進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修課件

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與維修

1對伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求2數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本形式3步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及故障分析4交流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及故障分析概述：

在自動(dòng)控制中，把輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位移和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與CNC的位置控制部分構(gòu)成了位置伺服系統(tǒng)。數(shù)控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有兩種，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)控制坐標(biāo)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸控制主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能在較大程度上決定著數(shù)控機(jī)床的性能，數(shù)控機(jī)床的最大移動(dòng)速度、定位精度等指標(biāo)主要取決于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及CNC位置控制部分的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。1對伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求1.調(diào)速范圍寬

（1：5000~10000）2.定位精度高

有足夠的傳動(dòng)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(dòng)、制動(dòng)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(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4～6倍而不損壞。

可靠性高

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(dòng)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(dòng)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(dòng)電壓。4）電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。2數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(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(dòng)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(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量。如圖5-1為開環(huán)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖5-1開環(huán)控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖圖5-2半閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖圖5-3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(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，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。步進(jìn)電機(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)矩超過電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，將導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)的“失步”，使加工無法進(jìn)行。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。采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，電氣控制與機(jī)械傳動(dòng)間有明顯的分界，因此調(diào)試維修與故障診斷較方便且機(jī)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(jī)和光電編碼器通常做成一體，電動(dòng)機(jī)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(shí)際最小移動(dòng)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(jìn)行設(shè)置。它具有傳動(dòng)系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，從而在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。如圖5-2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(jī)床的特點(diǎn)是：機(jī)床移動(dòng)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(shí)際位移值被反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動(dòng)中，它可以直接與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用誤差進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上說，對于這樣的閉環(huán)系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)精度僅取決于檢測裝置的檢測精度，它與機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的間隙、磨損自動(dòng)補(bǔ)償，其精度保持性要比半閉環(huán)系統(tǒng)好得多。圖5-3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(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徑是采用直線電動(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。

從原理上說，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)應(yīng)包括從位置指令脈沖給定到實(shí)際位置輸出的全部環(huán)節(jié)，即包括位置控制、速度控制、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、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(shí)習(xí)慣上所說的機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)，一般是指伺服進(jìn)給系統(tǒng)的速度控制單元、伺服電動(dòng)機(jī)、檢測元器件部分，而不包括位置控制部分。3.1

步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字脈沖以軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量，因此，步進(jìn)電機(jī)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，廣泛地應(yīng)用于各種小型自動(dòng)化設(shè)備及儀器。3步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及故障分析3.2步進(jìn)電機(jī)的分類：按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為:

1.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī);2.永磁式步進(jìn)電機(jī);3.混合式步進(jìn)電機(jī)；

可變磁阻式步進(jìn)電機(jī)又稱為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，工作原理是由改變電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、步距角小。

永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心上裝有多條永久磁鐵，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)電機(jī)相比，相同體積的永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，步距角也大。

混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)合了反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用永久磁鐵提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用細(xì)密的極齒來減小步距角，是目前數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最多的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。從控制繞組數(shù)量上可分為:1.二相步進(jìn)電機(jī)。2.三相步進(jìn)電機(jī)。3.四相步進(jìn)電機(jī)。4.五相步進(jìn)電機(jī)。5.六相步進(jìn)電機(jī)。從運(yùn)動(dòng)的型式上可分為：1.旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)。2.直線步進(jìn)電機(jī)。3.平面步進(jìn)電機(jī)。一、驅(qū)動(dòng)電路：

(a)(b)(c)VDCVDCVDC步進(jìn)電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)電路，單極性電流一般采用下圖<a>雙管串聯(lián)電路；雙極性電流一般采用下圖<b>的H橋電路；對于三相混合式步進(jìn)電機(jī)則采用三相逆變橋電路<c>。3.3步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、控制方式及接線圖圖5-4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組電流控制電路

圖5-5步進(jìn)電機(jī)繞組電流控制電路三、步進(jìn)電機(jī)的接線圖圖5-6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線圖（一）步距角和步距誤差：

轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的空間機(jī)械角度，即步距角β為

β=360°/Z*N

其中Z-轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N-運(yùn)行拍數(shù)。步進(jìn)電機(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)電機(jī)步距的誤差不會(huì)長期積累。步進(jìn)電機(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??；氣隙的不均勻程度等。四、步進(jìn)電機(jī)的主要特性（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(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)電機(jī)某相通以直流電流時(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。如在電機(jī)軸上加一順時(shí)針方向的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子則按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度θ，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)電機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角θ之間關(guān)系的曲線，或稱為靜轉(zhuǎn)矩特性。圖5-7步進(jìn)電機(jī)矩角特性Tθ

（三）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。下圖表示啟動(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。圖5-8起動(dòng)慣頻特性（四）步進(jìn)電機(jī)矩頻特性：

矩頻特性是用來描述步進(jìn)電機(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)電機(jī)結(jié)構(gòu)及材料有關(guān)外，還與步進(jìn)電機(jī)繞組連接、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電壓有密切的關(guān)系。下圖是混合式步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)的典型的矩頻特性曲線。

1.電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)

1）驅(qū)動(dòng)器無供電電壓2）驅(qū)動(dòng)器保險(xiǎn)絲熔斷3）驅(qū)動(dòng)器報(bào)警(過電壓、欠電壓、過電流、過熱)4）驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連線斷線5）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)6）驅(qū)動(dòng)器使能信號被封鎖7）接口信號線接觸不良8）驅(qū)動(dòng)器電路故障9）電機(jī)卡死或者出現(xiàn)故障10）電動(dòng)機(jī)生銹11）指令脈沖太窄、頻率過高、脈沖電平太低3.4步進(jìn)電機(jī)常見故障及分析：2.電機(jī)起動(dòng)后堵轉(zhuǎn)

1）指令頻率太高2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩太大3）加速時(shí)間太短4）負(fù)載慣量太大5）電源電壓降低3.電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有抖動(dòng)

1）指令脈沖不均勻2）指令脈沖太窄3）指令脈沖電平不正確4）指令脈沖電平與驅(qū)動(dòng)器不匹配5）脈沖信號存在噪聲6）脈沖頻率與機(jī)械發(fā)生共振

4.電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不規(guī)則，正反轉(zhuǎn)地?fù)u擺

1）指令脈沖頻率與電機(jī)發(fā)生共振2）外部干擾5.電機(jī)定位不準(zhǔn)

1）加減速時(shí)間太小2）存在干擾噪聲3）系統(tǒng)屏蔽不良6.電機(jī)過熱：

1）工作環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高2）參數(shù)選擇不當(dāng)，如電流過大，超過相電流3）電壓過高7.工作過程中停車：

1）驅(qū)動(dòng)電源故障2）電動(dòng)機(jī)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(jī)運(yùn)行在低頻區(qū)或共振區(qū)2）純慣性負(fù)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(yùn)行或在失步區(qū)4）永磁單向旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的定向機(jī)構(gòu)損壞9.失步或者多步

1）負(fù)載過大，超過電動(dòng)機(jī)的承載能力2）負(fù)載忽大忽小3）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4）傳動(dòng)間隙大小不均5）傳動(dòng)間隙產(chǎn)生的零件有彈性變形6）電動(dòng)機(jī)工作在震蕩失步區(qū)7）電路總清零使用不當(dāng)8）干擾9）定、轉(zhuǎn)子相檫10.無力或者是出力降低

1）驅(qū)動(dòng)電源故障2）電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)部發(fā)生錯(cuò)誤3）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4）電動(dòng)機(jī)軸斷5）電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙過大6）電源電壓過低11.不能啟動(dòng)

1）工作方式不對2）驅(qū)動(dòng)電路故障3）遙控時(shí)，線路壓降過大4）安裝不正確，或電動(dòng)機(jī)本身軸承等故障使電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)5）N、S極接錯(cuò)6）長期在潮濕場所存放，造成電動(dòng)機(jī)部分生銹4交流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及故障分析SIMODRIVE6IIU

6IIU驅(qū)動(dòng)器模塊6IIUE驅(qū)動(dòng)器模塊適用于SIMODRIVE611模擬型的1FT5交流伺服電機(jī)

