《數控機床 故障診斷與維護》-教學單元5 伺服系統故障診斷及維護

教學單元5伺服系統故障診斷及維護5.1任務引入伺服驅動系統簡稱伺服系統(ServoSystem)，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統，使輸出的機械位移(或轉角)準確地跟蹤輸人的位移(或轉角)。伺服系統是用來精確地跟隨某個過程的反饋控制系統，又稱隨動系統。下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護對于數控機床，如果說CVC裝置是數控機床的“大腦”，是發布命令的“指揮機構”，那么伺服系統便是數控機床的“四肢”，是一種“執行機構”，準確地執行由CVC裝置發出的運動命令。在數控機床使用過程中，進給伺服系統比較容易發生故障，做好伺服系統的故障診斷和處理工作，是數控機床維修和維護的關鍵。做好伺服系統的故障分析與維修，需要完成以下任務:①常用主軸伺服、進給伺服系統組成及工作原理是什么?②常用位置檢測元件有哪些?③如何進行伺服驅動單元的調試?④伺服驅動單元的故障排除方法有哪些，如何進行維護?⑤位置檢測系統的故障排除方法有哪些，如何進行維護?上一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護5.2相關知識5.2.1伺服系統概述1.伺服驅動系統的性能指標數控機床的伺服驅動裝置要求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，并能忠實地執行來自數控裝置的指令，從而提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。由于其應用的環境不同，技術水平的差異，使用條件也不盡相同，這就要求伺服系統要盡量適應不同設備的不同要求，這也對伺服系統的研發提出了更高的要求。數控機床伺服驅動系統的主要性能指標有下列幾點。下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(1)分辨率或脈沖當量對于一個高端的數控伺服系統，不僅要求其元件的誤差要小，而且對其檢測元件的檢測精度也要求較高。對于任何系統來說，其在工作過程中由于元件本身存在或外界影響，都避免不了會產生一定的誤差。這種誤差有的是系統誤差，屬于不可避免的;有的則是偶然誤差，這種是由設計缺陷和外部影響造成的，應該盡量消除。所以對于這兩種誤差，前者需要采用適當的補償方式減小，后者則需在設計和調試過程中避免。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護而對于檢測元件，在閉環控制系統中，對于檢測元件本身誤差和被檢測量偏差很難區分出來，反饋檢測元件精度對系統精度常常起著決定性作用。可以說，數控機床加工精度很大程度上是由檢測系統精度決定。在設計數控機床，尤其高精度或大中型數控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數量級。總之，高精度控制系統必須有高精度檢測元件作為保證。通常，插補器或計算機的插補軟件每發出一個進給脈沖指令，伺服系統將其轉化為一個相應的機床工作臺位移量，我們稱此位移量為機床的脈沖當量。一般機床的脈沖當量為0.01-0.005mm脈沖，高精度的CNC機床其脈沖當量可達0.001mm脈沖。脈沖當量越小，機床的位移精度越高。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(2)調速范圍在數控機床加工中，伺服系統為了同時滿足高速快移和單步點動，要求進給驅動具有足夠寬調速范圍。伺服系統在低速情況下實現平穩進給，則要求速度必須大于“死區”范圍。伺服系統最高速度選擇要考慮到機床機械允許界限和實際加工要求，高速度固然能提高生產率，但對電機和驅動要求也就更高。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(3)可靠性數控機床是一種高精度、高效率自動化設備，如果發生故障，其損失就更大，所以提高數控機床可靠性就顯得尤為重要，比如要具有較強的抗干擾能力。可靠度是評價可靠性主要定量指標之一，其定義為:產品在規定條件下和規定時間內，成規定功能的能力。對數控機床來說，它規定的條件指其環境條件、工作條件和方式等，例如濕度、溫度和振動等。這里功能主要指數控機床使用功能，例如數控機床各種機能、伺服性能等。數控伺服系統則主要體現在:電子器件的故障率以及維護其所需要的時間。對于元器件，除了器件本身不可避免的故障外，不僅要在設計階段將主要部分的保護器件合理配置，還要配備靈敏的檢測系統，從而能在第一時間發現異常，避免更大的損失。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護而從維護的角度來說，則要求系統方便維修。如在重要位置設置自檢系統和故障報警裝置，從而能夠第一時間發現問題。平均故障間隔時間是指兩次相鄰故障間隔的平均時間。數控機床將它作為可靠性重要指標。隨著工業自動化、信息化的發展，數控裝置采用計算機以后，其可靠性大大提高，與之相對應的伺服系統可靠性就顯得更為重要。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(4)跟隨誤差跟隨誤差即要求伺服系統的速度響應要快。評價一個數控伺服系統的優劣，還要考慮其控制系統、電機性能以及相互之間匹配等問題。對于控制系統，主要體現在其控制信號的準確性和響應時間上。不僅要避免錯誤信號的產生，還要提高其響應的時間，提高效率。這兩個問題在數字伺服系統中也占有重要位置。電機的性能屬于設計時的器件選擇問題，這里不再詳說，但應注意其與驅動系統的匹配問題，從而滿足數控機床的性能要求。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護2.伺服系統的工作原理以進給伺服系統為例，進給伺服系統是一種反饋控制系統，以指令脈沖為輸入給定值，與輸出被調量進行比較，利用二者的偏差值對系統進行自動調節，以消除偏差，使被調量跟蹤給定值。伺服系統具有負反饋回路，在運動過程中實現了信號的放大，如圖5-1所示。3.伺服驅動系統分類(1)按控制對象和使用目的分根據控制對象和使用目的不同，數控機床伺服系統可分為進給伺服系統、主軸伺服系統和輔助伺服系統。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護①進給驅動系統是用于數控機床工作臺坐標或刀架坐標的控制系統，控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需的力矩。進給驅動系統重點在一切削力矩大小、調速范圍大小、調節精度高低、動態響應的快速性，是一種精密的位置跟蹤、定位系統。進給驅動系統一般包括速度控制環和位置控制環。②主軸驅動系統用于控制機床主軸的旋轉運動，為機床主軸提供驅動功率和所需的切削力。主軸驅動系統重點在于是否有足夠的功率、寬的恒功率調節范圍及速度調節范圍;它只是一個速度控制系統。③輔助伺服系統用在各類加工中心或多功能數控機床中，用來控制刀庫、料庫等輔助系統，一般多采用簡易的位置控制。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(2)按使用的執行元件分按驅動部件的動作原理又可將其分為電液控制系統和電氣控制系統。1)電液伺服系統電液伺服系統驅動裝置是電液脈沖馬達和電液伺服馬達。其優點是在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數小、反應快和速度平穩;其缺點是液壓系統需要供油系統，體積大、噪聲、漏油等。2)電氣伺服系統電氣伺服系統驅動裝置伺服電機(如步進電機、直流電機和交流電機等)。其優點是操作維護方便，可靠性高。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護直流伺服系統采用大慣量、寬調速永磁直流伺服電機和中小慣量直流伺服電機。其優點是調速性能好;其缺點是有電刷，速度不高。交流伺服系統采用交流感應異步伺服電機(一般用于主軸伺服系統)和永磁同步伺服電機(一般用于進給伺服系統)。優點是結構簡單、不需維護，適合于在惡劣環境下工作;動態響應好、轉速高和容量大。在20世紀70年代至80年代的數控機床上，一般均采用直流伺服驅動;從80年代中后期起，數控機床上多采用交流伺服驅動。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(3)按控制原理分按伺服系統調節理論，數控機床的進給伺服系統可分為開環、閉環和半閉環系統。開環、閉環和半閉環控制系統的原理及特點在第一章有詳細的描述。開環伺服系統中沒有位置測量裝置，信號流是單向的(數控裝置~進給系統)，一般以功率步進電機作為伺服驅動元件，步進電機在負載轉矩超過電動機輸出轉矩時，將導致步進電動機的“失步”，使加工無法進行。因此，開環控制僅適用于加工精度要求不高，負載較輕且變化不大的簡易、經濟型數控機床。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護閉環控制系統對機械結構以及傳動系統的要求比半閉環的更高，傳動系統的剛度、間隙、導軌的爬行等各種非線性因素將直接影響系統的穩定性，嚴重時甚至產生振蕩。解決以上問題的最佳途徑是采用直線電動機作為驅動系統的執行器件。采用直線電動機驅動，可以完全取消傳動系統中將旋轉運動變為直線運動的環節，大大簡化機械傳動系統的結構，實現了所謂的零傳動。它從根本上消除了傳動環節對精度、剛度，快速性、穩定性的影響，故可以獲得比傳統進給驅動系統更高的定位精度、快進速度和加速度。(4)按反饋比較控制方式分按反饋比較控制方式，數控機床的進給伺服系統有脈沖比較、相位比較、幅值比較和全數字等伺服系統之分。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護5.2.2常用主軸伺服系統主軸運動由數控機床的主傳動實現，為切削加工提供切削動力，即切削力矩和切削速度。1.數控機床對主軸控制的要求(1)較寬的調速范圍較寬的調速范圍可以滿足粗精加工不同切削用量的要求。(2)恒功率范圍要寬低速區均為恒轉矩區輸出，為滿足數控機床低速強力切削的需要，常采用分段無級變速的方法。即在低速段采用機械減速裝置，以提高輸出扭矩。同時擴大機床主軸的恒功率調速范圍，以提高機床加工效率。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護利用車床和磨床進行工件端面加工時，為了保證端面加工時粗糙度的一致性，要求刀具切削的線速度為恒定值。隨著刀具的徑向進給，切削直徑的逐漸減小，應不斷提高主軸轉速，并維持線速度v=nD/1000為常數，式中二是切削線速度，n為主軸轉速，D為加工時切削直徑。在控制系統中，D可由坐標軸的進給量算出，然后計算出對應的主軸轉速，t，以保證切削的線速度保持不變。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(3)正、反向轉動時可進行自動加減速控制正、反向轉動時可進行自動加減速控制，即要求有四象限驅動能力，并且加減速時間短。(4)主軸具有準停功能主軸具有準停功能，主要滿足加工中心自動換刀和精鎖孔退刀需要。(5)具有良好的精度與剛度，傳動平穩，噪聲低采用齒輪傳動時用高頻感應加熱淬火工藝，采用帶傳動時用齒形同步帶以提高傳動件的制造精度和表面粗糙度;采用高精度軸承及合理的支撐以提高主軸組件的剛性;變速滑移齒輪采用花鍵傳動和內徑定心。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(6)良好的抗震性和熱穩定性主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動平衡，合理的配合間隙和循環潤滑。2.常用主軸驅動系統主軸驅動裝置，有普通變頻器和閉環主軸驅動裝置等，普通變頻器的生產廠家很多，目前市場上流行的有德國西門子公司、日本三肯、安川等。閉環主軸驅動裝置一般由各數控公司自行研制并生產，如西門子公司的611系列、日本發那克公司的α系列等。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(1)FANUC公司主軸驅動系統

