数控机床装调维修技术与实训模块四课件.ppt

1、数控机床装调维修技术与实训 主编 王桂莲1模块四 进给伺服系统系统的 连接、调试与维修 3b-4a任务一进给伺服驱动系统及其连接 【职业知识目标】了解伺服驱动系统的功用和分类、组成以及伺服放大器的维护方法。掌握FANUC系统进给伺服硬件以及i系列伺服放大器的连接方法。熟悉数控机床进给系统速度和位置检测装置。【职业技能目标】知道FANUC系统进给伺服硬件以及i系列伺服放大器的连接方法。认识数控机床进给系统速度和位置检测装置,会维护伺服放大器。3b-4a【职业素养目标】在学习过程中体现团结协作意识,爱岗敬业的精神。培养学生的综合职业能力、认真负责的工作态度、较强的语言表达能力和动手能力。培养7S或

2、10S的管理习惯和理念。3b-4a 1.工作对象(设备)FANUC 0i-D数控系统的伺服系统。2.工具和学习材料电笔、万用表和各种螺钉旋具等。教师准备好学生要填写的考核表格(表1-1)。3.教学方法应用模拟工厂生产实际的教学模式,采用项目教学法、小组互动式教学法、讲授、演示教学法等进行教学。3b-4a 一、伺服驱动系统概述1.伺服系统的组成如图4-1所示,数控机床的伺服系统一般由驱动单元、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统,机械传动构件和执行元件组成机械传动系统,检测元件和反馈电路组成检测装置(也称检测系统)。3b-4a图4-1伺服系统的组成3

3、b-4a2.伺服系统的分类(1)按伺服系统的控制方式分类1)开环控制伺服系统。2)半闭环控制伺服系统。3)全闭环控制伺服系统。(2)按伺服电动机的类型分类1)步进伺服系统。2)直流伺服系统。3)交流伺服系统4)直线伺服系统3b-4a(3)按反馈比较控制方式分类1)脉冲数字比较伺服系统。2)相位比较伺服系统。3)幅值比较伺服系统(4)按伺服驱动对象分类1)进给伺服驱动系统。2)主轴伺服系统。3b-4a3.进给伺服驱动系统简介数控机床进给伺服系统一般由伺服放大器、伺服电动机、机械传动组件和检测装置等组成,如图4-2所示。1)伺服放大器。2)伺服电动机。3b-4a图4-2数控机床进给伺服系统的组成a

4、)伺服放大器b)伺服电动机c)机械传动组件(丝杠螺母副)d)检测装置(光栅尺)3b-4a图4-3FANUC系统常用的伺服放大器3b-4a图4-4伺服电动机外形图3b-4a图4-5FANUC系列进给伺服电动机内部组成a)定子部分b)转子部分c)内装编码器3b-4a图4-6所示为CAK6140/1000数控机床传动系统图。数控机床机械传动组件的具体组成如图4-7所示。图4-6CAK6140/1000数控机床传动系统图1、2、3、4、5轴承6纵向进给丝杠7横向进给丝杠4.机械传动组件3b-4a图4-7机械传动组件a)电动机与滚珠丝杠直连b)电动机与同步带轮相连接,同步带轮连接滚珠丝杠c)滚珠丝杠螺母

5、副d)直线导轨e)滚动导轨3b-4a(1)伺服电动机与滚珠丝杠的连接装置图4-8滚珠丝杠螺母副(2)滚珠丝杠螺母副(3)直线滚动导轨(4)丝杠和导轨的润滑3b-4a5.数控机床检测装置数控机床的进给系统速度和位置检测装置有伺服电动机内装编码器和分离型检测装置两种形式。检测装置位置不同分为半闭环控制和全闭环控制两种形式。(1)半闭环控制(2)全闭环控制分离型位置检测装置有旋转式位置检测装置(如旋转编码器)和直线式位置检测装置(如光栅尺)两种,如图4-9所示。3b-4a图4-9位置检测装置a)编码器外形图b)光栅尺外形图3b-4a二、FANUC交流进给伺服系统1.FANUC数控系统伺服控制一般典型

6、数控系统伺服控制中有三个控制环,即位置环、速度环和电流环。2.FANUC伺服放大器与伺服电动机FANUC伺服电动机采用交流永磁式同步电动机,由定子部分、转子部分和内置编码器组成。伺服电动机分为增量式位置/速度反馈和绝对式位置/速度反馈两种类型。FANUC数控系统与伺服放大器及伺服电动机的配套关系见表4-1。3b-4a表4-1FANUC数控系统与伺服放大器及伺服电动机的配套关系3b-4a3.FANUC数字伺服(1)伺服放大器多伺服轴/主轴一体型iSVSP伺服放大器与i系列伺服电动机的外观如图4-10所示。图4-10iSVSP伺服放大器与i系列伺服电动机的外观3b-4a图4-11iSV伺服放大器的

