動機(jī)繞繞組碰碰到機(jī)機(jī)殼，，發(fā)生生相間間短路路或者者線頭脫脫落4）電電動動機(jī)軸軸斷5）電電動動機(jī)定定子與與轉(zhuǎn)子子之間間的氣氣隙過過大6）電電源源電壓壓過低低11.不能能啟動動1）工工作作方式式不對對2）驅(qū)驅(qū)動動電路路故障障3）遙遙控控時(shí)，，線路路壓降降過大大4）安安裝裝不正正確，，或電電動機(jī)機(jī)本身身軸承承、止口口等故故障使使電動動機(jī)不不轉(zhuǎn)5）N、S極接錯(cuò)錯(cuò)6）長長期期在潮潮濕場場所存存放，，造成成電動動機(jī)部部分生生銹

驅(qū)動保護(hù)電路開關(guān)電源FPGA顯示、按鍵26LS32EPROMM26LS31光耦光耦光耦285DSP(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碼器輸入接口6PG+光耦3.4.1進(jìn)進(jìn)給給伺服服原理理原理理及接接線圖圖3.4進(jìn)進(jìn)給伺伺服驅(qū)驅(qū)動系系統(tǒng)伺服驅(qū)驅(qū)動器器一般般硬件件框圖圖伺服驅(qū)驅(qū)動控控制結(jié)結(jié)構(gòu)圖圖伺服系系統(tǒng)主主回路路的接接線圖圖松下伺伺服驅(qū)驅(qū)動器器I/F速度控控制接接線圖圖松下伺伺服驅(qū)驅(qū)動器器I/F位置控控制接接線圖圖松下伺伺服驅(qū)驅(qū)動器器I/F轉(zhuǎn)矩控控制接接線圖圖三洋伺伺服系系統(tǒng)與與數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)連接接圖松下伺伺服系系統(tǒng)與與數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)連接接圖西門子子伺服服系統(tǒng)統(tǒng)與數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)連連接圖圖3.4.2參參數(shù)設(shè)設(shè)置位置比比例增增益①設(shè)定定位置置環(huán)調(diào)調(diào)節(jié)器器的比比例增增益。。②設(shè)置置值越越大，，增益益越高高，剛剛度越越大，，相同同頻率率指令令脈沖沖條件件下，，位置置滯后后量越越小。。但數(shù)數(shù)值太太大可可能會會引起起振蕩蕩或超超調(diào)。。③參數(shù)數(shù)數(shù)值值由具具體的的伺服服系統(tǒng)統(tǒng)型號號和負(fù)負(fù)載情情況確確定。。2.速度比比例增增益①設(shè)定定速度度調(diào)節(jié)節(jié)器的的比例例增益益。②設(shè)置置值越越大，，增益益越高高，剛剛度越越大。。參數(shù)數(shù)數(shù)值值根據(jù)據(jù)具體體的伺伺服驅(qū)驅(qū)動系系統(tǒng)型型號和和負(fù)載載值情情況確確定。。一般般情況況下，，負(fù)載載慣量量越大大，設(shè)設(shè)定值值越大大。③在系系統(tǒng)不不產(chǎn)生生振蕩蕩的條條件下下，盡盡量設(shè)設(shè)定較較大的的值。。3.速度積積分時(shí)時(shí)間常常數(shù)①設(shè)定定速度度調(diào)節(jié)節(jié)器的的積分分時(shí)間間常數(shù)數(shù)。②設(shè)置值值越小小，積積分速速度越越快。。參數(shù)數(shù)數(shù)值值根據(jù)據(jù)具體體的伺伺服驅(qū)驅(qū)動系系統(tǒng)型型號和和負(fù)載載情況況確定定。一一般情情況下下，負(fù)負(fù)載慣慣量越越大，，設(shè)定定值越越大。。③在系統(tǒng)統(tǒng)不產(chǎn)產(chǎn)生振振蕩的的條件件下，，盡量量設(shè)定定較小小的值值。