第8章 伺服系统的故障诊断与维修

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1、第8章伺服系统的故障诊断与维修8.1概述8.2主轴伺服系统故障诊断与维修8.3进给伺服系统故障诊断与维修8.4位置检测系统的故障诊断与维修8.5伺服系统故障诊断与维修实例8.1概述8.1.1伺服系统的概念数控机床伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称随动系统。在数控机床中，伺服系统是连接数控系统和数控机床本体的中间环节，是数控机床的“四肢”。因为伺服系统的性能决定了数控机床的性能，所以要求伺服系统具有高精度、快速度和良好的稳定性。研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。下一页返回8.1概述在实际应用中，数控机床的伺服系统出现故障的几率较高，因此

2、充分认识伺服系统的重要性，掌握伺服系统的故障诊断与维修方法是很有必要的。下一页上一页返回8.1概述8.1.2伺服系统的组成数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。下一页上一页返回8.1概述8.1.3伺服系统的工作原理伺服系统是一种反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给定值与输出被调量进行比较，利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。所以伺服系统的运动来源于偏差信号，必须具有负反馈回路，并且

3、始终处于过渡过程状态。在运动过程中实现了力的放大。伺服系统必须有一个不断输入能量的能源，外加负载可视为系统的扰动输入。下一页上一页返回8.1概述8.1.4伺服系统的作用在数控机床中，伺服系统是数控装置和机床的联系环节，它的作用是把来自数控装置中插补器的指令脉冲或计算机插补软件生成的指令脉冲，经变换和放大后，转换为机床移动部件的机械运动，并保证动作的快速和准确。数控机床的精度和速度等技术指标，常常主要取决于伺服系统。下一页上一页返回8.1概述8.1.5伺服系统的分类数控机床伺服系统的分类方法很多。按伺服系统有无检测元件或调节原理不同可分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按作用或功能不

4、同可分为主轴伺服系统（控制主轴的切削运动，以旋转运动为主）和进给伺服系统（控制机床各坐标轴的切削进给运动）；按驱动电动机不同可分为直流伺服系统和交流伺服系统；按反馈比较控制方式不同可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统。上一页返回8.2主轴伺服系统故障诊断与维修机床主轴主传动是旋转运动，传递切削力，伺服驱动系统分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大类，有的数控机床主轴利用通用变频器，驱动三相交流电动机，进行速度控制。数控机床要求主轴伺服驱动系统能够在很宽范围内实现转速连续可调，并且稳定可靠。当机床有螺纹加工功能、C轴功能、准停功能和恒线速度加工时，主轴电动机需要装配检测

5、元件，对主轴速度和位置进行控制。下一页返回8.2主轴伺服系统故障诊断与维修主轴驱动变速目前主要有3种形式：一是带有变速齿轮传动方式，可实现分段无级调速，扩大输出转矩，满足强力切削要求的转矩；二是通过带传动方式，可避免齿轮传动时引起的震动与噪声，适用于低转矩特性要求的小型机床；三是由调速电动机直接驱动的传动方式，主轴传动部件结构简单，紧凑，这种方式主轴输入的转矩小。下一页上一页返回8.2主轴伺服系统故障诊断与维修8.2.1常用主轴驱动系统介绍1．FANUC公司主轴驱动系统从20世纪80年代开始，FANUC公司已使用了交流主轴驱动系统，直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。目前3个系列交流主轴电动机

6、为：S系列电动机，额定输出功率范围1.5kW~37kW；H系列电动机，额定输出功率范围1.5kW～22kW；P系列电动机，额定输出功率范围3.7kW~37kW。该公司交流主轴驱动系统的特点为：下一页上一页返回8.2主轴伺服系统故障诊断与维修1)采用CPU控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控制；2)主回路采用晶体管PWM逆变器，使电动机电流非常接近正弦波形；3)具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。下一页上一页返回8.2主轴伺服系统故障诊断与维修2.SIEMENS公司主轴驱动系统SIEMENS公司生产的直流主轴电动机有1GG5、1GF5、1GL5和1GH5这4个系列，与上述4个系列电动机

7、配套的6RA24、6RA27系列驱动装置采用晶闸管控制。下一页上一页返回8.2主轴伺服系统故障诊断与维修20世纪80年代初期，该公司又推出了1PH5和1PH6两个系列的交流主轴电动机，功率范围为3kW~100kW。驱动装置为6SC650D系列交流主轴驱动装置或6SC611A(SIMODRIVE61lA)主轴驱动模块，主回路采用晶体管PWM变频控制的方式，具有能量再生制动功能。另外，采用微处理器80