FANUC公司生產的主軸驅動系統，主要可以分為直流主軸驅動系統與交流主軸驅動系統兩大類。直流主軸驅動系統通常用于20世紀80年代以前的數控機床上，多與FANUC5,6,7系統配套使用。此類機床由于其使用時間已較長，一般都到了故障多發期，但由于當時數控機床的價格通常都比較高昂，在用戶中屬于大型、精密、關鍵設備，保養、維護通常都較好，因此在企業中繼續使用的情況比較普遍，維修過程中遇到的問題也較多。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護在交流主軸驅動系統方面，FANUC公司作為全世界最早開發交流主軸驅動系統的廠家之一，自1980年成功開發交流主軸系統以來，已經生產了多個系列的交流主軸驅動系統產品。作為數控機床維修中的常見產品，主要有以下幾種。①A068-10(ACModel1-40)系列交流主軸電動機與A068-6044系列交流主軸驅動器配套組成的模擬式交流主軸驅動系統系列產品。該系列主軸驅動系統為FANUC公司20世紀80年代初期的常用產品，主要配套的系統有FANUC11,FANUC0,FANUC6等。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護該系列產品驅動器主回路采用PWM控制、大功率晶體管驅動的型式，輸出功率范圍為1.5-37kW。驅動器采用了微處理器數字控制技術，帶有速度、方向、啟停控制信號接口與D/A轉換器、實際轉速/轉矩信號輸出、電氣主軸定向準停(附加功能)等功能。驅動器具有良好的響應特性，在整個速度范圍內工作平穩、振動和噪聲較小，其中5.5kW以上的驅動器采用了回饋制動技術，可有效節能。主軸電動機全封閉的結構型式，硅鋼片直接空氣冷卻，結構緊湊，可以在浮塵、切削液飛濺的場合安全、可靠地工作。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護②A068-10(ACMode40)系列交流主軸電動機與A06-6055系列數字式交流主軸驅動器配套組成的數字式交流主軸驅動系統系列產品。該系列產品所使用的主軸電動機與模擬式交流主軸系統相同，但驅動器為數字式。驅動系統在攻螺紋、定位剛性、快速性與操作性能上有了較大的改進，其余性能與模擬式交流主軸系統相似。③A068-07x、系列交流主軸電動機與A06-6059系列數字式交流主軸驅動器配套組成的交流主軸驅動系統系列產品。該系列主軸驅動系統為FANUC公司20世紀80年代中期開發的交流主軸改進型產品，主要配套的系統有FANUC11,FANUC0,FANUC15等。該系列產品可分為S系列(標準型),P系列(廣域恒功率調速),H系列(高速潤滑脂),VH系列(高速油霧潤滑)、HV系列(高電壓輸入)等。產品一般與A06-6059系列數字式交流主軸驅動器配套使用，其中，S系列為常用產品，在數控機床上使用最廣。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護該系列產品主電動機采用了電磁芯定子直冷的冷卻型式，與早期的主軸驅動系統相比，提高了輸出功率與轉速，減小了系統的體積與重量;驅動器采用了更先進的控制技術和電子元器件，進一步提高了系統的性能。驅動系統功能強、可靠性好，在數控機床上得到了廣泛應用，是數控機床維修過程中常見的主軸驅動系統之一。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護①FANUCαi系列主軸驅動系統，它是FANUC公司的最新產品，其中αi系列主軸驅動系統為21世紀初開發的最新數控機床主軸驅動系統系列產品，是α系列的改進型。i主軸驅動器如圖5-2所示。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護a.通過繞組轉換功能，進一步增加了高速輸出范圍，縮短了加/減速時間，對于αPi系列，其恒功率輸出范圍比α系列擴大了1.5倍。

b.采用了最新的定子直接冷卻方式，進一步減小了電動機外形尺寸，提高了輸出功率和轉矩。c.通過精密的鋁合金轉子和嚴格的動平衡，使電動機在高速時振動級達到V3級。d.可以選擇不同的排風方向，盡可能減小機床熱變形，同時通過最優的冷卻通道設計，進一步改善了冷卻性能。e.根據不同的使用要求，主電動機可以選用兩種不同類型的內裝式位置/速度測量裝置。即:具有A/B兩相輸出的Mi型編碼器與具有A/B兩相輸出及零脈沖輸出的Mzi型編碼器，以滿足不同用戶的使用要求。Αi系列產品與α系列相比，其主要性能在以下兩個方面作了改進。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護a.通過使用高速繞組，提高了高速區的輸出功率，解決了α系列在高速區域(8000-12000r/min)輸出功率下降的問題。b.廣域恒功率輸出型}αPi系列)的電動機額定轉速由760r/min降至500r/min,使恒功率調速范圍擴大了1.5倍(從1‘10.6提高到1}16)0FANUCα/αi系列數字式主軸驅動系統(驅動器型號為A06-6078/6072系列)一般與FANUC0C,FANUC15,FANUC16/18/20等系列數控系統配套使用。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(2)SIEMNS公司主軸驅動系統