說明：1FT5交流伺服電機(jī)高動(dòng)態(tài)性能減少了非生產(chǎn)性時(shí)間大量的應(yīng)用證明了其耐用性電源和信號的安裝連接可以用于嚴(yán)重污染的環(huán)境連線較少從而簡化了復(fù)雜的安裝應(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動(dòng)機(jī)構(gòu)等1FT5交流伺服電機(jī)在整個(gè)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。在設(shè)計(jì)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(hù)費(fèi)用。1FT5交流伺服電機(jī)主要是針對運(yùn)行時(shí)不需要外部冷卻設(shè)備而設(shè)計(jì)的，熱量會(huì)通過電機(jī)的外殼而傳遞出去。定子繞組和定子鐵芯產(chǎn)生的熱量可以直接通過高質(zhì)量的熱傳導(dǎo)傳到電機(jī)外殼。在這里，無刷、永磁同步電機(jī)顯示了它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用:機(jī)床復(fù)雜的加工中心和自動(dòng)車床專用機(jī)床傳送線機(jī)器人和機(jī)械手木工機(jī)床一般的自動(dòng)化任務(wù)適用于SIMODRIVE611的1FT6交流伺服電機(jī)說明1FT6交流伺服電機(jī)較高的旋轉(zhuǎn)精度(正弦電流注入)工件表面質(zhì)量高動(dòng)態(tài)性能決定了較短的非生產(chǎn)性時(shí)間電源和信號連接可以用于嚴(yán)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對側(cè)向力有較高抵抗力1FT6交流伺服電機(jī)是高緊湊型的永磁同步電機(jī)?？梢允褂肧IMODRIVE611數(shù)字/通用變頻系統(tǒng)控制帶集成式內(nèi)置編碼器的1FT6電機(jī)?？梢允褂肧IMODRIVE611模擬/通用變頻系統(tǒng)控制帶旋轉(zhuǎn)變壓器的1FT6電機(jī)。SIMODRIVE611變頻器的全數(shù)字控制系統(tǒng)和1FT6伺服電機(jī)的新型編碼器技術(shù)可以滿足動(dòng)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。應(yīng)用高性能機(jī)床對動(dòng)態(tài)性能和精度有較高要求的生產(chǎn)機(jī)械適用于SIMODRIVE611的1FK6交流伺服電機(jī)1FK6交流伺服電機(jī)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(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了靈活性連線少安裝簡單聯(lián)軸結(jié)和法蘭盤與1FT6電機(jī)兼容1FK6交流伺服電機(jī)是永磁同步電機(jī)。1FK6電機(jī)裝備內(nèi)置式光學(xué)編碼器，適用于SIMODRIVE611數(shù)字/通用變頻系統(tǒng)一起使用，可以使用SIMODRIVE611模擬/通用型變頻系統(tǒng)控制帶旋轉(zhuǎn)變壓器的1FK6電機(jī)。

應(yīng)用機(jī)床木工機(jī)床各種龍門結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備機(jī)器人和機(jī)械手標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)機(jī)械和專用機(jī)床輔助軸適用于SIMODRIVE611的1FK7交流伺服電機(jī)說明1FK7CT(緊湊型)交流伺服電機(jī)很高的功率密度因此空間要求較少(體積比1FK6小25%)與1FK6機(jī)械安裝尺寸相互兼容(軸法蘭盤和連接器)

使用功率范圍擴(kuò)大1FK7HD(高動(dòng)態(tài))交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)很強(qiáng)1FK7交流伺服電機(jī)是高緊湊恒定磁場同步電機(jī)。它是在1FK6電機(jī)所獲得經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上開發(fā)的系列?？蛇x配齒輪單元和編碼器以及擴(kuò)展的產(chǎn)品種類，這意味著1FK7電機(jī)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(jī)械生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀的要求。與SIMODRIVE611變頻系統(tǒng)一起。1FK7電機(jī)是一個(gè)具有良好特性，功能強(qiáng)大的系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用是進(jìn)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)：旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)置安裝在電機(jī)上時(shí)，1FK7可以和SIMODRIVE611模擬/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SIMODRIVE611數(shù)字/通用型一起使用。

