第5章-數(shù)控診修

第5章伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修5.1概述5.2進(jìn)給連接與控制5.3數(shù)控車(chē)床伺服進(jìn)給的具體電路控制5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析5.1概述5.1.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用及其分類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)出的控制指令，是通過(guò)進(jìn)給伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，最終實(shí)現(xiàn)精確的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)際上是一種高精度的位置跟隨與定位系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的精度及性能與其使用的伺服系統(tǒng)的類(lèi)型有關(guān)，一般對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)有以下幾種分類(lèi)方式：（１）按驅(qū)動(dòng)方式分，可分為液壓伺服系統(tǒng)、氣壓伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。下一頁(yè)返回5.1概述（２）按執(zhí)行元件的類(lèi)別分，可分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)、直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)和交流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。（３）按有無(wú)檢測(cè)元件分，可分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。（４）按輸出被控制量的性質(zhì)分，可分為位置伺服系統(tǒng)和速度伺服系統(tǒng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述5.1.2數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能決定了數(shù)控機(jī)床的許多性能，如最高移動(dòng)速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。一般對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)有如下要求：（１）精度高。數(shù)控機(jī)床的加工精度是其主要性能指標(biāo)之一，為了保證高的加工精度，要求位置控制中有高的定位精度，而在速度控制中要有較高的調(diào)速精度。此外還要求有較強(qiáng)的抗負(fù)載干擾的能力。（２）響應(yīng)快。為了保證輪廓切削形狀精度，降低加工表面的粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，滯后要小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述（３）調(diào)速范圍寬。調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。對(duì)于一般數(shù)控機(jī)床而言，要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在０～２４ｍ／ｍｉｎ的速度范圍內(nèi)都能工作，根據(jù)這一要求，對(duì)于伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制單元而言，其調(diào)速范圍至少要達(dá)到１∶１０００。（４）低速大轉(zhuǎn)矩。根據(jù)機(jī)床加工特點(diǎn)，大都是在低速時(shí)進(jìn)行重切削，即在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有大的轉(zhuǎn)矩輸出。這樣可使動(dòng)力源盡量靠近機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而可縮短進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)鏈，使傳動(dòng)裝置機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，系統(tǒng)的剛性增加。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述5.1.3電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)１步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的電動(dòng)機(jī)，目前均選用功率型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般與脈沖增量插補(bǔ)算法相配合。這種系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床或者普通機(jī)床的數(shù)控化改造。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述２直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，由于大慣量直流電動(dòng)機(jī)具有良好的寬調(diào)速特性。輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，且由于其自身慣量大，與機(jī)床傳動(dòng)部件的慣量相當(dāng)，因此，所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)安裝到機(jī)床上之前調(diào)整好后，在機(jī)床上幾乎不需要再作調(diào)整，使用方便。此類(lèi)電動(dòng)機(jī)大多配有晶閘管全控或半控橋ＳＣＲ－Ｄ調(diào)速裝置。