SIEMENS公司生產的直流主軸電動機有1GG5,1GF5,1GI_5和1H5這4個系列，與上述4個系列電動機配套的6RA24,6RA27系列驅動裝置采用晶閘管控制。20世紀80年代初期，該公司又推出了1PH5和1PH6兩個系列的交流主軸電動機，功率范圍為3-l00kW。驅動裝置為6SC650D系列交流主軸驅動裝置或6SC611A(SIMODRIVE611A)主軸驅動模塊，主回路采用晶體管PWM變頻控制的方式，具有能量再生制動功能。另外，采用微處理器80186可進行閉環轉速、轉矩控制及磁場計算，從而完成矢量控制。通過選件實現C軸進給控制，在不需要CNC的幫助下，實現主軸定位控制。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(3)MITSUBISHI公司主軸驅動系統MITSUBISHI公司主軸驅動裝置與CNC采用總線連接，主回路采用PWM技術。主軸與進給軸完全同步，使用90000P/RPM脈沖編碼器實現C,軸功能。MITSUBISHI公司主軸驅動有SPJ,SPJ2型小型化系列，SPJ2可通過增加PJEX擴展單元實現主軸的定位和y軸控制，所配備的主軸電動機為SJ-P,SJ-PF系列，其功率為0.2-7.5kWoSP系列是大型主軸驅動裝置，所配備的主軸電機為SJ系列，其功率為0.5-45kW上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(4)華中數控公司主軸驅動系統華中數控公司HSIC-21TF數控系統主軸驅動裝置采用鼠籠式感應交流異步電動機配矢量變換變頻調速的主軸驅動系統。HNC-21TF實驗臺的主軸驅動由Y801-4B5Y系列0.55-37kW感應電動機。圖5-3為華中數控裝置與主軸電機驅動器(無主軸編碼器)的接線圖。通過數控裝置的XS9接口與主軸驅動器的速度控制接口連接，AOUT1或AOUT2輸出主軸速度控制信號。連接電纜必須采用屏蔽電纜，其屏蔽層接到屏蔽地PE。主軸電機的方向控制信號通常由數控裝置開關量輸出接口(XS20,XS21)產生，主軸驅動器的各種報警信號、速度到達信號等也可以通過開關量接口(XS10,XS11)輸入到數控裝置。圖5-4為數控裝置與主軸驅動器(有主軸編碼器)的接線圖。主軸編碼器的連接電纜也須采用屏蔽電纜，其屏蔽層連接到GND和屏蔽地PE上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護5.2.3常用進給伺服系統1.進給伺服系統的概念及要求進給伺服系統是一種高精度的位置跟蹤與定位系統。伺服(servo)系統的作用就是嚴格執行控制系統發出的速度指令、位置指令。數控機床伺服系統由位置環和速度環組成，兩個環的參數調整是否合適，直接影響到伺服系統的性能，從而影響到數控機床的性能。控制方式如圖5-5所示。在位置控制中，根據插補運算得到的位置指令(即一串脈沖或二進制數據)，與位置檢測裝置反饋來的機床坐標軸的實際位置相比較，形成位置偏差，經變換得到速度給定電壓。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護在速度控制中，伺服驅動裝置根據速度給定電壓和速度檢測裝置反饋的實際轉速對伺服電動機進行控制，以驅動機床傳動部件。一個穩態的控制系統，在受到外部擾動后均需經過短暫的過渡過程才能從一個穩定狀態進入到另一個穩定狀態。數控機床位置伺服系統的穩態性能就是指在到達新的穩態后，實際狀態與期望狀態之間的偏差程度，也稱為定位精度。一般數控機床的定位精度不低于0.01mm,高性能的定位精度可達到0.001mm上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護2.常用進給驅動系統(1)FANUC交流伺服電機與驅動

