伺服系统的故障诊断与维修.ppt
4.1 概 述,4.1.1 伺服驱动控制的基本要求 对进给伺服控制的基本要求是：位移精度高，快速响应好，系统稳定性好，高性能的伺服电动机及低速大转矩等1开环伺服控制 开环伺服控制指数控设备的伺服控制中没有检测和反馈装置，数控指令脉冲是单方向传递。开环伺服控制多采用步进电动机作为执行元件。,从检测装置来的反馈信号与指令脉冲信号进行比较，得到位置偏差控制信号，经伺服放大器对偏差信号进行调节运算和功率放大，控制工作台修正偏差，按照指令脉冲运动，称为闭环伺服控制。,2闭环伺服控制,4.1.3 伺服控制的主要故障形式,伺服控制主要有主轴伺服控制和进给伺服控制两种:主轴伺服控制系统的故障形式主要有：主轴定位不准；主轴过载；主轴振动及噪声；主轴转速与坐标运动不匹配等。进给伺服控制系统的故障形式主要有以下几种:（1）伺服电动机过载；（2）低速爬行；（3）振动与噪声；（4）位置误差。,4.2.1 常用主轴驱动系统 数控设备常用的主轴伺服驱动主要有直流驱动方式和交流驱动方式两大类。直流主轴电动机有SIEMENS公司1GG5,1GF5,1GL5和1GH5等4个系列，配套的驱动装置为6RA24,6R27，采用晶闸管控制系统。交流主轴电动机有FUNUC公司推出的S系列电动机，其功率范围为1.537kW，采用晶体管PWM逆变器实现驱动控制。SIEMENS公司也推出了1PH5及1PH6系列交流伺服电动机，其功率为3100kW，采用晶体管SPWM变频驱动控制。国内产品主要有上海开通公司的KT系列全数字交流伺服驱动控制系统。,返 回,4.2.2 主轴伺服驱动控制的连接 KT270伺服驱动系统与KT590数控系统的连接图 如图所示：,返 回,4.2.3 交流伺服控制系统的调试 下面以华中世纪星数控系统（HNC-21TF）与松下MSDA型交流伺服控制驱动器、MSMA型交流伺服电动机的连接控制为例，说明该系统的调试的内容和方法。,HNC-21TF数控系统与伺服控制器、交流伺服电动机的连接,4.2.4 交流主轴伺服系统的主要故障及诊断,常见交流主轴伺服系统的主要故障有以下几种。1过载；2主轴定位抖动；3主轴转速与进给不匹配。4.3 进给伺服控制系统的故障诊断4.3.1 常见进给伺服控制系统常见的进给伺服控制方式主要有直流进给伺服驱动、交流进给伺服驱动以及步进电动机进给伺服驱动等。4.3.2 步进电动机进给伺服控制1步进电动机的主要性能参数（1）步距角误差 步进电动机的步距角公式：=360/mZK,（2）启动频率；（3）矩频特性与动态转矩；（4）静态转矩与矩角特性。矩频特性曲线 步进电动机静态矩角特性,步进电机的外观图,4.4 位置检测装置的安装调整与故障诊断,4.4.1 位置检测装置的基本要求及分类1位置检测装置的基本要求 能满足移动部件精度和速度的要求；使用、维护简单、方便，成本低；寿命长，抗各种干扰能力强，能适应生产现场的工作环境；在检测范围内，能满足精度和速度的要求。2位置检测装置的分类按测量方式不同，位置检测装置可分为增量式和绝对式检测装置。按被测量的不同，位置检测装置可分为数字量和模拟量检测装置。,常用位置检测装置的分类,4.4.2 光栅检测装置,1光栅检测装置的组成光栅是在一块长条形的光学玻璃上用照相腐蚀法制成许多密集线纹。线纹的间距和宽度相等并与运动方向垂直，形成连续的透光区和不透光区。线纹之间的间距称为栅距，常用光栅有每毫米刻50条、100条及200条的。1光电池；2,4聚光镜；3夹缝；5光源；G1标尺光栅；G2指示光栅图透射光栅和反射光栅,1光电池；2,4聚光镜；3夹缝；5光源；G1标尺光栅；G2指示光栅图4.13 透射光栅和反射光栅,光栅尺及数显表,光栅尺在机床导轨上的安装,2光栅尺的安装与调整,1床身；2光栅尺；3扫描头；4滚珠丝杠螺母副；5床鞍 光栅尺在机床上的安装示意图,4.4.3 感应同步器检测装置,1感应同步器的结构感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。定尺安装在移动部件的导轨上，其长度应大于被检测件的长度；滑尺较短，安装在运动部件上。定尺和滑尺均由基板（钢或铝合金板）、平面绕组和保护屏蔽层等部分组成。