3.4.3進(jìn)進(jìn)給給伺服服系統(tǒng)統(tǒng)各類類故障障的反反映形形式機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的故障按機(jī)床提供的報(bào)警形式大致可分為三類：1）CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容，它是利用軟件的診斷程序來實(shí)現(xiàn)。2）利用進(jìn)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(xiǎn)絲熔斷等）顯示報(bào)警驅(qū)動單元的故障。3）進(jìn)給運(yùn)動不正常，但沒有任何報(bào)警指示。1.進(jìn)進(jìn)給給伺服服系統(tǒng)統(tǒng)出錯(cuò)錯(cuò)報(bào)警警故障障這類故故障的的起因因，大大多是是速度度控制制單元元方面面的故故障引引起的的，或或是主主控制制印制制線路路板與與位置置控制制或伺伺服信信號有有關(guān)部部分的的故障障?？煽筛鶕?jù)據(jù)報(bào)警警所顯顯示的的內(nèi)容容去排排除。。3.4.4進(jìn)給伺伺服常常見報(bào)報(bào)警2.檢測元元件（測速速發(fā)電電機(jī)、、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓壓器或或脈沖沖編碼碼器等等）或檢測測信號號方面面引起起的故故障例如：：某數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床顯顯示““主軸軸編碼碼器斷斷線””。引引起的的原因因有：：①電機(jī)動動力線線斷線線。如果果伺服服電源源剛接接通，，尚未未接到到任何何指令令時(shí)，，就發(fā)發(fā)生這這種報(bào)報(bào)警，，則由由于斷斷線而而造成成故障障可能能性最最大。。②伺服單單元印印制線線路板板上設(shè)設(shè)定錯(cuò)錯(cuò)誤，如將將檢測測元件件脈沖沖編碼碼器設(shè)設(shè)定成成了測測速發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)等。。③沒有速速度反反饋電電壓或或時(shí)有有時(shí)斷斷，這可可用顯顯示其其來測測量速速度反反饋信信號來來判斷斷，這這類故故障出出檢測測元件件本身身存在在故障障外，，多數(shù)數(shù)是由由于連連接不不良或或接通通不良良引起起的。。④由于光光電隔隔離板板或中中間的的某些些電路路板上上劣質(zhì)質(zhì)元器器件所所引起起的。當(dāng)有有時(shí)開開機(jī)運(yùn)運(yùn)行相相當(dāng)長長一段段時(shí)間間后，，出現(xiàn)現(xiàn)“主主軸編編碼器器斷線線”，，這是是，重重新開開機(jī)，，可能能會自自動消消除故故障。。3.過過熱熱報(bào)警警故障障這里所所述的的過熱熱是指指伺服服單元元、變變壓器器及伺伺服電電機(jī)等等的過過熱。。引起起過熱熱報(bào)警警的原原因有有：1）機(jī)機(jī)床切切削條條件苛苛刻及及機(jī)床床摩擦擦力矩矩過大大，引引起主主回路路中的的過熱熱繼電電器動動作。。2）切切削時(shí)時(shí)，伺伺服電電機(jī)電電流太太大或或變壓壓器本本身故故障，，引起起伺服服變壓壓器熱熱控開開關(guān)動動作。。3）伺伺服電電機(jī)電電耦內(nèi)內(nèi)部短短路或或絕緣緣不良良、電電機(jī)永永久磁磁鋼去去磁或或脫落落及電電機(jī)制制動器器不良良，引引起電電機(jī)的的熱控控開關(guān)關(guān)動作作。