FANUC的交流伺服電機與直流伺服電機相比，具有免維護、低損耗、體積小的特點，在現代控制領域逐步取代直流伺服電機，開始被廣泛地應用到各個控制領域。FANUC從20世紀80年代開始逐步引用交流伺服電機，然后是S系列電機，直到發展為現在的α交流系列伺服電機。經過了三代的更新，性能上得到了提高，體積更小，特別是α系列的伺服電機型號更全，并采用了磁性更強的材料，反饋使用了高速高精度的串行位置編碼器，適用于各種不同的絲杠而不需要選定編碼器的線數，并且具有標準系列、小慣量系列、中慣量系列、經濟型的A('系列和高壓(380V)的HV系列等。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護1)模擬式交流伺服驅動這是與FANUC交流伺服電動機AC0,5,10,20M,20,30,30R等配套的模擬式交流速度控制單元。它是FANUC最早的AC伺服產品，速度控制單元采用正弦波PWM控制，大功率晶體管驅動。在結構形式上，可以分單軸獨立型、雙軸一體型、三軸一體型三種基本結構。單軸獨立型速度控制單元，常用的型號有A06L'r6050-H102/H103/H104/H113等;雙軸一體型速度控制單元，常用的型號有A068-6050-H201/H202/H203等;三軸一體型速度控制單元，常用的型號有A068-6050-H401/H402/H403/H404等，多與FANUC11,0A、OB等系統配套使用。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護2)S系列交流伺服驅動與FANUC交流s（L.T)系列伺服電動機配套的s（L.c)系列數字式交流伺服驅動器，是FANUC中期的Ay伺服產品，驅動器采用全數字正弦波PWM控制，IGBT驅動。其中，S系列用途最廣，規格最全;I系列只有單軸型結構;y系列有單軸型、雙軸型兩種結構。作為常用規格，S系列有單軸型、雙軸型、三軸型三種結構，多與FANUCOC,11,15系統配套使用。常用的S系列交流伺服其電源電壓為220/230V，由專用的伺服變壓器供給，A0100V制動電源由NC電源變壓器供給。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護圖5-6和圖5-7為單軸型和雙軸型伺服單元的基本配置和連接方法。圖中電纜K1為NC到伺服單元的指令電纜，K2S為脈沖編碼器的位置反饋電纜，K3為A0230/200V電源輸入線，K4為伺服電機的動力線電纜,K5為伺服單元的A(100V制動電源電纜,K6為伺服單元到放電單元的電纜,K7為伺服單元到放電單元和伺服變壓器的溫度接點電纜。QF和M00分別為伺服單元的電源輸入斷路器和主接觸器，用于控制伺服單元電源的通和斷。伺服單元的接線端T2-4和T2-5之間有一個短路片，如果使用外接型放電單元，則應將它取下，并將伺服單元印刷電路板上的短路棒設置到高位置，反之則設置到低位置。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護伺服單元的連接端T4-1和T4-2為放電單元和伺服變壓器的溫度接點串聯后的輸入點，上述兩個接點斷開時將產生過熱報警。如果使用這對接點，應將伺服單元印刷電路板上的短路棒設置到低位置。在雙軸型伺服單元中，插座C（11I和C（IIM可分別用電纜K1和數控系統的軸控制板上的指令信號插座相連，而伺服單元中的動力線端子T1-5L,6L,7I和TL5M,6M,7M則應分別接到相應的伺服電機，從伺服電機的脈沖編碼器返回的電纜也應一一對應地接到數控系統的軸控制板上的反饋信號插座。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護3)α,αi,(3,(3t系列交流伺服驅動目前FANUC系統伺服放大器的。、俘分類如圖5-8所示。與FANUC彭αC/αM/αi系列伺服電動機(圖5-9)配套的FANUCα系列數字式交流伺服驅動器，是FANUC當前常用的Ay伺服產品，驅動器帶有IPM智能電源模塊，采用全數字正弦波PWM控制，IGBT驅動。FANUCα系列數字式交流速度控制單元有如下兩種基本結構形式。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護①電源與驅動器一體化(SVU型)的結構形式，各驅動器單元可以獨立安裝，有單軸型、雙軸型兩種結構，常用的單軸型有A068-6089-H101-H106等規格，常用的雙軸型有A068-6089-H201-（-H210等規格，多與FANUCOC,OD,15A/8,16A/8,18A、20,21系統配套使用。如圖5-10所示。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護②各驅動公用電源模塊(PSM)、伺服驅動單元(SVM)為模塊化安裝的結構形式，驅動器可以是單軸型、雙軸型與三軸型三種結構。常用的單軸型有A068-6079-H101-H106等，常用的雙軸型有A068-6079-H201-H208等規格，常用的三軸型有A068-6079/6080-H301-H307等規格，多與FANUCOC,15A/8,16A/8,18A、20,21系統配套使用。如圖5-11所示。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護α系列伺服單元的端子如圖5-12所示，其功能如下。I,1,I,2,I,3:三相輸入動力電源端子，交流200VL1C,L2C:單相輸入控制電路電源端子，交流200V(出廠時與1,I,2短接)。TH1,TH2:過熱報警輸入端子(出廠時，TH1-TH2已短接)，可用于伺服變壓器及制動電阻的過熱信號的輸入。RC,RI,RE:外接還是內裝制動電阻選擇端子。RL2,RL3:MCC動作確認輸出端子(MCC的常閉點)。100A、1008:C型放大器內部交流繼電器的線圈外部輸入電源(α型放大器已為內部直流24V電源)。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護UL,VL,WI:第一軸伺服電動機動力線。UM,VM,WM:第二軸伺服電動機動力線。圖5-13展示了FANUC系統α系列4軸伺服模塊連接原理圖。圖5-14展示了FANUC系統α系列4軸伺服模塊實際連接圖。與FARUCp系列伺服電動機配套的FARUCp系列數字式交流伺服驅動器，它也是FANUC當前常用的Ay伺服產品，采用電源與驅動器一體化(SVU型)的結構，驅動器帶有IPM智能電源模塊，采用全數字正弦波PWM控制，IGBT驅動。可以使用PWM接口、I/OLink接口，也可以采用光纜接口。型號為A068-6093-H101-（-H104/H151一H154//Hlll一H114，多與FANUCOTD,PMO1等經濟型數控系統配套使用。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護圖5-15和圖5-16展示了FANUC口系統系列伺服單元及伺服模塊。圖5-17展示了FANUC腳系列伺服模塊連接原理圖。與FANUCαi系列伺服電動機配套的FANUCαi系列伺服驅動器是FANUC公司的最新產品，它在FANUCα系列的基礎上作了性能改進。產品通過特殊的磁路設計與精密的電流控制以及精密的編碼器速度反饋，使轉矩波動極小，加速性能優異，可靠性極高。電動機內裝有1.6X10'脈沖/轉極高精度的編碼器，作為速度、位置檢測器件，使系統的速度、位置控制達到了極高的精度。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護ai系列驅動器由電源模塊(PSM)、伺服驅動器(SVM)、主軸驅動器(SPM)等組成，伺服驅動與主軸驅動共用電源模塊，組成伺服/主軸一體化的結構。伺服驅動模塊有單軸型、雙軸型、三軸型三種基本規格。標準型CFARUCαi系列)為200VAC輸入，常用的單軸型有A068-6114-H103-（-H109等，雙軸型有A068-6114-H201-（-H211等，三軸型有A068-6114-H301-（-H304等。高電壓輸入型CFARUCαi（HV)系列)為400VAC輸入，常用的單軸型有A068-6124-H102-（-H109等，雙軸型有A068-6124-H201-（-H211等，目前尚無三軸型結構。FANUCαi系列交流數字伺服配套的數控系統主要有FANUC0i,FANUC15i/150i,FANUC16i/18i/160i/180i/20i/21i等。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護圖5-18展示了αi系列伺服模塊端子接口，其功能如下。BATTERY:為伺服電動機絕對編碼器的電池盒(DC6V)。STATUS:為伺服模塊狀態指示窗口。CXSX:為絕對編碼器電池的接口。CX2A:為DC24V電源、、ESP急停信號、XMIF報警信息輸入接口，與前一個模塊的CX2B相連。CX2B:為DC24V電源、、ESP急停信號、XMIF報警信息輸出接口，與后一個模塊的CX2A相連。COP10A:伺服高速串行總線(HSSB)輸出接口。與下一個伺服單元的上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護COP10B連接(光纜)。COP10B:伺服高速串行總線(HSSB)輸入接口。與CNC系統的COP10A連接(光纜)。JX5:為伺服檢測板信號接口。JF1,JF2:為伺服電動機編碼器信號接口。CZ2L,CZ2M:為伺服電動機動力線連接插口。圖5-19和圖5-20展示了FANUCαi系列伺服模塊連接原理圖及實際連接上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(2)SI（IUMERIK交流伺服驅動SI（IUMERIK840D是由數控及驅動單元（GGU或（GU（,MMG,PLG模塊三部分組成，在集成系統時，總是將SIMODRIVE611驅動和數控單元(CCU或ICU)并排放在一起，并用設備總線互相連接。SI（IUMERIK交流伺服驅動主要是SI-MODRIVE611,SIMODRIVE611是機械設備理想的模塊化柔性變頻驅動系統，主要包括:①SIMODRIVE611A:模擬式伺服，配合1FT5系列進給驅動電機(600V)和1PH7主軸電機，可控制主軸、進給軸，及普通異步電機上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護②SIMODRIVE611D:數字式伺服，配合1FT6/1FK6系列進給驅動電機和1PH7主軸電機，可控制主軸、進給軸等，只能配合810D,840D,840C數控系統。3SIMODRIVE611U:通用型伺服，可接收模擬信號或數字信號(PROFI-BUS)，可以進行位置控制、速度控制及轉矩控制。配合1FT6/1FK6和1PH7電機，是理想的驅動系統解決方案之一。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護④SIMODRIVE611UE:通用E型伺服，通過PROFIBUS連接。模塊化的驅動裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機，為機床提供了全數字化的動力。通過視窗化的調試工具軟件，可以便捷地設置驅動參數，并對驅動器的控制參數進行動態優化。611D數字驅動是新一代數字控制總線驅動的交流驅動，它分為雙軸模塊和單軸模塊兩種，相應的進給伺服電機可采用1FT6或者1FK6系列，編碼器信號為1Vpp正弦波，可實現全閉環控制。單軸伺服電動機驅動模塊如圖5-21所示，雙軸伺服電動機驅動模塊如圖5-22所示。其中主要接口端的意義如下。①處理。②X411,X412:電動機內置光電編碼器反饋至該端口進行位置和速度反饋的X421,X422:機床拖板直接位置反饋(光柵)端口。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護③X431:脈沖使用端口，使用信號一般由PLC給出。④X432:高速輸入/輸出接口端。⑤X34,X35:電壓、電流檢測孔，一般供模塊維修檢測使用，用戶不得使用。主軸電動機的驅動可使用上述進給電動機驅動模塊驅動，另外還有專門的主軸電動機驅動模塊，模塊的接口端與進給電動機驅動模塊類似。5.2.4常用位置檢測元件1.數控機床對檢測裝置的主要要求數控機床對檢測裝置的主要要求有:上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護①受溫度、濕度的影響小，工作可靠，抗干擾能力強。②在機床移動的范圍內滿足精度和速度要求。即在滿足數控機床最大位移速度的條件下，達到一定的檢測精度和較小的累積誤差。隨著數控機床的發展，其精度和速度越來越高。③使用維護方便，適合機床運行環境。測量裝置安裝時要有一定的安裝精度要求，安裝精度要合理。由于受使用環境影響，整個測量裝置要求有較好的防塵、防油霧和防切屑等措施。④成本低，壽命長。不同類型的數控機床對傳感系統的精度與速度有不同的要求。一般來說，大型數控機床以滿足速度為主，而中小型和高精度數控機床以滿足精度要求為主。選擇測量系統的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數量級。⑤易于實現高速的動態測量。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護2.位置檢測裝置分類數控檢測裝置從不同的角度看可分為不同的類型:①根據被測物理量，可分為位移、速度和電流三種類型。②根據檢測元件的安裝位置及機床運動部件的藕合方式，可分為直接測量裝置和間接測量裝置。機床的直線位移采用直線型檢測裝置測量，稱為直接檢測。直接檢測精度主要取決于測量元件的精度，不受機床傳動精度的直接影響。但檢測裝置要與行程等長，這對于大型數控機床來說是一個很大的限制。對機床的直線位移采用回轉型檢測元件測量，稱為間接測量。間接測量使用可靠方便，無長度限制;缺點是在檢測信號中加入了直線轉變為旋轉運動的傳動鏈誤差，從而影響了檢測精度，為了提高定位精度，常常需要增加補償措施。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護③按測量方法，分為增量型和絕對型測量裝置。增量型測量裝置只測量相對位移量(位移增量)，即每移動一個測量單位就發出一個測量信號。在測量過程中，任何一個中點都可作為測量的起點，而位移是由測量信號計數累加所得。一旦計數有誤，則以后測量所得結果將完全錯誤。此外，在發生意外故障時，如斷電等，待故障排除后，不能再找到事故前的正確位置，必須將移動部件移至始點，重新計數才能找到事故前的正確位置。絕對型測量裝置，對于被測量的任意點的位置均由一個固定的零點計算起。每一被測點都有一個相應的測量值。采用這種測量裝置時，分辨精度要求越高，量程越大，測量裝置的結構也越復雜。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護④按檢測信號的類型，分為數字式和模擬式測量裝置。數字式檢測是將被測量單位量化后以數字形式表示，它的特點如下:被測量量化后轉換成脈沖個數，便于顯示處理;測量精度取決于測量單位，與量程基本無關;檢測裝置比較簡單，脈沖信號抗干擾能力強。模擬式檢測是將被測量用連續變量來表示。在大量程內進行精確的模擬式檢測，在技術上有較高的要求，數控機床中模擬式檢測主要用于小量程測量。它的主要特點如下:直接對被測量進行檢測，必須量化;在小量程內可以實現高精度測量;可用于直接檢測和間接檢測。⑤按信號的轉換原理，可分為光電效應、光柵效應、電磁感應、壓電效應、磁阻效應等類型的檢測裝置。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護3.常用位置檢測裝置