為適應(yīng)一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床（如鉆床、沖床等）頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)及快速定位的要求，又發(fā)展了直流中小慣量伺服電動(dòng)機(jī)以及大功率晶體管脈寬調(diào)制（ＰＷＭ）驅(qū)動(dòng)裝置。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述３交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于直流伺服電動(dòng)機(jī)使用機(jī)械（電刷、換向器）換向，因此它存在許多缺點(diǎn)。多年來(lái)，人們一直在試圖使用交流電動(dòng)機(jī)代替直流電動(dòng)機(jī)，其困難在于交流電動(dòng)機(jī)很難達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)那樣滿意的調(diào)速性能。進(jìn)入２０世紀(jì)８０年代后，由于交流伺服電動(dòng)機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)以及控制理論與方法均有了突破性發(fā)展，微電子技術(shù)和功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展又為其控制方法的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件，使得交流驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)展很快，而且交流伺服電動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)在于不需要維護(hù)，制造簡(jiǎn)單，適合于惡劣環(huán)境下工作，目前交流伺服系統(tǒng)已逐漸取代直流伺服系統(tǒng)，成為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主流。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述應(yīng)用于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)有交流同步電動(dòng)機(jī)與籠型異步電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)。由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)功率一般不大（一般在數(shù)百瓦至數(shù)千瓦），加之籠型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速指標(biāo)一般不如交流同步電動(dòng)機(jī)，因此大多數(shù)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置采用的是交流同步電動(dòng)機(jī)。目前常見(jiàn)的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要有如下三類(lèi)：（１）有晶體管（ＴＧＲ）或其他元件（如ＩＧＢＴ等）作為驅(qū)動(dòng)器件組成的變頻器供電，控制交流永磁同步電動(dòng)機(jī)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述（２）采用將交流電動(dòng)機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)等效控制的矢量變換控制算法控制交流感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)。（３）無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。它實(shí)際上采用具有位置檢測(cè)的交流同步電動(dòng)機(jī)，使用大功率晶體管或其他驅(qū)動(dòng)器件和位置檢測(cè)完成成電子換向，代替了直流電動(dòng)機(jī)的電刷和機(jī)械換向器，由變頻裝置供電。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述5.1.4進(jìn)給伺服系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)、閉環(huán)與半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)按有無(wú)位置檢測(cè)元件又分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩大類(lèi)，閉環(huán)系統(tǒng)按位置檢測(cè)元件的安裝位置又分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。開(kāi)環(huán)控制采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，沒(méi)有位置反饋回路和速度控制回路，簡(jiǎn)化了電路，因此設(shè)備投資低，調(diào)試維修方便，但進(jìn)給速度和精度較低，被應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及一般的機(jī)床改造。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述閉環(huán)控制采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件。全閉環(huán)方式直接從機(jī)床的移動(dòng)部件上獲取位置實(shí)際移動(dòng)值，因此其檢測(cè)精度不受機(jī)械傳動(dòng)精度的影響。但不能認(rèn)為全閉環(huán)方式可以降低對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求，因閉環(huán)環(huán)路包括了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性不僅與傳動(dòng)部件的剛性、慣量有關(guān)，還取決于阻尼、油的黏度、滑動(dòng)面摩擦因素等因素。