4）驅(qū)動器器參數(shù)數(shù)增益益不當(dāng)當(dāng)或驅(qū)動器器與電電機(jī)參數(shù)匹匹配不當(dāng)。例如：：某直直流伺伺服電電機(jī)過過熱報(bào)報(bào)警，，可能能原因因有：：①過負(fù)荷荷?？梢砸酝ㄟ^過測量量電機(jī)機(jī)電流流是否否超過過額定定值來來判斷斷。②②電機(jī)線線圈絕絕緣不不良。可用用500V絕緣電電阻表表檢查查電樞樞線圈圈與機(jī)機(jī)殼之之間的的絕緣緣電阻阻。如如果在在1MΩ以上，，表示示絕緣緣正常常，否否則應(yīng)應(yīng)清理理換向向器表表面的的炭刷刷粉末末等。。③電機(jī)線線圈內(nèi)內(nèi)部短短路?？尚缎断码婋姍C(jī)，，測電電機(jī)空空載電電流，，如果果此電電流與與轉(zhuǎn)速速成正正比變變化，，則可可判斷斷為電電機(jī)線線圈內(nèi)內(nèi)部短短路。。應(yīng)清清掃換換向器器表面面，如如表面面上有有油更更易引引起此此故障障。④④電機(jī)磁磁鐵退退磁?？赏ㄟ^過快速速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)時(shí)，，測定定電機(jī)機(jī)電樞樞電壓壓是否否正常常。如如電壓壓低且且發(fā)熱熱，則則說明明電機(jī)機(jī)已退退磁。。應(yīng)重重新充充磁。。⑤制動器器失靈靈。當(dāng)電電機(jī)帶帶有制制動器器時(shí)，，如電電機(jī)過過熱則則應(yīng)檢檢查制制動器器動作作是否否靈活活。⑥⑥CNC裝置的的有關(guān)關(guān)印制制線路路板不不良。。4.電電機(jī)機(jī)過載載i）機(jī)床負(fù)負(fù)荷異異常，，引起起電機(jī)機(jī)電流流超過過額定定值。。這可可以用用檢查查電動動機(jī)電電流來來判斷斷。此此時(shí)需需要變變更切切削條條件，，減輕輕機(jī)床床負(fù)荷荷。ii））印制電電路板板設(shè)定定錯(cuò)誤誤。亦亦即應(yīng)應(yīng)確定定電動動機(jī)過過載的的設(shè)定定是否否正確確。iii）印制線線路板板不良良。iv））對于交交流伺伺服來來說，，沒有有脈沖沖編碼碼器反反饋信信號也也會引引起電電機(jī)過過載報(bào)報(bào)警。。v）起動扭扭矩超超過最最大扭扭矩或或者負(fù)負(fù)載有有沖擊擊現(xiàn)象象；電電機(jī)振振動或或抖動動。vi））電機(jī)或或編碼碼器配配線異異常（（配線線不良良或連連接不不良））。vii)編碼器器有故故障（（反饋饋脈沖沖與電電動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)角角不成成比例例變化化，而而有跳跳躍））5.伺伺服服單元元過電電流報(bào)報(bào)警i）伺服驅(qū)驅(qū)動器器的電電路板板與熱熱開關(guān)關(guān)連接接不良良。ii））U、、V、、W與地線線連接接錯(cuò)誤誤，或或它們們之間間存在在短路路。iii）伺服驅(qū)驅(qū)動器器故障障（電電流反反饋電電路、、功率率晶體體管或或者電電路板板故障障)。。iv））因負(fù)載載轉(zhuǎn)動動慣量量大并并且高高速旋旋轉(zhuǎn)，，動態(tài)態(tài)制動動器停停止，，制動動電路路故障障。v）伺服驅(qū)驅(qū)動器器的安安裝方方法（（方向向、與與其他他部分分的間間隔））不適適合。。vi））負(fù)載是是否過過大，，是否否超出出再生生處理理能力力等。。vii）伺服驅(qū)驅(qū)動器器的風(fēng)風(fēng)扇停停止轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動6.伺伺服服單元元過電電壓報(bào)報(bào)警i）負(fù)載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣慣量過過大（（再生生能力力不足足）。