数控机床+故障分析与维修第7章

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1、第7章进给伺服系统的故障分析7.1进给伺服系统的类型特点7.2伺服系统故障分析的一般思路7.3伺服系统软件报警故障成因与分析处理7.4伺服系统硬件报警的分析7.5伺服系统无报警故障的实例分析7.6刀架与刀库故障的实例分析7.7与CRT显示相关的故障现象与实例分析7.1进给伺服系统的类型特点用对比的方法，来了解不同类型伺服系统的基本组成、结构特点与工作原理，是“据理析象”分析伺服系统故障的基础。进给伺服分类按照控制特点，伺服系统可以分成(见图7.1.1)闭环伺服系统与开环伺服系统。图7.1.1进给伺服系统按控制的闭合性分类普通型开环伺服系统开环伺服

2、系统可以分成：普通型与反馈补偿型。普通型伺服系统又可以分成串行型与平行型。串行型与平行型的工作原理相同，其控制流程图如图7.1.2中上部所示。两个系统(见图7.1.2下部)的主要区别在于控制器不同。串行型采用环行分配器，而平行型采用的是编程器接口。这类伺服系统中，脉冲分配器的失效与驱动器中大功率器件的失效是常见故障成因。图7.1.2普通型开环伺服系统组成框图与工作原理反馈补偿型开环伺服系统反馈补偿型开环伺服系统，实际上是在普通型开环伺服系统上增加了位置误差反馈补偿功能。从它的系统框图(如图7.1.3所示)上可见，该系统的组成特点是：主控链路上，以

3、脉冲混合器代换了脉冲分配器；反馈链路由数字正弦/余弦信号发生器、感应同步器、整形电路与电压频率变换器组成。位置误差，是由反馈回路获得并且转换成变频脉冲后，反馈给脉冲混合器的。反馈的变频脉冲与指令脉冲叠加，对控制脉冲数进行了补偿。虽然系统组成中采用了具有感应同步器的位置反馈回路，但是与全闭环不同，这个位置环的功能是作位置误差的反馈补偿的，而不是作位置反馈控制的。这类伺服系统中，感应同步器的污染与位置的精确与安装的稳固、反馈电路与电缆连接等问题，又是普通型开环伺服系统所不具有的故障成因。(在以后的系统框图中，将省略电源供给，但是分析时仍然不可忘记电源

4、供给问题！)通常，按位置环中位置检测传感器(简称“测位器”)放置位置的不同，闭环伺服系统可以分成半闭环型与全闭环型。按位置环控制信号不同，闭环系统还可以分成幅值型比较式、相位比较式与脉冲比较式三种类型。图7.1.3位置误差反馈补偿型开环伺服系统电流内环速度环位置环实际上，闭环涉及的不只是双环，而是“三环”伺服系统。除了数字式控制器外，一般“电流环”是隐含在伺服单元中的“内环”。“双环调速系统”是指电流内环与速度外环。电流内环是不可忽略的环节。电流内环的反馈补偿调节电流控制驱动单元的整流器的电压输出，从而控制伺服电机的电枢电流大小，使得轴运行速度具

5、有良好的静态与动态特性：当速度指令为阶跃信号时，电流调节器输出其最大饱和值，使电机电枢电流最大而能在加速过程中保持最大转矩和最大速度，从而缩短了启动与制动时间；当运行中电网不稳或欠压时，反馈电流减小而使电流调节器输出立即增大。半闭环型伺服系统，又分别有三种：反馈补偿型、数字式软件控制型与普通型。反馈补偿型半闭环伺服系统(如图7.1.4所示)的特点：指令信号与反馈信号，都是脉冲信号(所以，是一种脉冲比较型伺服系统)。图7.1.4反馈补偿型半闭环伺服系统从系统组成上看，半闭环型伺服系统与普通型还有三个不同特点：·它的速度反馈与位置反馈信号都进入脉冲混

6、合器中，与CNC指令信号进行叠加。叠加后的脉冲信号经误差寄存器内的分配而成为分配脉冲信号。再经数/模转换而成矩形波控制信号。·速度环中由于采用了旋转变压器(图中R)作为测速传感器，因此，其组成上与普通型伺服系统的不同：需要正弦/余弦励磁信号输入、并将输出的误差电压信号变换与整形后转换为频率信号。·位置环中，采用了感应同步器或磁尺为位置检测传感器，安装在工作台位置。这种安装方式与全闭环相同。它的位置环反馈，仅作位置误差补偿而不作位置反馈叠加控制。位置误差补偿回路组成及补偿作用，与开环伺服系统中的反馈回路作用相同。数字式软件控制型伺服系统数字式软件控

7、制型伺服系统(如图7.1.5所示)，其特点是：·数字控制器接受CNC(主机)的指令信号，同时完成三个环(电流环、速度环与位置环)的反馈控制，输出控制信号。·数字控制器具有的I/O接口装置包括了不同类型输入信号的测量与输出控制信号：①来自脉冲编码器(即脉冲发生器)的同一脉冲信号，进入控制器后分别进入I接口的位置反馈电路与速度反馈电路，尔后成为位置反馈信号与速度反馈信号，馈入控制器内各自的控制单元。②电流检测元件(这里采用了霍尔元件)检测的电流信号，经滤波放大环节后，经控制器电流测量输入回路，再反馈到控制器的电流控制单元。如果电流控制单元不是数字式，

8、放大后的数字电流信号则还需要进行D/A转换变成模拟电流信号。③数字控制器将CNC的指令脉冲与反馈脉冲叠加而成的控制脉冲信号作为控制信号输