,2感应同步器的工作原理,1、对滑尺上的绕组通以交流电，根据电磁原理，将在定尺绕组上感应出电压，定尺绕组中感应电压是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生的感应电压的矢量和。滑尺每移动一个节距，定尺上感应电压按余弦规律变化一周。2、由于定尺上感应电压变化的周期与滑尺相对定尺移动的节距2 对应，而节距又与工作台的实际位移x有关，从而可以间接对工作台的位移进行检测，这就是感应同步器的工作原理。,3感应同步器的安装与调整,1、感应同步器的定尺安装在移动部件的导轨上，其长度应大于被检测件的长度，滑尺较短，安装在运动部件上。感应同步器安装时，两尺保持平行，两尺之间间隙为（0.250.05）mm，一般定尺每段长250mm。2、为保证检测精度，要求定尺侧母线与机床导轨基准面的平行度允差在全长内为0.1mm，滑尺侧母线与机床导轨基准面的平行度允差在全长内为0.02mm，定尺与滑尺之间的间隙应保证在（0.250.05）mm之内。感应同步器的安装总图：,4.4.4 编码器检测装置,1光电盘编码器工作原理1印制电路板；2光源；3圆光栅；4指示光栅；5光电池组；6底座；7护罩；8轴图4.17 光电盘编码器结构图,1印制电路板；2光源；3圆光栅；4指示光栅；5光电池组；6底座；7护罩；8轴图4.17 光电盘编码器结构图,2编码器的安装与调整,编码器的安装主要采用与伺服电动机同轴连联的方式，也有采用安装在传动链末端的方式，称为外装式安装。编码器安装中的主要问题是防止连接松动。对联轴器的连接要求如下：两轴之间的误差应小于规定值；夹紧螺钉的转矩应达到规定值，螺钉要用防松剂封固；驱动轴轴径尺寸精度要求：普通型采用f7，精密型采用h6。对于外装式安装，要注意传动件的配合尺寸精度，同步带张紧要合适，安装时要注意消除传动的间隙。此外，安装、拆卸编码器时，要防止用力过大，以免轴变形。,4.4.5 旋转变压器,1旋转变压器结构及工作原理 图4.18 无刷旋转变压器结构图旋转变压器由定子和转子组成，定子绕组相当于变压器的原边，转子绕组相当于变压器的副边。将励磁电压接到原边时，转子上感应的输出电压与转子的角位移成固定的函数关系，因此可以用做角度检测。,2旋转变压器的安装,（1）安装部位旋转变压器安装主要有两种方式：与电动机同轴；与最终传动环节同轴。（2）轴连接方式 直接连接。通过各种联轴器连接。联轴器形式有锥销套筒型、夹紧环型、波纹管型及膜片型等。间接连接。通过齿轮或同步带传动。,4.4.6 位置检测装置的维护与故障诊断,位置检测装置的维护包括以下几方面内容。1光栅的维护（1）防污（2）防震2光电脉冲编码器的维护（1）防震和防污（2）防止连接松动 3旋转变压器的维护 安装接线时，一般定子电阻阻值稍大，有时补偿绕组自行短接或接入一个阻值。由于结构上与绕线转子异步电动机相似，因此，碳刷磨损到一定程度后要更换。旋转变压器与伺服电动机同轴连接时，要保证同轴连接的精度，对传动链中所有零件必须消除传动间隙。,4.5 伺服系统故障诊断与维修实例,【例1】一数控设备出现进给轴飞车失控的故障。该机床伺服系统为西门子6SC610驱动装置和1FT5交流伺服电动机并配有ROD320编码器。在排除数控系统、驱动装置及速度反馈等故障因素后，将故障定位于位置检测控制。经检查，编码器输出电缆及连接器均正常，拆开ROD320编码器，发现一紧固螺钉脱落并置于+5V与接地端之间，造成电源短路，编码器无信号输出，数控系统处于位置环开环状态，从而引起飞车失控的故障。,【例2】有一台德国SHIESS KOPP公司的FSK32.3凸轮磨床出现V轴失控，定位不准故障,该类故障是由于机床在加工中砂轮高速旋转，使切削液成雾状，进入Heidenhain光栅尺内，使光栅污染，形成盲点造成的。经过对光栅动尺和静尺进行清洗，故障一般可排除。但此次清洗后故障不能排除，故怀疑是光栅尺或脉冲整形电路的问题。由光栅尺来的正弦信号经过EXE脉冲整形放大电路后，形成方波，经J3送入NC控制系统。机床运行时，在J3插件处测其输出的方波，发现有一路输出电压偏低,说明故障在前。再测J1处输入的正弦信号I1和I2，发现I2输出有时很杂乱。检查光栅J1的连线正常，初步判断是光栅尺有问题。对测量结果进行分析发现，I2信号不正常，经测量光电池两端的电压，有一组只有1V左右。更换电池，故障排除。,光栅及控制部分的连接,