ii））內(nèi)部或或外接接的再再生放放電電電路故故障（（包括括接線線斷開開或破破損等等）。iii）加減速速時(shí)間間過小小，在在降速速過程程中引引起過過電壓壓。iv））檢查AC電源電電壓（（是否否有過過大的的變化化）。。7.伺伺服服單元元欠電電壓報(bào)報(bào)警i）電源容容量太太小或AC電源電電壓過過低。ii））伺服驅(qū)驅(qū)動器器的保保險(xiǎn)絲絲熔斷斷。iii）沖擊電電流限限制電電阻斷斷線（（電源源電壓壓是否否異常常，沖沖擊電電流限限制電電阻是是否過過載）。iv））伺服ON信號提提前有有效。v）電機(jī)主主電路路用電電纜短短路。vi））發(fā)生瞬瞬時(shí)停停電。vii）整流器器件損損壞或伺服驅(qū)驅(qū)動器器故障障。8.速速度單單元的的斷路路器斷斷開報(bào)報(bào)警1）干干擾。。有時(shí)時(shí)速度度單元元受外外界的的干擾擾影響響，斷斷路器器自動動斷開開。2）機(jī)機(jī)床負(fù)負(fù)荷異異常。。這可可以用用示波波器檢檢查機(jī)機(jī)床在在快速速進(jìn)給給時(shí)的的電動動機(jī)電電流是是否超超過額額定值值來判判斷機(jī)機(jī)床負(fù)負(fù)荷是是否異異常。。3）速速度控控制單單元內(nèi)內(nèi)整流流用二二級管管模塊塊不好好。4）印印制電電路板板不好好或印印制板板與速速度控控制單單元之之間的的連接接不好好。9.停停機(jī)誤誤差過過大或或運(yùn)行行時(shí)誤誤差過過大報(bào)報(bào)警i）位置偏偏差設(shè)設(shè)置錯(cuò)錯(cuò)誤。因此要要認(rèn)真檢檢查參數(shù)數(shù)的設(shè)定定值。ii）超調(diào)。在數(shù)控控系統(tǒng)中中加/減減速時(shí)間間里，如如果電動動機(jī)沒有有流過加加減速時(shí)時(shí)必要的的電流，，從而使使位置控控制回路路的誤差差增加。。當(dāng)用示示波器觀觀察速度度控制單單元的指指令波形形，應(yīng)使使超調(diào)量量在5％％以下。。為了消消除本報(bào)報(bào)警，可可加大數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的加減減速時(shí)間間和加大大速度控控制單元元的增益益。iii））輸入電源源電壓太太低。iv）連接不良良。如測速速機(jī)信號號線、電電機(jī)動力力線等的的連接不不良均會會引起誤誤差過大大。v）數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的位置控制制部分和速度控制制部分的故障。。vi）如果是直直流伺服服電動機(jī)機(jī)，則電電機(jī)的碳刷接觸觸不良也會引起起誤差過過大。10.漂漂移補(bǔ)補(bǔ)償量過過大報(bào)警警i）連接不良良。這里指指的連接接有兩個(gè)個(gè)方面。。一是電電動機(jī)動動力線連連接不良良，二是是電動機(jī)機(jī)和檢測測元件之之間的連連接不良良。ii）CNC系統(tǒng)中有有關(guān)漂移移量補(bǔ)償償?shù)膮?shù)設(shè)定定錯(cuò)誤引起的。。iii））速度控制制單元CNC裝置的主主板的位位置控制制部分有有故障。。3.4.5進(jìn)進(jìn)給伺伺服驅(qū)動動系統(tǒng)常常見故障障及處理理1.