而且這些因素對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響在不同條件下還會(huì)發(fā)生變化，這給位置閉環(huán)控制的調(diào)整和穩(wěn)定帶來(lái)了許多困難。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述這些困難使調(diào)整閉環(huán)環(huán)路時(shí)不得不降低位置增益，從而對(duì)跟隨誤差與輪廓加工誤差產(chǎn)生不利影響。所以采用全閉環(huán)方式時(shí)必須增大機(jī)床剛度，改善滑動(dòng)面摩擦特性，減少傳動(dòng)間隙，這樣才有可能提高位置增益。全閉環(huán)方式被大量應(yīng)用在精度要求較高的大型數(shù)控機(jī)床上。半閉環(huán)方式一般將位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)軸上或絲杠的一端，進(jìn)給系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置處于反饋回路之外，其剛度等非線性因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性沒(méi)有影響，安裝調(diào)試比較方便，且其快速性好，動(dòng)態(tài)精度高。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述但由于機(jī)床的定位精度與機(jī)械傳動(dòng)裝置的精度有關(guān)，而數(shù)控裝置都有螺距誤差補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能，在傳動(dòng)裝置精度不高的情況下，可以利用補(bǔ)償功能將加工精度提高到滿意的程度。因此在精度要求適中的中小型數(shù)控機(jī)床上，半閉環(huán)控制得到廣泛應(yīng)用。但如果程度機(jī)構(gòu)的誤差過(guò)大或其誤差不穩(wěn)定，則數(shù)控系統(tǒng)難以補(bǔ)償。如由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭曲變形所引起的彈性間隙，因其與負(fù)載力矩有關(guān)，故無(wú)法補(bǔ)償。由制造與安裝所引起的重復(fù)定位誤差以及由于環(huán)境溫度與絲杠變化所引起的絲杠螺距誤差也是不能補(bǔ)償?shù)?。上一?yè)下一頁(yè)返回5.1概述5.1.5數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求１高傳動(dòng)剛度進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的高傳動(dòng)剛度主要取決于絲桿螺母副（直線運(yùn)動(dòng)）或渦輪蝸桿副（回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）及其支承部件的剛度。剛度不足與摩擦阻力一起會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象以及造成反向死區(qū)，影響傳動(dòng)準(zhǔn)確性?？s短傳動(dòng)鏈，合理選擇絲桿尺寸以及對(duì)絲桿螺母副及支承部件等預(yù)緊是提高傳動(dòng)剛度的有效途徑。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述２高諧振為提高進(jìn)給系統(tǒng)的抗振性，應(yīng)使機(jī)械構(gòu)件具有高的固有頻率和合適的阻尼，一般要求機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)高于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的２～３倍。３低摩擦進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，快速響應(yīng)特性好，必須減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中現(xiàn)普遍采用滾珠絲桿螺母副。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.1概述４低慣量進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常需進(jìn)行啟動(dòng)、停止、變速或反向，若機(jī)械傳動(dòng)裝置慣量大，會(huì)增大負(fù)載并使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能變差。因此在滿足強(qiáng)度與剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的重量以及各傳動(dòng)元件的尺寸，以提高傳動(dòng)部件對(duì)指令的快速響應(yīng)能力。５無(wú)間隙機(jī)械間隙是造成進(jìn)給系統(tǒng)反向死區(qū)的另一主要原因，因此對(duì)傳動(dòng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括齒輪副、絲桿螺母副、聯(lián)軸器及其支承部件等均應(yīng)采用消除間隙的結(jié)構(gòu)措施。上一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制5.2.1ＧＳＫ９８０ＴＤ數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器和手輪接口１驅(qū)動(dòng)器接口ＧＳＫ９８０ＴＤ數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)ＸＳ３０、ＸＳ３１接口與Ｘ軸、Ｚ軸驅(qū)動(dòng)器連接，接口定義如圖5-1所示。２手輪接口ＧＳＫ９８０ＴＤ數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)ＸＳ３８接口與手輪連接，ＨＡ、ＨＢ分別為手輪的Ａ相、Ｂ相輸入信號(hào)，接口定義及連接如圖5-2和圖5-3所示。下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制5.2.2ＤＡ９８驅(qū)動(dòng)器１ＤＡ９８交流伺服系統(tǒng)介紹ＤＡ９８交流伺服系統(tǒng)是國(guó)產(chǎn)第一代全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，采用國(guó)際最新數(shù)字信號(hào)處理器（ＤＳＰ）、大規(guī)?？