7、外观3b-4a图4-12is系列伺服电动机外观及接口(2)is系列伺服电动机is系列伺服电动机是FANUC公司推出的用于普通数控机床的高速小惯量伺服电动机,其外观及接口如图4-12所示。3b-4a图4-13i系列伺服放大器各模块组合连接图(3)i系列伺服放大器 i系列伺服放大器各模块组合连接图如图4-13所示,其接口说明如图4-14所示。3b-4a(4)i系列伺服电动机图4-14i系列伺服放大器各模块接口说明a)电源模块b)伺服驱动模块3b-4a 一、FANUC进给伺服硬件连接FANUC进给伺服单元有i系列和i系列。1.i伺服单元接口i伺服单元由电源模块、伺服放大器模块和主轴单元模块等组成。i

8、伺服单元各部件示意图如图4-15所示,其功能见表4-2。2.i电源模块与伺服放大器模块的连接i电源模块(Power Supply Module,PSM)与伺服放大器模块(ServoAmplifierModule,SVM)的连接图如图4-16所示。3b-4a图4-15i伺服单元各部件的示意图3b-4a图4-17i伺服单元总体连接图(以两轴为例)4b-5a 伺服系统的维护伺服放大器是精密的电子部件,对工作环境要求较高,必须按照FANUC公司的维护要求进行日常和定期维护。FANUC伺服放大器虽然分为i和i系列,但是其维护的主要内容是一样的。1.伺服放大器的日常维护(表4-4)2.伺服放大器绝对式编码

9、器电池的更换3.伺服电动机的维护4.串行编码器的维护4b-5a任务二进给伺服驱动系统的参数设定 【职业知识目标】掌握伺服参数的设定以及FSSB电缆的连接方法。熟悉伺服系统的构成和伺服增益的调整方法【职业技能目标】能对伺服系统进行构成分析和伺服增益进行调整。能举例说明FSSB连接及伺服参数设定。4b-5a【职业素养目标】在学习过程中体现团结协作意识,爱岗敬业的精神。培养学生的综合职业能力、认真负责的工作态度、较强的语言表达能力和动手能力。培养7S或10S的管理习惯和理念。4b-5a 1.工作对象(设备)FANUC0i-D伺服系统。2.工具和学习材料电笔、万用表和螺钉旋具。教师准备好学生要填写的考

10、核表格(表1-1)。3.教学方法应用模拟工厂的生产实际的教学模式,采用项目教学法、小组互动式教学法、讲授、演示教学法等进行教学。4b-5a 一、伺服参数的初始设定1.伺服系统的构成分析FANUC伺服系统的控制框图如图4-18所示,主要由以下几个部分组成。(1)位置控制部分(2)速度控制部分(3)电流控制部分4b-5a图4-18FANUC伺服系统的控制框图4b-5a3.伺服增益的调整(1)速度环增益(2)位置环增益4.FSSB电缆连接FSSB是Fanuc Scrial Scrvo Bus(FANUC串行伺服总线)的缩写,该总线用来连接FANUC 0i系统和伺服系统、主轴系统,是传输伺服信号的总线

11、。FSSB总线是通过光缆传输的。FANUC公司伺服放大器与控制器之间的FSSB电缆连接如图4-22所示。4b-5a图4-19“参数设定支援”页面4b-5a图4-20“伺服增益调整”菜单4b-5a图4-21伺服电动机设定页面伺服电动机设定页面如图4-21所示。4b-5a图4-22FSSB电缆连接4b-5a二、FSSB的初始设定FANUC 0i-D系统通过高速串行伺服总线(FSSB)连接CNC控制器和伺服放大器,这些放大器和分离式检测器接口单元称为从控装置。FSSB配置示例如图4-23所示。4b-5a图4-23FSSB配置示例4b-5a图4-24参数设定页面参数设定页面如图4-24所示4b-5a图