位置置跟蹤誤誤差超差差報(bào)警1）電機(jī)機(jī)過載2）伺服服變壓器器過熱3）伺服服變壓器器保護(hù)熔熔斷器熔熔斷4）輸入入電源電電壓太低低5）伺服服驅(qū)動器器與CNC之間的信信號電纜纜連接不不良6）干擾擾7）參數(shù)數(shù)設(shè)置不不當(dāng)（位位置偏差差值設(shè)定定錯(cuò)誤））8）伺服服電機(jī)不不良9）電機(jī)機(jī)的動力力線和反反饋線連連接故障障10）速速度控制制單元故故障以及及系統(tǒng)主主板的位位置控控制部分分故障11）伺伺服參數(shù)數(shù)設(shè)置不不當(dāng)或錯(cuò)錯(cuò)誤12)編編碼器不不良13）連接不良良引起14）機(jī)機(jī)械傳動動系統(tǒng)引引起2.工工作過程程中，振振動或爬爬行1）電動機(jī)負(fù)負(fù)載過重重。2）機(jī)械傳動動系統(tǒng)不不良。3）位置環(huán)增增益過高高。4）伺服服電動機(jī)機(jī)不良。。5）外部部干擾、、接地、、屏蔽不不良等等等。例1：一一臺配套套某系統(tǒng)統(tǒng)的加工工中心，，進(jìn)給加加工過程程中，發(fā)發(fā)現(xiàn)X軸有振動動現(xiàn)象。。分析與處處理過程程：加工工過程中中坐標(biāo)軸軸出現(xiàn)振振動、爬爬行現(xiàn)象象與多種種原因有有關(guān)，故故障可能能是機(jī)械械傳動系系統(tǒng)的原原因，亦亦可能是是伺服進(jìn)進(jìn)給系統(tǒng)統(tǒng)的調(diào)整整與設(shè)定定不當(dāng)?shù)鹊鹊?。維修時(shí)通通過互換換法，確確認(rèn)故障障原因出出在直流流伺服電電動機(jī)上上。卸下下X軸電動機(jī)機(jī)，經(jīng)檢檢查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)6個(gè)電電刷中有有2個(gè)的的彈簧已已經(jīng)燒斷斷，造成成了電樞樞電流不不平衡，，使電動動機(jī)輸出出轉(zhuǎn)矩不不平衡。。另外，，發(fā)現(xiàn)電電動機(jī)的的軸承亦亦有損壞壞，故而而引起Y軸的振動動與過電電流。更換電動動機(jī)軸承承與電刷刷后，機(jī)機(jī)床恢復(fù)復(fù)正常。。例2：配配套某系系統(tǒng)的加加工中心心，在長長期使用用后，手手動操作作Z軸時(shí)有振振動和異異常響聲聲，并出出現(xiàn)“移移動過程程中”Z軸誤差過過大”報(bào)報(bào)警。利用手動動轉(zhuǎn)動機(jī)機(jī)床Z軸，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)絲杠轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動困難難，絲杠杠的軸承承發(fā)熱。。經(jīng)仔細(xì)細(xì)檢查，，發(fā)現(xiàn)Z軸導(dǎo)軌無無潤滑，，造成Z軸摩擦阻阻力過大大；重新新修理Z軸潤滑系系統(tǒng)后，，機(jī)床恢恢復(fù)正常常。3.運(yùn)運(yùn)動失控控（飛車車）1）位置置檢測、、速度檢檢測信號號是否為為正反饋饋。2）電動動機(jī)或位位置編碼碼器故障障。3）主板板、速度度控制單單元故障障。4.機(jī)床床定位精精度或加加工精度度差機(jī)床定位位精度或或加工精精度差可可分為定定位超調(diào)調(diào)、單脈脈沖進(jìn)給給精度差差、定位位點(diǎn)精度度不好、、圓弧插插補(bǔ)加工工的圓度度差等情情況。1）加/減速時(shí)時(shí)間設(shè)定定過小。。2）電動動機(jī)與機(jī)機(jī)床的連連接部分分剛性差差或連接接不牢固固。3）機(jī)械械傳動系系統(tǒng)存在在爬行或或松動。。4）伺服服系統(tǒng)的的增益不不足。5）位置置檢測器器件（編編碼器、、光柵））不良。。6）速度度控制單單元控制制板不良良。7）機(jī)床床反向間間隙大、、定位精精度差。。8）位置置環(huán)增益益設(shè)定不不當(dāng)。9）各插插補(bǔ)軸的的檢測增增益設(shè)定定不良。。