数控机床故障诊断与维修理论课教案及电子教案 教学课件 ppt 作者 刘江 数控机床故障诊断与维修多媒体课件F4.ppt

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1、数控机床故障诊断与维修数控维修教研室常州机电职业技术学院模块2FANUC-0i数控系统进给轴的调试教学目标：1.能够陈述数控机床伺服系统基本概念及性能、参数；2.知道光栅尺工作原理常州机电职业技术学院教学重点:1.数控机床伺服系统基本概念及性能、参数；2.光栅尺工作原理常州机电职业技术学院一、工作任务：配置FANUC-0i数控系统的机床伺服系统进给轴调试常州机电职业技术学院二、相关理论知识（一）伺服系统概述伺服，英文为Servo，本意为“服从”的含义。数控机床伺服系统(ServoSystem)通常是指进

2、给伺服系统，它是数控系统和机床机械传动部件间的联接环节，是数控机床的重要组成部分，包含机械传动、电气驱动、检测、自动控制等方面的内容，涉及强电与弱电控制。进给伺服系统是以机床移动部件位置为控制量的自动控制系统，它根据数控系统插补运算生成的位置指令，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。从位置控制的角度看，伺服系统有开环、闭环和半闭环之分。开环控制不需要位置检测与反馈；闭环和半闭环控制需要有位置检测与反馈环节，它们是基于反馈控制原理工作的。1、伺服系统的组成常州

3、机电职业技术学院闭环伺服系统的一般结构通常由位置环和速度环组成。速度环由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位置控制、位置检测装置及位置反馈组成。在位置控制中，根据插补运算得到的位置指令(即一串脉冲或二进制数据)，与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际位置相比较，形成位置偏差，经变换得到速度给定电压。在速度控制中，伺服驱动装置根据速度给定电压和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床传动部件，从而把速度量变为位置量。2、数控机床对进给伺服系统的要求（1

4、）可逆运行（2）速度范围宽（3）具有足够的传动刚性和高的速度稳定性（4）快速响应无超调（5）高精度(6)低速大转距常州机电职业技术学院（二）电气伺服驱动系统1.步进驱动系统2.直流伺服驱动系统3.交流伺服驱动系统由于直流伺服电动机使用机械(电刷、换向器)换向，因此它存在许多缺点。而直流伺服电动机优良的调速特性正是利用机械换向得到的，因而这些缺点是无法克服的。多年来，人们一直在试图使用交流电动机代替直流电动机，其困难在于交流电动机很难达到直流电动机那样满意的调速性能。进入20世纪80年代以后，由于交流伺服

5、电动机的材料、结构以及控制理论与方法均有了突破性进展，微电子技术和功率半导体器件的发展又为其控制方法的实现创造了条件，使得交流驱动装置发展很快，目前已逐渐取代直流伺服电动机。交流伺服电动机比直流伺服电动机最大的优点在于不需要维护，制造简单，适合于在恶劣环境下工作。目前，国外交流伺服系统已实现了全数字化。也就是说在伺服系统中，除了驱动级外，全部功能均由微处理器完成，前馈控制、各种补偿、最优控制、自学功能等均可高速实时地实现，因此，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统。常州机电职业技术学院（三）闭环数控

6、系统进给驱动装置的信号连接1.模拟电压控制方式其特点是数控装置通常输出0～±10V的模拟电压控制伺服驱动电动机的转速，位置反馈信号则需接人数控装置，由其内部数控软件完成位置环控制。SIEMENS802C和FANUC早期的数控系统都采用了这种控制方式。2.指令脉冲控制方式随着全数字式交流伺服驱动的广泛采用，指令脉冲控制方式应用得越来越多。由于全数字式交流伺服系统均有位置控制模式，其位置控制环由伺服系统内部完成，数控装置只需对伺服系统输出进给脉冲和正转／反转方向信号即可，因此结构较为简单。3.其他控制方式上

7、述两种为常见的通用连接方式，事实上许多国外的数控装置设计有专用的连接接口与信号。例如SINUMERIK802D采用了PROFIBUS总线与其SIMODRIVE611U伺服驱动器连接，系统通过PROFIBUS总线非周期性的数据交换完成指令、状态、设定值和实际值的采集与控制，从而实现精确的控制。再如FANUC21i数控系统则设计有其专用的FSSB光缆总线控制其多个进给轴，这种专用总线接口的协议是不公开的。此外，FANUC公司还设计有专用的A型和B型连接接口，用于FANUC数控系统与其SVU等各种交流伺服驱动

8、装置的连接。常州机电职业技术学院（四）进给运动控制参数设置对于机床厂家来讲，数控系统所配伺服单元是作为一个整体购买的，伺服单元本身即可完成电流环与速度环的控制，而位置环(即位置控制)则由数控装置来完成。电流环、速度环及位置环构成了所谓的三环系统。图2-25进给位置控制的基本结构常州机电职业技术学院1.一般参数的设定(1)倍频数与分辨率(2)正负向存储行程极限(3)间隙与螺距误差(4)快速移动速度与最大切削进给速度(5)机床参考点的坐标值(6