12、4-26轴设定页面轴设定页面如图4-26所示4b-5a三、伺服参数调整和诊断页面1.伺服参数调整页面的含义2.伺服参数调整页面中维修用检测内容3.常见伺服参数的调整4b-5a图4-27伺服参数调整页面4b-5a FSSB连接及伺服参数设定分析(以850型数控加工中心为例)步骤1:FSSB的设定。该机床的FSSB连接及伺服轴号分配如图4-28所示。1)按下急停按钮后,接通电源。2)设定参数1902#1、1902#0为0,重新上电。3)进行FSSB的放大器设定。4)进行FSSB的轴设定。5)FSSB的设定结束,确认参数1902#1(ASE)变为1。4b-5a图4-28FSSB连接及伺服轴号分配4b

13、-5a(1)准备“伺服设定”页面如图4-29所示，此后的参数设定就在该页面中进行。步骤2:伺服设定。(2)初始设定1)初始化设定位。2)电动机代码的设定。表4-8常用电动机代码3)AMR的设定。4)指令倍乘比的设定。5)柔性齿轮比的设定(以X轴为例)。柔性齿轮比的设定见表4-10。6)方向的设定。表4-11方向的设定4b-5a图4-29“伺服设定”页面4b-5a“伺服设定”页面中的各项目对应的参数见表4-7。表4-7“伺服设定”页面中的各项目对应的参数4b-5a表4-9机床电动机代码表4-10柔性齿轮比的设定表4-11方向的设定4b-5a7)速度反馈脉冲数、位置反馈脉冲数的设定。表4-12反馈

14、脉冲数的设定8)参考计数器容量的设定(以X轴为例)。表4-13参数计数器容量的设定9)设定完成后的参数列表如图4-30所示。10)CNC重新上电。11)按照前述顺序操作,显示“伺服设定”页面,确认初始化设定位(从右边数第二位)为1,完成设定,即初始化设定位为4b-5a表4-12反馈脉冲数的设定表4-13参数计数器容量的设定4b-5a图4-30设定完成后的参数列表4b-5a 数控机床故障排除应遵循的原则在检测故障的过程中,应充分利用数控系统的自诊断功能,如系统的开机诊断、运行诊断、PLC的监控功能,根据需要随时检测有关部分的工作状态和接口信息,同时还应灵活应用数控系统故障检查的一些行之有效的方法

15、,如交换法和隔离法等,还应掌握以下原则。(1)先方案后操作(或先静后动)(2)先安检后通电(3)先软件后硬件(4)先外部后内部(5)先机械后电气(6)先公用后专用(7)先简单后复杂(8)先一般后特殊4b-5a任务三伺服系统故障诊断与排除 【职业知识目标】了解伺服系统故障的类型。熟悉伺服放大器故障的种类。掌握伺服单元的故障节点以及i和i伺服单元及伺服放大器故障的报警内容及维修方法。【职业技能目标】知道伺服系统故障的类型和伺服放大器故障的种类。能判断i和i伺服单元及伺服放大器故障节点,并可以进行维修。4b-5a【职业素养目标】在学习过程中体现团结协作意识,爱岗敬业的精神。培养学生的综合职业能力、认

16、真负责的工作态度、较强的语言表达能力和动手能力。培养7S或10S的管理习惯和理念。4b-5a 1.工作对象(设备)FANUC 0i-D伺服系统。2.工具和学习材料电笔、万用表、千分尺和螺钉旋具等。教师准备好学生要填写的考核表格(表1-1)。3.教学方法应用模拟工厂生产实际的教学模式,采用项目教学法、小组互动式教学法、讲授、演示教学法等进行教学。4b-5a 一、伺服系统故障的类型当伺服系统出现故障时,通常有三种类型:在显示屏上或操作面板上显示报警内容或报警信息;在进给伺服驱动单元上用警告灯或数码管显示故障;运动不正常,但无任何报警。4b-5a二、伺服放大器故障的种类和故障节点1.i系列伺服单元故

17、障报警及维修(1)i系列伺服单元故障报警及维修的分析方法FANUC公司已经为用户提供了常见故障的报警内容,用户只要根据表4-15罗列的报警内容进行分析,一般就能找到故障原因和维修的方法。表4-15i系列伺服单元故障报警内容及维修方法4b-5a(2)i伺服放大器模块故障报警i伺服放大器模块与外围硬件的连接如图4-17所示,其接口位置如图4-15所示。i伺服放大器模块与外界硬件的连接主要分以下几种。1)直流母线,即电源模块与伺服放大器模块的连接。2)从电源模块CXA2A到伺服放大器模块CXA2B的串行信号互连线。3)伺服放大器模块输出到伺服电动机的动力电缆。4)伺服电动机上的编码器速度和位置信号反