删幊涕T(mén)陣列（ＣＰＬＤ）和ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ智能化功率模塊（ＩＰＭ），集成度高、體積小、保護(hù)完善、可靠性好。采用最優(yōu)ＰＩＤ算法完成ＰＷＭ控制，性能已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平，驅(qū)動(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī)的外觀圖如圖5-4和圖5-5所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制與步進(jìn)系統(tǒng)相比，ＤＡ９８交流伺服系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（１）避免失步現(xiàn)象：伺服電動(dòng)機(jī)自帶編碼器，位置信號(hào)反饋至伺服驅(qū)動(dòng)器，與開(kāi)環(huán)位置控制器一起構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)。（２）寬速比、恒轉(zhuǎn)矩：調(diào)速比為１∶５０００，從低速到高速都具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩特性。（３）高速度、高精度：伺服電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)３０００ｒ／ｍｉｎ，回轉(zhuǎn)定位精度１／１００００ｒ。（４）控制簡(jiǎn)單、靈活：通過(guò)修改參數(shù)可對(duì)伺服系統(tǒng)的工作方式、運(yùn)行特性作出適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，以適應(yīng)不同的要求。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制２驅(qū)動(dòng)器的連接要求１）電源端子ＴＢ線徑：Ｒ、Ｓ、Ｔ、ＰＥ、Ｕ、Ｖ、Ｗ端子線徑≥１.５ｍｍ２（ＡＷＧ１４－１６），ｒ、ｔ端子線徑≥１.０ｍｍ２（ＡＷＧ１６－１８）。接地：接地線應(yīng)盡可能粗一點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)器與伺服電動(dòng)機(jī)在ＰＥ端子一點(diǎn)接地，接地電阻＜１００Ω。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制要求：端子連接采用ＪＵＴ－１.５—４預(yù)絕緣冷壓端子，務(wù)必連接牢固；建議由三相隔離變壓器供電，減少電擊傷人可能性；建議電源經(jīng)噪聲濾波器提供電，提高抗干擾能力；請(qǐng)安裝非熔斷型（ＮＦＢ）斷路器，使驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)能及時(shí)切斷外部電源。表5-1為電源端子ＴＢ功能介紹。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制２）控制信號(hào)ＣＮ１、反饋信號(hào)ＣＮ２線徑：采用屏蔽電纜（最好選用絞合屏蔽電纜），線徑≥０１２ｍｍ２（ＡＷＧ２４－２６），屏蔽層須接ＦＧ端子。線長(zhǎng)：電纜長(zhǎng)度盡可能短，控制ＣＮ１電纜不超過(guò)３ｍ，反饋信號(hào)ＣＮ２電纜長(zhǎng)度不超過(guò)２０ｍ。布線：遠(yuǎn)離動(dòng)力線路布線，防止干擾串入；請(qǐng)給相關(guān)線路中的感性元件（線圈）安裝浪涌吸收元件；直流線圈反向并聯(lián)續(xù)流二極管，交流線圈并聯(lián)阻容吸收回路。圖5-6為ＧＳＫ９８０ＴＤ數(shù)控系統(tǒng)的ＸＳ３０、ＸＳ３１接口與驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)端子ＣＮ１的連接。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制３驅(qū)動(dòng)器的外部連線圖5-7為驅(qū)動(dòng)器的外部連線圖。４驅(qū)動(dòng)器的面板操作驅(qū)動(dòng)器面板由６個(gè)ＬＥＤ數(shù)碼管顯示器和４個(gè)按鍵↑、↓、←、Ｅｎｔｅｒ組成，用來(lái)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)、設(shè)置參數(shù)等，按鍵功能如下：↑：序號(hào)、數(shù)值增加，或選項(xiàng)向前；↓：序號(hào)、數(shù)值減少，或選項(xiàng)退后；←：返回上一層操作菜單，或操作取消；上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制Ｅｎｔｅｒ：進(jìn)入下一層操作菜單，或輸入確認(rèn)。注意：↑、↓保持按下，操作重復(fù)執(zhí)行，并且保持時(shí)間越長(zhǎng)，重復(fù)速率越快。６位ＬＥＤ數(shù)碼管顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)及數(shù)據(jù)，全部數(shù)碼管或最右邊數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)顯示閃爍，表示發(fā)生報(bào)警。５驅(qū)動(dòng)器基本增益調(diào)整（１）［速度比例增益］（參數(shù)Ｎｏ.５）的設(shè)定值，在不發(fā)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定得較大。一般情況下，負(fù)載慣量越大，［速度比例增益］的設(shè)定值應(yīng)越大。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制（２）［速度積分時(shí)間常數(shù)］（參數(shù)Ｎｏ.６）的設(shè)定值，根據(jù)給定的條件，盡量設(shè)置得較大。［速度積分時(shí)間常數(shù)］設(shè)定得太大時(shí)，響應(yīng)速度將會(huì)提高，但是容易產(chǎn)生振蕩。所以在不發(fā)生振蕩的條件下，盡量設(shè)置得較大。