這個(gè)電機(jī)是以不需要外部冷卻而設(shè)計(jì)的，熱量可以通過電機(jī)外殼而傳遞。1FK7電機(jī)具有很高的過載能力。

驅(qū)動(dòng)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4.1交流進(jìn)給伺服原理原理及接線圖圖5-9伺服驅(qū)動(dòng)器一般硬件框圖圖5-10伺服驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)圖圖5-11伺服系統(tǒng)主回路的接線圖圖5-12松下伺服驅(qū)動(dòng)器I/F速度控制接線圖圖5-13松下伺服驅(qū)動(dòng)器I/F位置控制接線圖圖5-14松下伺服驅(qū)動(dòng)器I/F轉(zhuǎn)矩控制接線圖圖5-15三洋伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖圖5.-16松下伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖圖5-17西門子伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)連接圖圖5-18802D驅(qū)動(dòng)器的連接802DPLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

圖5-19采用總線指令接口控制的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的連線實(shí)例

4.2松下伺服驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試及參數(shù)設(shè)置伺服驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試1.

連接到電源接線端子按圖5-20連接（或檢查）L1、L3及L1C、L3C與電源的連線；連接（或檢查）伺服驅(qū)動(dòng)器U、V、W與伺服電動(dòng)機(jī)U、V、W之間的接線；連接（或檢查）伺服電動(dòng)機(jī)位置傳感器與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接電纜；連接（或檢查）伺服ON控制線及開關(guān)。2.空載下調(diào)試及運(yùn)轉(zhuǎn)

詳細(xì)內(nèi)容參見PanasonicMINASA4系列使用說明書圖5-20電源接線位置比例增益

①設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益。②設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào)。③參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號和負(fù)載情況確定。

主要參數(shù)設(shè)置（參數(shù)詳解參見Panasonic使用說明書）2.速度比例增益

①設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益。②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(dòng)系統(tǒng)型號和負(fù)載值情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。③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(shí)間常數(shù)①設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。②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(dòng)系統(tǒng)型號和負(fù)載情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。③在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較小的值。６１１伺服驅(qū)動(dòng)器的基本組成①②③④⑤⑥如圖示，①為電源模塊；②為雙軸控制（分611A，611U，611D）模塊；③為雙軸功率模塊；④為DC600V直流母線；⑤為單軸控制（分611A，611U，611D）模塊；⑥為單軸功率模塊；4.3西門子611U伺服驅(qū)動(dòng)器請參考SIMERDRIVE611U技術(shù)說明書

電源模塊：有使能端子T64(控制器使能)，T63（脈沖使能），T48（功率輸出控制），另有T72，T73，T74為系統(tǒng)READY/FAULT信號輸出端子，T51/T52/T53為模塊溫度報(bào)警輸出。

其中，T64，T63，T48端子時(shí)序關(guān)系為：

只有在各使能端加有DC24V電壓時(shí)，611U單元才能正常工作，READY信號才有輸出，注意：T9端是611單元自帶的DC24V。在各功率單元上，還有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器使能T663，一般將其與T9端直接短接。電源模塊上的信號燈排列如下：其中L1（紅色）為+/-15V故障燈，L2（紅色）為5V故障燈（此二種電壓通過驅(qū)動(dòng)總線給611控制模塊供電），L3（綠色）為無使能指示，L4（黃色）為動(dòng)力回路接通指示（此二燈為非故障燈），L5（紅色）為供電電網(wǎng)不正常指示，L6（紅色）為直流母線過電壓指示，正常情況下，將T48與T9短接L4黃色燈亮，T63，T64與T9短接L3綠色信號燈滅。4.4進(jìn)給伺服系統(tǒng)各類故障的反映形式機(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(dòng)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(dòng)單元的故障。3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不正常，但沒有任何報(bào)警指示。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?？筛鶕?jù)報(bào)警所顯示的內(nèi)容去排除。2.

