伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修.ppt

4.1 概 述,4.1.1 伺服驅動控制的基本要求 對進給伺服控制的基本要求是：位移精度高，快速響應好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，高性能的伺服電動機及低速大轉矩等 1開環(huán)伺服控制 開環(huán)伺服控制指數(shù)控設備的伺服控制中沒有檢測和反饋裝置，數(shù)控指令脈沖是單方向傳遞。開環(huán)伺服控制多采用步進電動機作為執(zhí)行元件。,從檢測裝置來的反饋信號與指令脈沖信號進行比較，得到位置偏差控制信號，經伺服放大器對偏差信號進行調節(jié)運算和功率放大，控制工作臺修正偏差，按照指令脈沖運動，稱為閉環(huán)伺服控制。,2閉環(huán)伺服控制,4.1.3 伺服控制的主要故障形式,伺服控制主要有主軸伺服控制和進給伺服控制兩種: 主軸伺服控制系統(tǒng)的故障形式主要有： 主軸定位不準； 主軸過載； 主軸振動及噪聲； 主軸轉速與坐標運動不匹配等。 進給伺服控制系統(tǒng)的故障形式主要有以下幾種: （1）伺服電動機過載； （2）低速爬行 ； （3）振動與噪聲； （4）位置誤差。,4.2.1 常用主軸驅動系統(tǒng) 數(shù)控設備常用的主軸伺服驅動主要有直流驅動方式和交流驅動方式兩大類。直流主軸電動機有SIEMENS公司1GG5, 1GF5, 1GL5和1GH5等4個系列，配套的驅動裝置為6RA24, 6R27，采用晶閘管控制系統(tǒng)。交流主軸電動機有FUNUC公司推出的S系列電動機，其功率范圍為1.537kW，采用晶體管PWM逆變器實現(xiàn)驅動控制。SIEMENS公司也推出了1PH5及1PH6系列交流伺服電動機，其功率為3100kW，采用晶體管SPWM變頻驅動控制。國內產品主要有上海開通公司的KT系列全數(shù)字交流伺服驅動控制系統(tǒng)。,返 回,4.2.2 主軸伺服驅動控制的連接 KT270伺服驅動系統(tǒng)與KT590數(shù)控系統(tǒng)的連接圖 如圖所示：,返 回,4.2.3 交流伺服控制系統(tǒng)的調試 下面以華中世紀星數(shù)控系統(tǒng)（HNC-21TF）與松下MSDA型交流伺服控制驅動器、MSMA型交流伺服電動機的連接控制為例，說明該系統(tǒng)的調試的內容和方法。,HNC-21TF數(shù)控系統(tǒng)與伺服控制器、交流伺服電動機的連接,4.2.4 交流主軸伺服系統(tǒng)的主要故障及診斷,常見交流主軸伺服系統(tǒng)的主要故障有以下幾種。 1過載； 2主軸定位抖動 ； 3主軸轉速與進給不匹配。 4.3 進給伺服控制系統(tǒng)的故障診斷 4.3.1 常見進給伺服控制系統(tǒng) 常見的進給伺服控制方式主要有直流進給伺服驅動、交流進給伺服驅動以及步進電動機進給伺服驅動等。 4.3.2 步進電動機進給伺服控制 1步進電動機的主要性能參數(shù) （1）步距角誤差 步進電動機的步距角公式： = 360/ mZK,（2）啟動頻率； （3）矩頻特性與動態(tài)轉矩 ； （4）靜態(tài)轉矩與矩角特性 。 矩頻特性曲線 步進電動機靜態(tài)矩角特性,步進電機的外觀圖,4.4 位置檢測裝置的安裝調整與故障診斷,4.4.1 位置檢測裝置的基本要求及分類 1位置檢測裝置的基本要求 能滿足移動部件精度和速度的要求； 使用、維護簡單、方便，成本低； 壽命長，抗各種干擾能力強，能適應生產現(xiàn)場的工作環(huán)境； 在檢測范圍內，能滿足精度和速度的要求。 2位置檢測裝置的分類 按測量方式不同，位置檢測裝置可分為增量式和絕對式檢測裝置。按被測量的不同，位置檢測裝置可分為數(shù)字量和模擬量檢測裝置。,常用位置檢測裝置的分類,4.4.2 光柵檢測裝置,1光柵檢測裝置的組成 光柵是在一塊長條形的光學玻璃上用照相腐蝕法制成許多密集線紋。線紋的間距和寬度相等并與運動方向垂直，形成連續(xù)的透光區(qū)和不透光區(qū)。線紋之間的間距稱為柵距，常用光柵有每毫米刻50條、100條及200條的。 1光電池；2, 4聚光鏡；3夾縫；5光源；G1標尺光柵；G2指示光柵 圖透射光柵和反射光柵,1光電池；2, 4聚光鏡；3夾縫；5光源；G1標尺光柵；G2指示光柵 圖4.13 透射光柵和反射光柵,光柵尺及數(shù)顯表,光柵尺在機床導軌上的安裝,2光柵尺的安裝與調整,1床身；2光柵尺；3掃描頭； 4滾珠絲杠螺母副；5床鞍 光柵尺在機床上的安裝示意圖,4.4.3 感應同步器檢測裝置,1感應同步器的結構 感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成。