［速度積分時(shí)間常數(shù)］設(shè)定得太大時(shí)，在負(fù)載變動(dòng)的時(shí)候，速度將變動(dòng)較大。一般情況下，負(fù)載慣量越大，［速度積分時(shí)間常數(shù)］的設(shè)定值應(yīng)越小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制（３）［位置比例增益］（參數(shù)Ｎｏ.９）的設(shè)定值，在穩(wěn)定范圍內(nèi)，盡量設(shè)置得較大。［位置比例增益］設(shè)置得太大時(shí)，位置指令的跟蹤特性好，滯后誤差小，但是在停止定位時(shí)，容易產(chǎn)生振蕩。（４）如果要求位置跟蹤特性特別高時(shí)，可以增加［位置前饋增益］設(shè)定值。但如果太大，會(huì)引起超調(diào)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制（５）增益調(diào)整注意事項(xiàng)：①［位置比例增益］設(shè)定的較小時(shí)，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是位置跟蹤特性變差，滯后誤差偏大，為了使用較高的［位置比例增益］，可以減小［速度指令濾波時(shí)間常數(shù)］（參數(shù)Ｎｏ１１）設(shè)定值，避免超調(diào)。②［位置比例增益］的設(shè)定值可以參考如下：低剛度為５８～１１８；中剛度為１１８～１３８；高剛度為１３８～１９８。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制６驅(qū)動(dòng)器報(bào)警一覽表（表5-2）ＰＣＭＤ＝１：ＣＮＣ輸出波形是脈沖；＝０：ＣＮＣ輸出波形是方波。Ｘ、Ｚ軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向選擇，機(jī)床移動(dòng)方向與指令要求方向不符時(shí)，可調(diào)整此參數(shù)進(jìn)行修正。ＤＩＲＸ、ＤＩＲＺ＝１：執(zhí)行面板上正方向鍵時(shí)，ｎＤＩＲ＋為高電平，ｎＤＩＲ－為低電平；執(zhí)行面板負(fù)方向鍵時(shí)，ｎＤＩＲ＋為低電平，ｎＤＩＲ－為高電平；＝０：執(zhí)行面板上負(fù)方向鍵時(shí)，ｎＤＩＲ＋為高電平，ｎＤＩＲ－為低電平；執(zhí)行面板正方向鍵時(shí)，ｎＤＩＲ＋為低電平，ｎＤＩＲ－為高電平。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制驅(qū)動(dòng)器報(bào)警電平選擇，根據(jù)驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào)輸出是高電平還是低電平進(jìn)行調(diào)整此參數(shù)。ＸＡＬＭ、ＺＡＬＭ＝１：ＸＤＡＬＭ、ＺＤＡＬＭ信號(hào)與０Ｖ?jǐn)嚅_(kāi)時(shí)報(bào)警；＝０：ＸＤＡＬＭ、ＺＤＡＬＭ信號(hào)與０Ｖ接通時(shí)報(bào)警。ＳＰＦＤ＝１：切削時(shí)主軸停止旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給也停止；＝０：切削時(shí)主軸停止旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給不停止。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制ＲＰＤＦＸ、ＲＰＤＦＺ：Ｘ、Ｚ軸快速移動(dòng)速率（半徑值）。設(shè)定范圍：Ｘ＝１０～３８２５０００（單位：ｍｍ／ｍｉｎ）；Ｚ＝１０～７６５００００（單位：ｍｍ／ｍｉｎ）。Ｘ配伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)設(shè)為３８００，配步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)設(shè)為３０００；Ｚ配伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)設(shè)為７６００，配步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)設(shè)為６０００。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制ＬＩＮＴＸ、ＬＩＮＴＺ：Ｘ、Ｚ軸快速移動(dòng)時(shí)，線性加減速時(shí)間常數(shù)值，數(shù)值越大，加減速過(guò)程越慢。設(shè)定范圍：０～４０００（單位：ｍｓ）。配伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)設(shè)為１００，配步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)設(shè)為３５０。ＦＥＤＭＸ：Ｘ、Ｚ軸切削進(jìn)給上限速度。設(shè)定范圍：１０～８０００（單位：ｍｍ／ｍｉｎ）。ＦＥＥＤＴ：切削進(jìn)給和手動(dòng)進(jìn)給時(shí)指數(shù)加減速時(shí)間常數(shù)，設(shè)為０時(shí)，不進(jìn)行指數(shù)加減速。設(shè)定范圍：０～４０００（單位：ｍｓ）。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.2進(jìn)給連接與控制ＦＥＤＦＬ：切削和手動(dòng)進(jìn)給時(shí)的指數(shù)加速的起始速度，減速的終止速度。設(shè)置的速度越大，加減速過(guò)程越快，啟動(dòng)或停止時(shí)沖擊越大。設(shè)定范圍：０～８０００（單位：ｍｍ／ｍｉｎ）。ＲＰＤＦＬ：Ｘ、Ｚ軸快速移動(dòng)時(shí)，Ｆ０（最低的快速速率）的速率。設(shè)定范圍：６～４０００（單位：ｍｍ／ｍｉｎ）。上一頁(yè)返回5.3數(shù)控車(chē)床伺服進(jìn)給的具體電路控制１伺服進(jìn)給的具體控制電路如圖5-8所示：２伺服驅(qū)動(dòng)電路的連接分析首先是從主電路Ｕ、Ｖ、Ｗ引入三相交流３８０Ｖ電源，經(jīng)ＱＦ４小型空氣開(kāi)關(guān)后，再經(jīng)ＫＭ５接觸器的觸點(diǎn)，連接到隔離降壓變壓器（ＴＣ１）的輸入端，輸出端的三相交流２２０Ｖ提供給伺服驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力電源，ｒ、ｔ端子連接的是內(nèi)部控制電源，伺服驅(qū)動(dòng)器的Ｕ、Ｖ、Ｗ用于驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)。