18、馈电缆。5)伺服放大器模块与CNC通过的FSSB光缆。6)绝对式编码器用电池与伺服放大器模块的连接。4b-5a表4-16 i伺服放大器模块部分故障的报警内容与故障解决方法4b-5a(3)FANUC i系列伺服单元故障节点i系列伺服单元故障节点如图4-35所示,具体内容见表4-17。诊断和判别i系列伺服单元故障节点需要利用FANUC数控系统软件和伺服诊断软件进行综合判断。4b-5a表4-17i系列伺服单元故障节点的具体内容4b-5a表4-17i系列伺服单元故障节点的具体内容4b-5a2.i伺服放大器故障报警及维修(1)i伺服放大器硬件连接i伺服放大器硬件连接如图4-36所示,硬件连接按功能主要分

19、为以下几部分。(2)i系列伺服放大器故障节点i系列伺服放大器故障节点如图4-36所示,其具体内容见表4-18。具体诊断和判别i系列伺服放大器故障节点,4b-5a4b-5a三、伺服单元的报警代码及故障原因分析1.伺服单元过电压报警“1”伺服单元过电压报警是指伺服单元的DC 300V超过了规定值,产生此故障的原因可能如下:1)输入的交流电源电压过高。2)制动电阻损坏或连接不良。3)伺服单元本身不良。4b-5a2.伺服单元控制电压低报警“2”伺服单元控制电压低报警是指伺服单元控制电路电压过低报警,产生此故障的可能原因如下:1)伺服单元输入的控制电压低。2)伺服单元内部控制电路低电压故障(如内部电器元

20、件短路)。3)伺服单元外部连接有短路故障,如急停开关回路短路或伺服电动机编码器内部短路。4)伺服单元本身不良。4b-5a3.伺服单元主电路低电压报警“3”伺服单元主电路低电压报警是指伺服单元的DC 300V电压低或为0V报警,产生此故障的可能原因如下:1)交流电源输入电压过低。2)伺服单元的断路器跳闸。3)伺服单元本身不良。4.伺服单元过热报警“5”4b-5a5.伺服单元过电流报警“8”“9”“b”伺服单元过电流报警是指伺服单元的第1轴、第2轴及第3轴等检测出过电流,产生此故障的可能原因如下:1)伺服电动机短路。2)伺服单元的逆变块击穿短路。3)伺服单元本身不良。4b-5a6.伺服单元的智能功

21、率模块(IPM)报警“8”“9”“b”伺服单元的智能功率模块报警是指智能功率模块过热报警、过电流报警及伺服单元控制电路低电压报警。产生此故障的可能原因如下:1)伺服单元过热(如伺服单元散热风扇损坏)。2)伺服单元的逆变块击穿短路或电动机短路。3)伺服电动机编码器内部短路。4)伺服单元本身不良。4b-5a一、进给伺服系统故障的现象、原因及其排除方法1.超程解除报警。超程故障的可能原因及排除方法见表4-19。2.过载4b-5a表4-19超程故障的可能原因及排除方法4b-5a故障的可能原因及排除方法见表4-20。4b-5a3.振动分析机床振动周期是否与进给速度有关:若与进给速度有关,一般与该轴的速度

22、环增益太高或速度反馈故障有关;若与进给速度无关,一般与位置环增益太高或位置反馈故障有关;如振动在加减速过程中产生,往往是系统加减速设定得过小造成的。工作过程中,振动引起故障的可能原因及排除方法见表4-21。表4-21振动引起故障的可能原因及排除方法4b-5a4.爬行爬行发生在启动加速段或低速进给时,一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等所致。尤其要注意连接伺服电动机和滚珠丝杠的联轴器,连接松动或联轴器本身的缺陷,如裂纹等,会造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步,从而使进给运动忽快忽慢,产生爬行现象。其可能原因及排除方法见表4-22。表4-22爬行故障的可能原因

23、及排除方法4b-5a5.窜动在进给时出现窜动现象的原因:测速信号不稳定,如测速装置故障、测速反馈信号干扰等;速度控制信号不稳定或受到干扰;接线端子接触不良,如螺钉松动等。当窜动发生在由正向运动向反向运动的瞬间时,一般是由于进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。其可能原因及排除方法见表4-23。表4-23进给过程中出现窜动的可能原因和排除方法4b-5a6.伺服电动机不转数控系统传至进给驱动单元的除了速度控制信号外,还有使能控制信号,一般为DC 24V继电器线圈电压。伺服电动机不转故障的可能原因与排除方法见表4-24。7.位置误差当伺服轴运动超过位置允差范围时,数控系统就会产生位置误差过大的