(1)光電脈沖編碼器光電式脈沖編碼器的結構如圖5-23所示，由帶聚光鏡的發光二極管(LED),光柵板、光電碼盤、光敏元件及信號處理電路組成。其中，光電碼盤是在一塊玻璃圓盤上鍍上一層不透光的金屬薄膜，然后在上面制成圓周等距的透光和不透光相間的條紋構成的，光柵板上具有和光電碼盤相同的透光條紋。光電碼盤也可由不銹鋼薄片制成。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護當光電碼盤旋轉時，光線通過光柵板和光電碼盤產生明暗相間的變化，由光敏元件接收。光敏元件將光電信號轉換成電脈沖信號。輸出的電脈沖信號通常為A相、B相、Z相三相信號。光電編碼器的軸轉動時A、B兩相脈沖相差90。相位角，根據A相或B相脈沖的數目可測出被測軸的角位移，脈沖的頻率可測出被測軸的轉速。根據A相、B相信號的相位關系可測出被測軸的轉動方向。如果A相脈沖比B相脈沖超前，則光電編碼器為正轉;否則為反轉。后續電路可利用A、B兩相的90。相位差進行細分處理(四倍頻電路實現)。Z線為零脈沖線光電編碼器每轉一圈產生一個脈沖，是被測軸的周向定位基準信號、被測軸的旋轉圈數計數信號。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護圖5-24所示是數控機床上使用光電式脈沖編碼器實物，光電脈沖編碼器在數控機床作用有以下幾點。1)位移測量光電編碼器是高精度控制系統常用的位移檢測傳感器。正轉時A相超前B相(反轉時B相超前A相900。脈沖的個數與位移量呈比例關系，因此通過對脈沖計數就能計算出相應的位移。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護2)主軸控制主軸控制包括:

第一，主軸旋轉與坐標軸進給的同步控制。在螺紋加工中，為了保證切削螺紋的螺距，必須有固定的進刀點和退刀點。安裝在主軸上的光電脈沖編碼器在切削螺紋時主要解決通過對編碼器輸出脈沖的計數，保證主軸每轉一周，刀具準確地移動一個螺距(導程);同時一般的螺紋加工要經過幾次切削才能完成，每次重復切削，開始進刀的位置必須相同。為了保證重復切削不亂扣，數控系統在接收到光電編碼器中的一轉脈沖(零點脈沖)后才開始螺紋切削的計算。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護

圖5-25所示為主軸編碼器的安裝圖。第二，主軸定向準停控制。加工中心換刀時，為了使機械手對準刀柄，主軸必須停在固定的徑向位置。在固定切削循環中，如精撞孔，要求刀具必須停在某一徑向位置才能退出。這就要求主軸能準確地停在某一固定位置上，這就是主軸定向準停功能。加工中心主軸的定向通常采用三種方式:磁傳感器定向、編碼器定向和機械定向。圖5-26所示是用位置編碼器檢測定位，這種方法是通過主軸電動機內置安裝的位置編碼器或在機床主軸箱上安裝一個與主軸1：1同步旋轉的位置編碼器來實現準停控制，準停角度可任意設定。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護3)測速光電編碼器輸出脈沖的頻率與其轉速成正比，因此，光電編碼器可代替測速發電機的模擬測速而成為數字測速裝置。圖5-27所示是帶編碼器的伺服電機，常用于半閉環數控機床。