下一頁(yè)返回5.3數(shù)控車(chē)床伺服進(jìn)給的具體電路控制伺服驅(qū)動(dòng)器上有兩個(gè)接口，ＣＮ１接口是用于ＮＣ系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)器連接，執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)。ＣＮ２接口是用于伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電動(dòng)機(jī)的反饋線連接，把編碼器反饋信號(hào)傳送到伺服驅(qū)動(dòng)器。上一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析5.4.1伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障處理的一般方法１進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的處理根據(jù)統(tǒng)計(jì)，這部分的故障率約占數(shù)控機(jī)床全部故障率的１／３。故障現(xiàn)象大致分三類(lèi)：（１）軟件報(bào)警現(xiàn)象。包括有伺服進(jìn)給系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)警（大多是速度控制單元故障引起或是主控印刷線路板內(nèi)與位置控制或伺服信號(hào)有關(guān)部分發(fā)生故障）、檢測(cè)元件（如測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器等）故障、檢測(cè)信號(hào)引起故障、過(guò)熱報(bào)警（包括伺服單元過(guò)熱、變壓器過(guò)熱及伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)熱）等情況。下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析（２）硬件報(bào)警現(xiàn)象。包括高壓報(bào)警（電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定）、大電流報(bào)警（晶閘管損壞）、電壓過(guò)低報(bào)警（大多為輸入電壓低于額定值的８５％或電源線連接不良）、過(guò)載報(bào)警（機(jī)械負(fù)載過(guò)大）、速度反饋斷線報(bào)警、保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作有誤等。這些故障在處理中應(yīng)按具體情況分別對(duì)待。（３）無(wú)報(bào)警顯示的故障現(xiàn)象。包括機(jī)床失控、機(jī)床振動(dòng)、機(jī)床過(guò)沖（參數(shù)設(shè)置不當(dāng)）、噪聲過(guò)大（電動(dòng)機(jī)方面有故障）、快進(jìn)時(shí)不穩(wěn)定等現(xiàn)象。這些故障要從檢查速度控制單元，參數(shù)設(shè)置、傳動(dòng)副間隙、異物浸入、電動(dòng)機(jī)軸向竄動(dòng)、電刷接觸不良等方面去查找故障源。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析２進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見(jiàn)故障及診斷方法進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見(jiàn)故障有以下幾種：（１）超程。當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)超過(guò)由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開(kāi)關(guān)設(shè)定的硬限位時(shí)，就會(huì)發(fā)生超程報(bào)警，一般會(huì)在ＣＲＴ上顯示報(bào)警內(nèi)容，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)，即可排除故障，解除報(bào)警。（２）過(guò)載。當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過(guò)大，頻繁正、反向運(yùn)動(dòng)以及傳動(dòng)鏈潤(rùn)滑狀態(tài)不良時(shí)，均會(huì)引起過(guò)載報(bào)警。一般會(huì)在ＣＲＴ上顯示伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)載、過(guò)熱或過(guò)流等報(bào)警信息。同時(shí)，在強(qiáng)電柜中的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元上、指示燈或數(shù)碼管會(huì)提示驅(qū)動(dòng)單元過(guò)載、過(guò)電流等信息。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析（３）竄動(dòng)。在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象：①測(cè)速信號(hào)不穩(wěn)定，如測(cè)速裝置故障、測(cè)速反饋信號(hào)干擾等；②速度控制信號(hào)不穩(wěn)定或受到干擾；③接線端子接觸不良，如螺釘松動(dòng)等。當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正方向運(yùn)動(dòng)與反向運(yùn)動(dòng)的換向瞬間時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過(guò)大所致。（４）爬行。發(fā)生在啟動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑狀態(tài)不良、伺服統(tǒng)增益低及外加負(fù)載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是：伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析（５）機(jī)床出現(xiàn)振動(dòng)。