定尺安裝在移動部件的導軌上，其長度應大于被檢測件的長度；滑尺較短，安裝在運動部件上。定尺和滑尺均由基板（鋼或鋁合金板）、平面繞組和保護屏蔽層等部分組成。,2感應同步器的工作原理,1、對滑尺上的繞組通以交流電，根據(jù)電磁原理，將在定尺繞組上感應出電壓，定尺繞組中感應電壓是滑尺上正弦繞組和余弦繞組所產生的感應電壓的矢量和?；呙恳苿右粋€節(jié)距，定尺上感應電壓按余弦規(guī)律變化一周。 2、由于定尺上感應電壓變化的周期與滑尺相對定尺移動的節(jié)距2 對應，而節(jié)距又與工作臺的實際位移x有關，從而可以間接對工作臺的位移進行檢測，這就是感應同步器的工作原理。,3感應同步器的安裝與調整,1、感應同步器的定尺安裝在移動部件的導軌上，其長度應大于被檢測件的長度，滑尺較短，安裝在運動部件上。感應同步器安裝時，兩尺保持平行，兩尺之間間隙為（0.250.05）mm，一般定尺每段長250mm。 2、為保證檢測精度，要求定尺側母線與機床導軌基準面的平行度允差在全長內為0.1mm，滑尺側母線與機床導軌基準面的平行度允差在全長內為0.02mm，定尺與滑尺之間的間隙應保證在（0.250.05）mm之內。 感應同步器的安裝總圖：,4.4.4 編碼器檢測裝置,1光電盤編碼器工作原理 1印制電路板；2光源；3圓光柵；4指示光柵；5光電池組；6底座；7護罩；8軸 圖4.17 光電盤編碼器結構圖,1印制電路板；2光源；3圓光柵；4指示光柵；5光電池組；6底座；7護罩；8軸 圖4.17 光電盤編碼器結構圖,2編碼器的安裝與調整,編碼器的安裝主要采用與伺服電動機同軸連聯(lián)的方式，也有采用安裝在傳動鏈末端的方式，稱為外裝式安裝。編碼器安裝中的主要問題是防止連接松動。對聯(lián)軸器的連接要求如下： 兩軸之間的誤差應小于規(guī)定值； 夾緊螺釘?shù)霓D矩應達到規(guī)定值，螺釘要用防松劑封固； 驅動軸軸徑尺寸精度要求：普通型采用f7，精密型采用h6 。 對于外裝式安裝，要注意傳動件的配合尺寸精度，同步帶張緊要合適，安裝時要注意消除傳動的間隙。此外，安裝、拆卸編碼器時，要防止用力過大，以免軸變形。,4.4.5 旋轉變壓器,1旋轉變壓器結構及工作原理 圖4.18 無刷旋轉變壓器結構圖 旋轉變壓器由定子和轉子組成，定子繞組相當于變壓器的原邊，轉子繞組相當于變壓器的副邊。將勵磁電壓接到原邊時，轉子上感應的輸出電壓與轉子的角位移成固定的函數(shù)關系，因此可以用做角度檢測。,2旋轉變壓器的安裝,（1）安裝部位 旋轉變壓器安裝主要有兩種方式： 與電動機同軸； 與最終傳動環(huán)節(jié)同軸。 （2）軸連接方式 直接連接。通過各種聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器形式有錐銷套筒型、夾緊環(huán)型、波紋管型及膜片型等。 間接連接。通過齒輪或同步帶傳動。,4.4.6 位置檢測裝置的維護與故障診斷,位置檢測裝置的維護包括以下幾方面內容。 1光柵的維護 （1）防污 （2）防震 2光電脈沖編碼器的維護 （1）防震和防污 （2）防止連接松動 3旋轉變壓器的維護 安裝接線時，一般定子電阻阻值稍大，有時補償繞組自行短接或接入一個阻值。 由于結構上與繞線轉子異步電動機相似，因此，碳刷磨損到一定程度后要更換。 旋轉變壓器與伺服電動機同軸連接時，要保證同軸連接的精度，對傳動鏈中所有零件必須消除傳動間隙。,4.5 伺服系統(tǒng)故障診斷與維修實例,【例1】 一數(shù)控設備出現(xiàn)進給軸飛車失控的故障。 該機床伺服系統(tǒng)為西門子6SC610驅動裝置和1FT5交流伺服電動機并配有ROD320編碼器。在排除數(shù)控系統(tǒng)、驅動裝置及速度反饋等故障因素后，將故障定位于位置檢測控制。經檢查，編碼器輸出電纜及連接器均正常，拆開ROD320編碼器，發(fā)現(xiàn)一緊固螺釘脫落并置于+5V與接地端之間，造成電源短路，編碼器無信號輸出，數(shù)控系統(tǒng)處于位置環(huán)開環(huán)狀態(tài)，從而引起飛車失控的故障。,【例2】 有一臺德國SHIESS KOPP公司的FSK32.3凸輪磨床出現(xiàn)V軸失控，定位不準故障,該類故障是由于機床在加工中砂輪高速旋轉，使切削液成霧狀，進入Heidenhain光柵尺內，使光柵污染，形成盲點造成的。經過對光柵動尺和靜尺進行清洗，故障一般可排除。但此次清洗后故障不能排除，故懷疑是光柵尺或脈沖整形電路的問題。 由光柵尺來的正弦信號經過EXE脈沖整