24、报警,包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。其主要原因是:系统设定的允差范围过小;伺服系统增益设置不当;位置检测装置有污染;进给传动链累积误差过大;主轴箱垂直运动时平衡装置(如平衡油缸等)不稳。报警的原因及排除见表4-25。4b-5a表4-24伺服电动机不转故障的可能原因及排除方法4b-5a表4-25位置跟随误差超差报警的可能原因及排除方法4b-5a8.漂移当指令值为零时,坐标轴仍移动,从而造成位置误差,通过漂移补偿和驱动单元上的零速调整来消除。引起此故障的可能原因与排除方法见表4-26。表4-26漂移补偿量过大报警的可能原因与排除方法4b-5a二、故障诊断及排除实例分析故障现象1:某数控机床,

25、其数控系统是FANUC 0i-TD系统,伺服系统配置i系列伺服单元,X轴伺服电动机是i8/3000电动机,数控系统显示SV0434报警,整个系统处于急停状态。SV0434报警页面如图4-37所示。图4-37SV0434报警页面4b-5a表4-27考核标准与成绩评定项目表4b-5a1.数控机床对地基及环境和湿度的要求2.数控机床的安装步骤(1)安装准备(2)开箱验收(3)机床吊装与就位(4)机床组装与连接(5)试车调整4b-5a任务四位置检测装置的调试与维护 【职业知识目标】掌握编码器和光栅尺的调试和维护方法。熟悉旋转变压器和感应同步器的维护方法。【职业技能目标】能调试和维护编码器和光栅尺。能维

26、护旋转变压器和感应同步器。4b-5a【职业素养目标】在学习过程中体现团结协作意识,爱岗敬业的精神。培养学生的综合职业能力、认真负责的工作态度、较强的语言表达能力和动手能力。培养7S或10S的管理习惯和理念。4b-5a1.工作对象(设备)FANUC系统所应用的检测装置,如编码器、光栅尺、旋转变压器和感应同步器等。2.工具和学习材料电笔、万用表和螺钉旋具。教师准备好学生要填写的考核表格(表1-1)。3.教学方法应用模拟工厂的生产实际的教学模式,采用项目教学法、小组互动式教学法、讲授、演示教学法等进行教学。4b-5a 一、检测装置的概述1.检测装置的分类2.检测元件的使用要求二、光栅三、编码器图4-

27、38所示为光电脉冲编码器的结构图。4b-5a图4-38光电脉冲编码器的结构图1光源2圆光栅3指示光栅4光电池组5机械部件6护罩7印制电路板4b-5a四、旋转变压器五、感应同步器直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成,结构如图4-40所示。4b-5a旋转变压器分为有刷(图4-39a)和无刷(图4-39b)两种类型。有刷旋转变压器定子图4-39旋转变压器结构图a)有刷旋转变压器b)无刷旋转变压器c)实物图d)剖面图4b-5a图4-40感应同步器的结构a)外观及安装形式b)绕组1固定部件(床身)2运动部件(工作台或刀架)3定尺绕组引线4定尺座5防护罩6滑尺7滑尺座8滑尺绕组引线9调整垫10定尺11正

28、弦励磁绕组12余弦励磁绕组4b-5a 一、光栅的装调与维护1.光栅的安装图4-41所示为光栅外观示意图,图4-42所示为光栅在数控车床上的安装示意图。2.光栅的维护(1)防污(2)防振4b-5a图4-41光栅外观图1光栅尺2扫描头3电缆4b-5a图4-42光栅在数控车床上的安装示意图1床身2光栅尺3扫描头4滚珠丝杠螺母副5床鞍4b-5a二、光电脉冲编码器的装调与维护1.光电脉冲编码器的维护(1)防振和防污(2)防止连接松动2.光电脉冲编码器的更换如交流伺服电动机的脉冲编码器不良,就应更换脉冲编码器。更换编码器应按规定步骤进行。以FANUC S系列伺服电动机为例,其结构示意图如图4-43所示3.调整为了保证编码器安装位置正确,在编码器安装完成后,应对转子的位置进行调整4b-5a图4-43伺服电动机结构示意图1电枢线插座2连接轴3转子4外壳5绕组6后盖联接螺钉7安装座8安装座联接螺钉9编码器固定螺钉10编码器联接螺钉11后盖12橡胶盖13编码器轴14编码器电缆15编码器插座4b-5a图4-44转子位置调整示意图a)励磁连接图b)电动机定位示意图4b-5a三、旋转变压器的维护四、感应同步器的维护4b-5a1.电源的检查2.机床功能调试3.机床试运行