機(jī)床以高速運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)過(guò)流報(bào)警。機(jī)床振動(dòng)問(wèn)題一般屬于速度問(wèn)題，所以就應(yīng)去查找速度環(huán)；而機(jī)床速度的整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程是由速度調(diào)節(jié)器來(lái)完成的，即凡是與速度有關(guān)的問(wèn)題，應(yīng)該去查找速度調(diào)節(jié)器，因此振動(dòng)問(wèn)題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號(hào)、反饋信號(hào)及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析（６）伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元除了速度控制信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，一般為ＤＣ＋２４Ｖ繼電器線圈電壓。伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有：①檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號(hào)輸出；②檢查使能信號(hào)是否接通，通過(guò)ＣＲＴ觀察Ｉ／Ｏ狀態(tài)，分析機(jī)床ＰＬＣ梯形圖（或流程圖），以確定進(jìn)給軸的啟動(dòng)條件，如潤(rùn)滑、冷卻等是否滿足；③對(duì)帶電磁制動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)，應(yīng)檢查電磁制動(dòng)是否釋放；④進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元故障；⑤伺服電動(dòng)機(jī)故障。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析（７）位置誤差。當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過(guò)位置允差范圍時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生位置誤差過(guò)大的報(bào)警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有：①系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍小；②伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)；③位置檢測(cè)裝置有污染；④進(jìn)給傳動(dòng)鏈累積誤差過(guò)大；⑤主軸箱垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡裝置（如平衡液壓缸等）不穩(wěn)。（８）漂移。當(dāng)指令值為零時(shí)，坐標(biāo)軸仍移動(dòng)，從而造成位置誤差。通過(guò)誤差補(bǔ)償和驅(qū)動(dòng)單元的零速調(diào)整來(lái)消除。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析（９）機(jī)械傳動(dòng)部件的間隙與松動(dòng)。在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)鏈中，常常由于傳動(dòng)元件的鍵槽與鍵之間的間隙使傳動(dòng)受到破壞，因此，除了在設(shè)計(jì)時(shí)慎重選擇鍵聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)之外，對(duì)加工和裝配必須進(jìn)行嚴(yán)查。在裝配滾珠絲杠時(shí)應(yīng)當(dāng)檢查軸承的預(yù)緊情況，以防止?jié)L珠絲杠的軸向竄動(dòng)，因?yàn)橛蜗兑彩钱a(chǎn)生明顯傳動(dòng)間隙的另一個(gè)原因，表5-3為滾珠絲杠副的常見(jiàn)故障及排除方法。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析5.4.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)故障維修實(shí)例例５-１故障現(xiàn)象：一臺(tái)配備９８０ＴＤ廣州數(shù)控系統(tǒng)的車(chē)床，在運(yùn)行過(guò)程中，被加工的零件的Ｚ軸尺寸逐漸變小，而且每次的變化量與機(jī)床的切削力有關(guān)；當(dāng)切削力增加時(shí)，變化量也會(huì)隨之變大。故障分析：根據(jù)故障現(xiàn)象分析，產(chǎn)生故障的原因應(yīng)在伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿之間的機(jī)械連接上。由于本機(jī)床采用的是聯(lián)軸器直接連接的結(jié)構(gòu)形式；當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿之間的彈性聯(lián)軸器未能鎖緊時(shí)，絲桿與伺服電動(dòng)機(jī)之間將產(chǎn)生相對(duì)滑移，Ｚ軸進(jìn)給尺寸逐漸變小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析解決聯(lián)軸器不能正常鎖緊的方法是壓緊錐形套，增加摩擦力。如果聯(lián)軸器與絲桿之間配合不良，依靠聯(lián)軸器本身的鎖緊螺釘無(wú)法保證鎖緊時(shí)，通常的解決方法是將每組錐形彈性套中的其中一個(gè)開(kāi)一條０.５ｍｍ左右的縫，以增加錐形彈性套的收縮量，這樣可以解決聯(lián)軸器與絲桿之間配合不良引起的松動(dòng)問(wèn)題。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析例５-２故障現(xiàn)象：一臺(tái)配備９８０ＴＤ廣州數(shù)控系統(tǒng)的車(chē)床，在加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)Ｘ軸、Ｚ軸的實(shí)際移動(dòng)尺寸與理論值不符。