4)零標志脈沖用于回參考點控制參考點位置是否正確與檢測裝置中的零標志脈沖有相當大的關系。在回參考點方式時，數控機床坐標軸先以快速向參考點方向運動;當碰到減速擋塊后，坐標軸再以慢速趨近;當編碼器產生零標志信號(一轉脈沖信號)后，坐標軸再移動設定距離而停止于參考點。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(2)光柵光柵按用途分為兩大類，一類是物理光柵(亦稱衍射光柵)，另一類是計量光柵。物理光柵的刻線細密，線紋密度一般為200一500條/mm，線紋相互平行且距離相等，稱此距離為柵距。物理光柵的柵距一般為0.002-0.005mm，主要是利用光的衍射原理，常用于光譜分析和光波波長的測定。而計量光柵的刻線稍粗，線紋密度一般為25條/mm,50條/mm,100條/mm,250條/mm等，即柵距為0.004一0.25mm，主要是利用光的透射和反射現象，用于數控機床檢測系統。因此，這里所討論的光柵是指計量光柵。光柵按形狀可以分為長光柵(又稱直線光柵)和圓光柵。長光柵用于檢測直線位移，圓光柵用于測量轉角位移。按制作原理又可以分成玻璃透射光柵和金屬反射光柵。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護圓光柵是在玻璃圓盤的外環端面上，做成黑白相間條紋，條紋呈輻射狀，相互間夾角(稱為柵距角)相等。根據不同的使用要求，在圓周內的線紋數也不相同。計量光柵的精度主要取決于光柵尺本身的制造精度，目前光柵精度可達到微米級，再通過細分電路可以達到0.lGm，甚至更高的分辨率，如0.025Gm直線光柵通常包括一長和一短兩塊，其中長的稱為標尺光柵或長光柵，一般固定在機床移動部件上，要求與行程等長;短的為指示光柵或短光柵，裝在機床固定部件上。兩者相對移動，相互平行，它們之間保持0.05mm或0.1mm的間隙。主光柵和指示光柵的刻線錯開一定的角度，以得到莫爾條紋。圖5-28所示是直線光柵外形，鋁制外殼保護光柵尺、掃描單元和軌道免受灰塵、切屑和切削液的影響，自動向下壓下的彈性密封條件保持外殼的密封。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護光柵讀數頭由光源、聚光鏡、標尺光柵、指示光柵和光敏元件等構成。圖5-29所示是光柵測量系統示意圖。標尺光柵和指示光柵通稱為光柵尺，它們是在真空鍍膜的玻璃片或長條形金屬鏡面上光刻出均勻密集的線紋。線紋的間距稱為柵距。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(3)感應同步器感應同步器根據用途和結構特點可分成直線式和旋轉式(圓形感應同步器)兩大類。在結構上，兩者都包括固定和運動兩大部分。直線式感應同步器由定尺和滑尺組成，用以測量直線位移，用于全閉環伺服系統。旋轉式感應同步器由定子和轉子組成，用以測量旋轉角度，用于半閉環伺服系統。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護旋轉式感應同步器結構如圖5-30所示。定子、轉子都用不銹鋼、硬鋁合金等材料作基板，呈環形輻射狀。定子和轉子相對的一面均有導電繞組，繞組用銅箔構成(厚0.05mm)。基板和繞組之間有絕緣層。繞組表面還要加一層和繞組絕緣的屏蔽層(材料為鋁箔或鋁膜)。旋轉式感應同步器轉子繞組為連續繞組;定子上有兩相正交繞組(sin繞組和cos繞組)，做成分段式，兩相繞組交差分布，相差90。相位角。屬于同一相的各相繞組用導線串聯起來，如圖5-31所示。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護直線式感應同步器是直線條形，它同樣由基板、絕緣層、繞組及屏蔽層組成。由于直線式感應同步器一般都用在機床上，為使線膨脹系數一致，所以感應同步器基板的材料采用鋼板或鑄鐵。直線式感應同步器的結構如圖5-32所示。定尺和滑尺的基體通常采用厚度為10mm與機床床身材料的熱膨脹系數相近的鋼板或鑄鐵制成，以減小與機床的溫度誤差。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(4)旋轉變壓器旋轉變壓器(revolver)是一種電磁式傳感器，又稱同步分解器。它是一種測量角度用的小型交流電動機，用來測量旋轉物體的轉軸角位移和角速度。旋轉變壓器分為有電刷和無刷結構兩類。旋轉變壓器分為有電刷和無刷結構兩類。旋轉變壓器的結構和兩相繞線式異步電機的結構相似，可分為定子和轉子兩大部分。定子和轉子的鐵芯由鐵鎳軟磁合金或硅鋼薄板沖成的槽狀芯片疊成。它們的繞組分別嵌入各自的槽狀鐵芯內。定子繞組通過固定在殼體上的接線柱直接引出。轉子繞組有兩種不同的引出方式:有刷式和無刷式。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護圖5-33是有刷式旋轉變壓器。它的轉子繞組通過滑環和電刷直接引出，其特點是結構簡單，體積小，但因電刷與滑環是機械滑動接觸的，所以旋轉變壓器的可靠性差，壽命也較短。

(5)磁柵磁柵是一種計算磁波數目的位置檢測元件，可用于直線和轉角的測量。其優點是精度高、復制簡單及安裝方便等，且具有較好的穩定性，常用在油污、粉塵較多的場合。因此，在數控機床、精密機床和各種測量機上得到了廣泛使用。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護如圖5-34所示，它由磁性標尺、讀出組件為一次、二次繞組的小磁環(或磁頭)和檢測電路組成。它是用拾磁原理工作的。首先，用錄制磁頭將一定波長的方波或正弦波信號錄制在磁性標尺上，然后根據與磁性標尺相對移動的拾磁磁頭所拾取的信號，對位移進行檢測。磁尺可用于長度和角度測量，具有精度高、復制簡單以及安裝調整簡單等優點。上一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護5.3任務實施5.3.1交流主軸驅動系統的連接和調試1.FANUC-0i數控加工中心交流串行主軸連接及調試