檢測元件（測速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器等）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：①電機(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。②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)電機(jī)等。③沒有速度反饋電壓或時(shí)有時(shí)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。④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”，這是，重新開機(jī)，可能會(huì)自動(dòng)消除故障。

4.5進(jìn)給伺服常見報(bào)警

3.過熱報(bào)警故障這里所述的過熱是指伺服單元、變壓器及伺服電機(jī)等的過熱。引起過熱報(bào)警的原因有：1）機(jī)床切削條件苛刻及機(jī)床摩擦力矩過大，引起主回路中的過熱繼電器動(dòng)作。2）切削時(shí)，伺服電機(jī)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(dòng)作。3）伺服電機(jī)電耦內(nèi)部短路或絕緣不良、電機(jī)永久磁鋼去磁或脫落及電機(jī)制動(dòng)器不良，引起電機(jī)的熱控開關(guān)動(dòng)作。4）驅(qū)動(dòng)器參數(shù)增益不當(dāng)或驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)參數(shù)匹配不當(dāng)。例如：某直流伺服電機(jī)過熱報(bào)警，可能原因有：①過負(fù)荷?？梢酝ㄟ^測量電機(jī)電流是否超過額定值來判斷。②電機(jī)線圈絕緣不良。可用500V絕緣電阻表檢查電樞線圈與機(jī)殼之間的絕緣電阻。如果在1MΩ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。③電機(jī)線圈內(nèi)部短路。可卸下電機(jī)，測電機(jī)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(jī)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。④電機(jī)磁鐵退磁。可通過快速旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，測定電機(jī)電樞電壓是否正常。如電壓低且發(fā)熱，則說明電機(jī)已退磁。應(yīng)重新充磁。⑤制動(dòng)器失靈。當(dāng)電機(jī)帶有制動(dòng)器時(shí)，如電機(jī)過熱則應(yīng)檢查制動(dòng)器動(dòng)作是否靈活。⑥CNC裝置的有關(guān)印制線路板不良。4.電機(jī)過載

1）機(jī)床負(fù)荷異常，引起電機(jī)電流超過額定值。這可以用檢查電動(dòng)機(jī)電流來判斷。此時(shí)需要變更切削條件，減輕機(jī)床負(fù)荷。

2）印制電路板設(shè)定錯(cuò)誤。亦即應(yīng)確定電動(dòng)機(jī)過載的設(shè)定是否正確。3）印制線路板不良。4）對于交流伺服來說，沒有脈沖編碼器反饋信號也會(huì)引起電機(jī)過載報(bào)警。

5）起動(dòng)扭矩超過最大扭矩或者負(fù)載有沖擊現(xiàn)象；電機(jī)振動(dòng)或抖動(dòng)。6）電機(jī)或編碼器配線異常（配線不良或連接不良）。

7)編碼器有故障（反饋脈沖與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角不成比例變化，而有跳躍）。5.伺服單元過電流報(bào)警

1）伺服驅(qū)動(dòng)器的電路板與熱開關(guān)連接不良。2）U、V、W與地線連接錯(cuò)誤，或它們之間存在短路。3）伺服驅(qū)動(dòng)器故障（電流反饋電路、功率晶體管或者電路板故障)。

4）因負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大并且高速旋轉(zhuǎn)，動(dòng)態(tài)制動(dòng)器停止，制動(dòng)電路故障。5）伺服驅(qū)動(dòng)器的安裝方法（方向、與其他部分的間隔）不適合。6）負(fù)載是否過大，是否超出再生處理能力等。

7）伺服驅(qū)動(dòng)器的風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)

伺服單元過電壓報(bào)警

1）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大（再生能力不足）。

2）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）。3）加減速時(shí)間過小，在降速過程中引起過電壓。

4）檢查AC電源電壓（是否有過大的變化）。7.伺服單元欠電壓報(bào)警

1）電源容量太小或AC電源電壓過低。

2）伺服驅(qū)動(dòng)器的保險(xiǎn)絲熔斷。3）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）。

4）伺服ON信號提前有效。

5）電機(jī)主電路用電纜短路。6）發(fā)生瞬時(shí)停電。7）整流器件損壞或伺服驅(qū)動(dòng)器故障。

8.速度單元的斷路器斷開報(bào)警1）干擾。有時(shí)速度單元受外界的干擾影響，斷路器自動(dòng)斷開。2）機(jī)床負(fù)荷異常。這可以用示波器檢查機(jī)床在快速進(jìn)給時(shí)的電動(dòng)機(jī)電流是否超過額定值來判斷機(jī)床負(fù)荷是否異常。3）速度控制單元內(nèi)整流用二級管模塊不好。4）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。9.漂移補(bǔ)償量過大報(bào)警