故障分析：由于本機(jī)床Ｘ軸、Ｚ軸工作正常，故障僅是移動(dòng)的實(shí)際值與理論值不符，因此可以判定機(jī)床系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器等部件均無(wú)故障，引起問(wèn)題的原因在于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)與控制系統(tǒng)的參數(shù)匹配不當(dāng)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)匹配的參數(shù)在不同的系統(tǒng)中有所不同，通常有電子齒輪比、指令倍乘系數(shù)、檢測(cè)倍乘系數(shù)、編碼器脈沖數(shù)和絲桿螺距。以上參數(shù)必須統(tǒng)一設(shè)置，才能保證系統(tǒng)的指令值與實(shí)際值移動(dòng)值相符。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析故障處理：在本機(jī)床中，通過(guò)檢查系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)發(fā)現(xiàn)，Ｘ軸、Ｚ軸伺服的編碼器脈沖數(shù)與系統(tǒng)設(shè)置不一致。在機(jī)床上Ｘ軸、Ｚ軸的型號(hào)相同，但內(nèi)裝式編碼器分別為２０００脈沖／轉(zhuǎn)與２５００脈沖／轉(zhuǎn)，而系統(tǒng)的設(shè)置值正好與此相反。據(jù)了解，故障原因是用戶(hù)在進(jìn)行機(jī)床大修時(shí)，曾經(jīng)拆下Ｘ軸、Ｚ軸伺服進(jìn)行清理，但安裝時(shí)未注意到編碼器的區(qū)別。對(duì)Ｘ軸、Ｚ軸進(jìn)行交換后，機(jī)床恢復(fù)正常工作。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析例５-３故障現(xiàn)象：一臺(tái)配備９８０ＴＤ廣州數(shù)控系統(tǒng)的車(chē)床，進(jìn)給加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)Ｘ軸振動(dòng)。故障分析：加工過(guò)程中坐標(biāo)軸出現(xiàn)振動(dòng)、爬行與多種原因有關(guān)，可能是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的故障，亦可能是伺服進(jìn)給系統(tǒng)的調(diào)整與設(shè)置不當(dāng)。為了判定故障原因，將機(jī)床操作方式至于手動(dòng)方式，用手搖脈沖發(fā)生器控制Ｘ軸進(jìn)給，發(fā)現(xiàn)Ｘ軸仍有振動(dòng)現(xiàn)象。在此方式下，通過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間移動(dòng)后，Ｘ軸速度單元上ＯＶＣ報(bào)警燈亮，證明Ｘ軸伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)生了過(guò)電流報(bào)警，根據(jù)以上現(xiàn)象，分析可能的原因如下：上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析（１）負(fù)載過(guò)重；（２）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良；（３）位置環(huán)增益過(guò)高；（４）伺服不良等。故障處理：維修時(shí)通過(guò)互換法確認(rèn)故障原因出在直流伺服上。卸下Ｘ軸，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)６個(gè)電刷中有兩個(gè)彈簧已燒斷，造成了電樞電流不平衡，使輸出轉(zhuǎn)矩不平衡。另外，發(fā)現(xiàn)軸承亦有損壞，而引起Ｘ軸振動(dòng)與過(guò)電流。更換軸承與電刷后，機(jī)床恢復(fù)正常。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析例５-４故障現(xiàn)象：一臺(tái)配備９８０ＴＤ廣州數(shù)控系統(tǒng)的車(chē)床，采用９８Ａ伺服驅(qū)動(dòng)器，開(kāi)機(jī)后，Ｘ軸、Ｚ軸工作正常，但手動(dòng)移動(dòng)Ｚ軸，發(fā)現(xiàn)在較小的范圍內(nèi)，Ｚ軸可以運(yùn)動(dòng)，但繼續(xù)移動(dòng)Ｚ軸，系統(tǒng)出現(xiàn)伺服報(bào)警。故障分析：根據(jù)故障現(xiàn)象，檢查機(jī)床實(shí)際工作情況，發(fā)現(xiàn)開(kāi)機(jī)后Ｚ軸可以少量運(yùn)動(dòng)，不久溫度繼續(xù)上升，表面發(fā)燙。引起以上故障的原因可能是機(jī)床電氣控制系統(tǒng)故障或機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)不良。為了確定故障部位，考慮到本機(jī)床采用的是半閉環(huán)結(jié)構(gòu)、維修時(shí)首先松開(kāi)伺服與絲杠的連接、并再次開(kāi)機(jī)試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象不變、故確認(rèn)報(bào)警是由電氣控制系統(tǒng)的不良引起的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回5.4伺服進(jìn)給系統(tǒng)異常故障診斷與維修實(shí)例分析故障處理：由于機(jī)床Ｚ軸伺服電動(dòng)機(jī)帶有制動(dòng)器，開(kāi)機(jī)后測(cè)量制動(dòng)器的輸入電壓正常；在系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器關(guān)機(jī)的情況下，對(duì)制動(dòng)器單獨(dú)加入電源進(jìn)行試驗(yàn)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)Ｚ軸，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器已松開(kāi)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸子穩(wěn)、輕松，證明制動(dòng)器工作良好。為了進(jìn)一步縮小