FANUC-0i系列主軸驅動系統采用的是模塊化結構，伺服驅動與主軸驅動共用電源模塊，模塊之間、驅動器與1C之間通過I/OLIIK總線連接。

(1)組成FANUC-0i數控加工中心交流串行主軸調速系統組成如圖5-35所示，主要包括FANUC-0iMC數控系統、主軸驅動器及主軸電動機。下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(2)系統接口及驅動器連接FANUC0iC系統接口分布如圖5-36所示。伺服放大器是腳主軸腳s伺服，帶主軸的放大器是SPVM一體型放大器，腳SVPM放大器接口分布及外圍連接，如圖5-36所示。SVPM放大器接口功能:CXA2C(A1-24V,A2-OV):24V電源連接。TB3:(SVPM的右下面)不要接線。上部的兩個冷卻風扇要自己接外部200V電源。三個(或兩個)伺服電機的動力線插頭是有區別的，CZ2I(第一軸)、CZ2M(第二軸),CZ2（1(第三軸)分別對應XX,XY,YY上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護Link:DC300V直流電源。CX1A/CX1B:200V交流控制電路的電源輸入/輸出接口。CX2A/CX2B:24V輸入/輸出及急停信號接口。JX4:主軸伺服信號檢測板接口。JX1A/JX1B:模塊之間信息輸入/輸出接口。JY1:外接主軸負載表和速度表的接口。JA7B:串行主軸輸入信號接口連接器。JA7A:用于連接第二串行主軸的信號輸出接口。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護JY2:連接主軸電動機速度傳感器(主軸電機內裝脈沖發生器和電機過熱信號)。JY3:作為主軸位置一轉信號接口。JY4:主軸獨立編碼器連接器(光電編碼器)。JY5:主軸CS軸(回轉軸)控制時，作為反饋信號接口。U,V,W:主軸電動機的動力電源接口。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(3)串行數字控制的主軸系統參數的設定1)主軸伺服畫面顯示參數串行主軸伺服畫面顯示參數(SPS)置為“1"FANUC-16/16i/18/18i/0i系統:參數為3111#2)主軸畫面顯示操作操作步驟:SYSTEM~擴展鍵~SP-PRM。3)主軸模塊標準參數初始化主軸模塊標準參數的初始化，就是將主軸的設定參數按FANUC標準主軸電動機型號進行重新覆蓋。對于FANUC系統，主軸模塊標準參數初始化的步驟如下。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護①系統急停狀態，打開電源。②將主軸電動機型號的代碼(電機代碼見表5-1)設定在系統串行主軸電動機代碼參數（lo.4133中。設定電機ID號，FANUC-0i系統參數為2020，設定為各軸的電機的類型號。③將自動設定串行數字主軸標準值的參數（lo.4019(LDSP)置為“1"，進行自動初始化，系統會自動加載部分電機參數。如果在參數手冊上查不到代碼，則輸入最接近的電機代碼，初始化后根據主軸電機參數說明書的參數表對照一下，有不同的部分加以修改(沒有出現的不用更改)。④將電源關斷，再打開，主軸標準參數被寫入。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護4)主軸系統參數的設定①串行數字主軸控制功能選擇參數及串行主軸個數選擇參數。0iC系統串行主軸控制功能選擇參數為3701#1,"1”為模擬量控制主軸，"0";為串行數字控制主軸;串行數字主軸個數選擇參數為3701#4，"0”為1個，"1”為2個。②主軸位置編碼器控制功能選用參數。0iC系統串行主軸位置編碼器控制功能選用參數為4001#2，"0”為不用，+1;為使用主軸位置編碼器。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護③主軸與位置編碼器的傳動比參數。0iC系統主軸與位置編碼器傳動比參數為3706#0,3706#1(二進制代碼組合設定，分別為1‘1,1‘2,1‘4和1‘8)，通常設定為“00"，即為1‘to④主軸速度到達檢測功能參數。

0iC系統主軸速度到達檢測功能參數為3708#0，"0”為不檢測主軸到達速度，"1”為檢測主軸到達速度。如果設定為“1"，系統PMC控制中還要編制程序實現切削進給的開始條件。⑤主軸齒輪擋位的最高速度參數主軸第1-4擋的最高轉速設定參數，0iC系統對應為3741--3744主軸的擋齒輪比(高擋、中高擋、中低擋、低擋):0i系統分別為4056-4059⑥主軸電動機最高轉速設定參數，0iC系統為4020上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護5)串行數字主軸伺服畫面調用圖5-37為主軸設定畫面，圖5-38為主軸調整畫面，通過系統軟鍵選擇相應的主軸伺服畫面，其中:SP.SET為主軸設定畫面軟鍵;SP.TUN為主軸調整畫面軟鍵;SP.MON為主軸監控畫面。圖5-39所示為主軸監控畫。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護2.SINUMERIK802D數控銑床(XK7124)主軸連接及調試①變頻器與611U伺服驅動的連接如圖5-40所示。802D數控系統配置變頻主軸時，變頻器-tov的指令電壓是通過611UE的X411端口上的75.A和15給出的，正反轉指令是通過X453端口上的Q0.A和Q1.A給出的。②伺服主軸相關伺服驅動器的數據設置步驟如下。步驟1:利用準備好的“驅動器調試電纜”將計算機與611UE的X471連接起來。步驟2:從WIXDOWS的“開始”中找到驅動器調試工具SimoGomU，并啟動。步驟3:選擇聯機方式;配置好電機，進入專家表(Ctrl+E)，配置電機參數。P922-104，主軸信號的PROFIBUS報文類型;P1007編碼器線數，外裝編碼器的轉脈沖數，應與主軸參數MD31020相同。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護步驟4:在SimoComU的主畫面上選擇圖標存儲數據，選擇圖標上電復位。5.2.2主軸伺服系統常見故障診斷及維護當主軸伺服系統發生故障時，通常有三種表現形式:①在CRT或操作面板上顯示報警信息或報警內容。②在主軸驅動裝置上用警報燈數碼管顯示出主軸驅動裝置的故障。③主軸工作不正常，但無任何報警信息。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護主軸伺服系統常見的故障分析(1)外界干擾由于受電磁干擾，屏蔽和接地措施不良，主軸轉速指令信號或反饋信號受到干擾，使主軸驅動出現隨機和無規律性的波動。判別有無干擾的方法是:當主軸轉速指令為零時，主軸仍往復轉動，調整零速平衡和漂移補償也不能消除故障。(2)過載切削用量過大，頻繁正、反轉等均可引起過載報警。具體表現為主軸電動機過熱、主軸驅動裝置顯示過電流報警等。

(3)主軸定位抖動主軸準停用于刀具交換，精撞退刀以及齒輪換擋等場合。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(4)主軸轉速與進給不匹配當進行螺紋切削或用每轉進給指令切削時，會出現停止進給，主軸仍繼續運轉的故障。要執行每轉進給的指令，主軸必須有每轉一個脈沖的反饋信號，一般情況下為主軸編碼器有問題。可以用下列方法來確定。①CRT畫面有報警顯示。②通過CRT調用機床數據或I/O狀態，觀察編碼器的信號狀態。③用每分鐘進給指令代替每轉進給來執行程序，觀察故障是否消失。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(5)轉速偏離指令值①當主軸轉速超過技術要求所規定的范圍時，要考慮:電動機過載。②CNC系統輸出的主軸轉速模擬量沒有達到與轉速指令對應的值。③測速裝置有故障或速度反饋信號斷線。④主軸驅動裝置故障。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(6)主軸異常噪聲及振動首先要區別異常噪聲及振動是發生在主軸機械部分還是在電氣驅動部分。如在減速過程中發生，一般是由驅動裝置造成的，如交流驅動中的再生回路故障;如在恒轉速時產生，可通過觀察主軸電動機自由停車過程中是否有噪聲和振動來區別，如存在，則主軸機械部分有問題。檢查振動周期是否與轉速有關。如無關，一般是主軸驅動裝置未調整好;如有關，應檢查主軸機械部分是否良好，測速裝置是否不良。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護(7)主軸電動機不轉CNC系統至主軸驅動裝置除了轉速模擬量控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC24V繼電器線圈電壓。有以下幾方面需要考慮。①檢查CNC系統是否有速度控制信號輸出。②再檢查使能信號是否接通。③通過CRT觀察I/O狀態，分析機床PLC圖形(或流程圖)，以確定主軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足。④主軸驅動裝置故障。⑤主軸電動機故障。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護2.主軸伺服系統安裝及日常維護(1)安裝注意事項①伺服單元應置于密封的強電柜內。為了不使強電柜內溫度過高，應將強電柜內部的溫升設計在15C0以下;強電柜的外部空氣引入口務必設置過濾器;要注意從排氣口侵入塵埃或煙霧;要注意電纜出入口、門等的密封;冷卻風扇的風不要直接吹向伺服單元，以免塵埃等附著在伺服單元上。②安裝伺服單元時要考慮到容易維修檢查和拆卸。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護③電動機的安裝要遵守下列原則:a.安裝面要平，且有足夠的剛性，要考慮到不會受電動機振動等影響。b.因為電刷需要定期維修及更換，因此安裝位置應盡可能使檢修作業容易進行。c.出入電動機冷卻風口的空氣要充分，安裝位置要盡可能使冷卻部分的檢修清潔工作容易進行。d.電動機應安裝在灰塵少、濕度不高的場所，環境溫度應在40C0以下。e.電動機應安裝在切削液和油之類的東西不能直接濺到的位置上。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護（2）主軸伺服系統日常維護