1）連接不良。這里指的連接有兩個(gè)方面。一是電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線連接不良，二是電動(dòng)機(jī)和檢測元件之間的連接不良。

2）CNC系統(tǒng)中有關(guān)漂移量補(bǔ)償?shù)膮?shù)設(shè)定錯(cuò)誤引起的。

3）速度控制單元CNC裝置的主板的位置控制部分有故障。10.停機(jī)誤差過大或運(yùn)行時(shí)誤差過大報(bào)警

1）位置偏差設(shè)置錯(cuò)誤。因此要認(rèn)真檢查參數(shù)的設(shè)定值。

2）超調(diào)。在數(shù)控系統(tǒng)中加/減速時(shí)間里，如果電動(dòng)機(jī)沒有流過加減速時(shí)必要的電流，從而使位置控制回路的誤差增加。當(dāng)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(bào)警，可加大數(shù)控系統(tǒng)的加減速時(shí)間和加大速度控制單元的增益。

3）輸入電源電壓太低。

4）連接不良。如測速機(jī)信號線、電機(jī)動(dòng)力線等的連接不良均會(huì)引起誤差過大。

5）數(shù)控系統(tǒng)的位置控制部分和速度控制部分的故障。

6）如果是直流伺服電動(dòng)機(jī)，則電機(jī)的碳刷接觸不良也會(huì)引起誤差過大。4.5進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見故障及處理

1.位置跟蹤誤差超差報(bào)警1）電機(jī)過載2）伺服變壓器過熱3）伺服變壓器保護(hù)熔斷器熔斷4）輸入電源電壓太低5）伺服驅(qū)動(dòng)器與CNC之間的信號電纜連接不良6）干擾7）參數(shù)設(shè)置不當(dāng)（位置偏差值設(shè)定錯(cuò)誤）8）伺服電機(jī)不良9）電機(jī)的動(dòng)力線和反饋線連接故障10）速度控制單元故障以及系統(tǒng)主板的位置控制部分故障11）伺服參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或錯(cuò)誤12)編碼器不良13）連接不良引起14）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)引起

2.工作過程中，振動(dòng)或爬行

1）電動(dòng)機(jī)負(fù)載過重。2）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良。

3）位置環(huán)增益過高。4）伺服電動(dòng)機(jī)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(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?。維修時(shí)通過互換法，確認(rèn)故障原因出在直流伺服電動(dòng)機(jī)上。卸下X軸電動(dòng)機(jī)，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，使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軸承亦有損壞，故而引起Y軸的振動(dòng)與過電流。更換電動(dòng)機(jī)軸承與電刷后，機(jī)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(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。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.運(yùn)動(dòng)失控（飛車）

1）位置檢測、速度檢測信號是否為正反饋。2）電動(dòng)機(jī)或位置編碼器故障。3）主板、速度控制單元故障。

4.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。

1）加/減速時(shí)間設(shè)定過小。2）電動(dòng)機(jī)與機(jī)床的連接部分剛性差或連接不牢固。3）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)存在爬行或松動(dòng)。4）伺服系統(tǒng)的增益不足。5）位置檢測器件（編碼器、光柵）不良。6）速度控制單元控制板不良。7）機(jī)床反向間隙大、定位精度差。8）位置環(huán)增益設(shè)定不當(dāng)。9）各插補(bǔ)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(dòng)系統(tǒng)間隙過大。

5.超速1）測速反饋連接錯(cuò)誤，如：被接成正反饋或斷線。2）在全閉環(huán)系統(tǒng)中，聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)與工作臺的連接不良，造成速度檢測信號不正確或無速度檢測信號。3）位置控制板發(fā)生故障，是來自F/V轉(zhuǎn)速的速度反饋信號為輸入到速度控制單元。4）速度控制單元設(shè)定不當(dāng)。

5）系統(tǒng)參數(shù)（最高運(yùn)行速度）設(shè)置過低。竄動(dòng)

1）測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等。