10）感感應(yīng)同步步器或旋旋轉(zhuǎn)變壓壓器的接接口板調(diào)調(diào)整不良良。11）絲絲杠間隙隙或傳動動系統(tǒng)間間隙過大大。5.超超速1）測速速反饋連連接錯(cuò)誤誤，如：：被接成成正反饋饋或斷線線。2）在全全閉環(huán)系系統(tǒng)中，，聯(lián)軸器器、電動動機(jī)與工工作臺的的連接不不良，造造成速度度檢測信信號不正正確或無無速度檢檢測信號號。3）位置置控制板板發(fā)生故故障，是是來自F/V轉(zhuǎn)速的速速度反饋饋信號為為輸入到到速度控控制單元元。4）速度度控制單單元設(shè)定定不當(dāng)。。5）系統(tǒng)統(tǒng)參數(shù)（（最高運(yùn)運(yùn)行速度度）設(shè)置置過低。。6.竄動動1）測速速信號不不穩(wěn)定，，如測速速裝置故故障、測測速反饋饋信號干干擾等。。2）速度度控制信信號不穩(wěn)穩(wěn)定或受受到干擾擾。3）接線線端子接接觸不良良，如螺螺釘松動動等。當(dāng)當(dāng)竄動發(fā)發(fā)生在由由正向運(yùn)運(yùn)動向反反向運(yùn)動動的瞬間間，一般般是由于于進(jìn)給傳傳動鏈的的反向間間隙或伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)增益過過大所致致。7.爬行行1）進(jìn)給給傳動鏈鏈的潤滑滑狀態(tài)不不良。2）伺服服系統(tǒng)增增益設(shè)置置過低。。3）外加加負(fù)載過過大。4）連軸軸器有裂裂紋或松松動。8.伺服服電動機(jī)機(jī)不轉(zhuǎn)1）檢查查數(shù)控系系統(tǒng)是否否有速度度控制信信號輸出出。2）檢查查使能信信號是否否接通。。通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分分析機(jī)床床PLC梯形圖（（或流程程圖），，以確定定進(jìn)給軸軸的啟動動條件，，如潤滑滑、冷卻卻等是否否滿足。。3）對帶帶電磁制制動的伺伺服電動動機(jī)，應(yīng)應(yīng)檢查電電磁制動動是否釋釋放。4）進(jìn)給給驅(qū)動單單元故障障。5）伺服服電動機(jī)機(jī)故障。。9.回參參考點(diǎn)故故障1）回參參考點(diǎn)減減速開關(guān)關(guān)產(chǎn)生的的信號或或零位脈脈沖信號號失效。。2）脈沖沖編碼器器零標(biāo)志志位或光光柵尺零零標(biāo)志位位有故障障。3）參考考點(diǎn)開關(guān)關(guān)檔塊位位置設(shè)置置不當(dāng)。。10.開開機(jī)后電電動機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生尖叫叫（高頻頻振蕩））往往往是是CNC中與與伺伺服服驅(qū)驅(qū)動動有有關(guān)關(guān)的的參參數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)定定、調(diào)調(diào)整整不不當(dāng)當(dāng)引引起起的的。。11.加加工工工工作作尺尺寸寸出出現(xiàn)現(xiàn)無無規(guī)規(guī)律律變變化化1））機(jī)機(jī)械械傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的安安裝裝、連連接接與與精精度度不不良良。。2））伺伺服服進(jìn)進(jìn)給給系系統(tǒng)統(tǒng)的的設(shè)設(shè)定定與與調(diào)調(diào)整整不不當(dāng)當(dāng)。。3））干干擾擾。。4））彈彈性性連連軸軸器器未未能能鎖鎖緊緊。。12.伺伺服服電電動動機(jī)機(jī)開開機(jī)機(jī)后后即