1）每天在機床運行時的維護檢查主軸伺服系統啟動前的檢查按下述步驟進行:檢查主軸伺服單元和電動機的信號線、動力線等的連接是否正確、是否松動以及絕緣是否良好;強電柜和電動機是否可靠接地;電動機電刷的安裝是否牢靠，電動機安裝螺栓是否完全擰緊。在電動機運轉過程中要注意觀察電動機的旋轉速度;是否有異常的振動和噪聲;是否有異常臭味;檢查電動機的機殼和軸承的溫度。2)使用時的檢查運行時強電柜門應關閉;檢查速度指令值與電動機轉速是否一致;負載轉矩指示(或電動機電流指示)是否太大;電動機是否發出異常聲音和異常振動;軸承溫度是否有急劇上升的不正常現象;在電刷上是否有顯著的火花發生痕跡。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護3)直流伺服電動機的定期檢查直流伺服電動機帶有數對電刷，電動機旋轉時，電刷與換向器摩擦而逐漸磨損。電刷異常或過度磨損，會影響電動機工作性能，所以對直流伺服電動機進行定期檢查是必要的。4)直流伺服電動機的存放要求不要將直流伺服電動機長期存放在室外，同時也要避免存放在濕度高、溫度有急劇變化和多塵的地方。如需存放一年以上，應將電刷從電動機上取下來，否則易腐蝕換向器，損壞電動機。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護5)清理維護①對強電柜的空氣過濾器每月清掃一次。②強電柜及伺服單元的冷卻風扇應每兩年檢查一次。③主軸電動機每月(至少也應每三個月)應做電動機電刷的清理和檢查。④主軸電動機每半年(至少也要每年一次)需檢查測速發電機、軸承，做熱管冷卻部分的清理和絕緣電阻的測量。6)當機床長期不運行時的保養在機床長達幾個月不開動的情況下，要對全部電刷進行檢查，并要認真檢查換向器表面是否生銹。如有銹，要用特別緩慢的速度，充分、均勻地運轉。經過1-2h后再行檢查，直至處于正常狀態，方可使用機床。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護3.主軸伺服系統故障維修實例例1:某立式加工中心鎖孔精度下降，圓柱度超差，主軸發熱，噪聲大，但用手撥動主軸轉動阻力較小。分析及處理:主軸部件解體檢查，發現故障原因如下:①主軸軸承潤滑脂內混有粉塵和水分，這是因為該加工中心用的壓縮空氣無空濾和干燥裝置，故氣動吹屑時少量粉塵和水汽竄人主軸軸承潤滑脂內，造成潤滑不良，導致發熱且有噪聲;主軸內錐孔定位表面有少許碰傷，錐孔與刀柄錐面配合不良，有微量偏心;②前軸承預緊力下降，軸承游隙變大;③主軸自動夾緊機構內部分碟形彈簧疲勞失效，刀具未被完全拉緊，有少許竄動。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護更換前軸承及潤滑脂，調整軸承游隙，軸向游隙0.003mm，徑向游隙士0.002mm;自制簡易研具，手工研磨主軸內錐孔定位面，用涂色法檢查，保證刀柄與主軸定心錐孔的接觸面積大于8500;更換碟形彈簧。將修好的主軸裝回主軸箱，用千分表檢查徑向跳動，近端小于0.006mm，遠端150mm處小于0.010mm試加工，主軸溫升和噪聲正常，加工精度滿足加工工藝要求，故障排除。改進措施:①增加壓縮空氣空濾和干燥裝置，過濾器要定期排水，定期清洗或更換濾芯;②隨時檢查主軸錐孔、刀柄的清潔和配合狀況，檢查空氣干燥器工作是否正常;③合理安排加工工藝，避免材料切除率陡變;①嚴禁超負荷運行，有故障應及時報修，不得帶病運行。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護例2:某立式加工中心主軸內刀具自動夾緊機構的拉桿鋼球和刀柄拉緊螺釘尾部錐面經常損壞。分析及處理:檢查發現，主軸松刀動作與機械手拔刀動作不協調。這是因為限位開關擋鐵裝在氣液增壓缸的汽缸尾部，雖然汽缸活塞動作到位，增壓缸活塞動作卻沒有到位，致使機械手在刀柄還沒有完全松開的情況下強行拔刀，損壞拉桿鋼球及拉緊螺釘。清洗增壓油缸，更換密封環，給增壓油缸注油，氣壓調整至0.5-0.8MPa,試用后故障消失。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護改進措施:①定期檢查并清潔氣液增壓油缸，監測刀具自動夾緊機構各部分的運行狀況，及時消除故障隱患;②定期檢查調整氣壓和液壓系統壓力，檢驗液壓油質，如氧化變質應及時更換。例3:1.8m數控臥車在停車時發出巨大響聲，同時車間總電源跳閘。分析及處理:車間電工對供電系統進行檢查，跳閘的自動空氣斷路器所在處，因環境潮濕開關盒內自動跳閘的連桿機構已腐蝕，另外三相觸點中有一相觸點只有一小部分能接觸。車間供電變壓器容量小，超負荷運行，其正常的相電壓只有340V。一只晶閘管已被燒壞，查看驅動電路，B相觸發脈沖短小，只有正常觸發脈沖幅值的1/4，進一步查實為B相觸發電路中的放大管T3性能不好所致。更換自動空氣斷路器和更換新的晶閘管，故障排除。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護例4:1.8m臥車主軸在停車時，發出巨大響聲，但保險并未燒壞。分析及處理:用診斷板按照說明書中的步驟對系統參數重新調整，調整過程中，發現線時間應為15s，可是在故障時已調整為l0s，另外增益電位器所調的位置也比要求的調得高，即使增益增大。所謂線時間，是指系統的上升和下降時間。對于控制56kW的電動機的控制系統線時間由15s改成了l0s，那么電機產生的機械慣性會在停車時在齒輪上發出巨大響聲，從而使齒輪受到損害。增大增益可以減少死區，使轉速誤差減小，但增益太大會使超調嚴重，給系統的暫態響應帶來麻煩，加之線時間的減少，更加劇了機械的響聲。上一頁下一頁返回教學單元5伺服系統故障診斷及維護驅動系統中的各種參數都要進行嚴格的計算，并根據每臺電機及機械的實際情況，反復進行調整而確定，盡管機床已運行多年，各參數有的也發生了變化，但這種變化是極微小的，在一般情況下，各電位器箭頭的位置不應隨意改動。將線時間調整為15s和將增益調小，故障排除。上一頁下一頁返回教學單元