数控机床故障诊断与维修单元七课件.pptx

1、7.1数控系统的位置比较电路7.1.1位置控制位置控制是伺服系统的重要组成部分,是保证位置控制精度的重要环节。位置控制环和速度控制环是紧密相连的,速度控制环的给定值来自位置控制环,而位置控制环的输入一方面来自轮廓插补运算指令,即在每一个插补周期内插补运算输出一组数据给位置环;另一方面来自位置检测反馈装置,即将机床移动部件的实际位移量信号输送给位置环。图7-1位置控制原理由原理图知Pe=Pc-Pf,位置控制首要解决的问题是位置比较方式的实现。根据位置环比较的方式不同,可将闭环、半闭环系统分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统。根据位置检测反馈元件和位置检测反馈电路及信号的不同,

2、位置比较电路有脉冲数码比较器、鉴相器、幅值比较器。脉冲比较伺服系统结构比较简单,常采用光电编码器和光栅作为位置检测装置,以半闭环的控制结构形式构成脉冲比较伺服系统。1.脉冲比较伺服系统的特点7.1.2脉冲比较伺服系统7.1.3相位比较伺服系统1.相位比较伺服系统的特点它是指指令脉冲信号和位置检测反馈信号都转换为相应的同频率的某一载波的不同相位的脉冲信号,在位置控制单元进行相位的比较,它们的相位差反映了指令位置与实际位置的偏差。1)半闭环相位比较伺服系统结构框图如图7-4所示。图7-4半闭环相位比较伺服系统结构框图2.相位比较伺服系统 3)工作原理。感应同步器相位检测信号经整形放大滤波后所得的实

3、际相位脉冲Pf为位置反馈信号。指令脉冲Pc+、Pc-经脉冲调相后,转换成相位、极性与指令脉冲有关的脉冲信号Pc。由于Pc的相位c和Pf的相位f均以P0的相位0为基准,因此c和f通过鉴相器即能获得。伺服驱动装置接收相位差信号以驱动工作台朝指令位置进给,实现位置跟踪 图7-5相位比较波形 7.1.4幅值比较伺服系统1.幅值比较伺服系统的特点幅值比较伺服系统是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位移的数值,并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较构成的闭环控制系统。该系统的特点之一是所用的位置检测元件应工作在幅值工作方式。位置检测可用感应同步器或旋转变压器。2.幅值比较伺服系统1)幅值比较伺服系统结构

4、框图如图7-6所示。图7-6幅值比较伺服系统结构框图 2)系统的组成。位置检测(感应同步)器测得工作台正向或反向进给实际位移的交变电动势,应前置放大器送到鉴幅器,然 后由V/F(电压-频率变换器)变换成相应的脉冲序列送到比较环节。图7-7幅值比较控制波形 图7-8MB8702原理框图 7.2检测系统常用的位置检测元件与接口7.2.1常用的位置检测元件位置检测元件是数控系统重要的组成部分,它检测机床工作台的位移、伺服电动机转子的角位移和速度。位置检测元件的精度一般用分辨率和系统精度表示,分辨率是指检测元件能检测的最小数量单位,它由检测元件本身的品质因素所决定。1.光电编码器光电编码器利用光电原理

5、把机械角位移变换成电脉冲信号,是数控机床上使用较广泛的位置检测元件。光电编码器按输出信号与对应位置的关系,通常分为增量式光电编码器、绝对式光电编码器和混合式光电编码器。图7-9编码器的输出相位旋转变压器是利用电磁感应原理的一种模拟式测量角位移元件,它的输出电压与转子的角位移有固定的函数关系。旋转变压器一般用于精度要求不高的机床,其特点是坚固、耐热和耐冲击。旋转变压器分有刷和无刷两种,目前数控机床中常用的是无刷旋转变压器,如图7-10所示。2.旋转变压器 图7-10无刷旋转变压器结构图3.光栅光栅有两种形式:一种是透射光栅,在透明玻璃片上刻有一系列等间隔密集线纹;另一种是反射光栅,在长条形金属镜

6、面上制成全反射或漫反射间隔相等的密集线纹。光栅利用光学原理,通过光敏元件测量莫尔条纹移动的数量来测量机床工作台的位移量,如图7-11所示。图7-11光栅读数原理4.磁栅尺磁栅尺由磁性标尺、磁头和检测电路组成,也是一种全闭环位置检测元件。磁性标尺是在非导磁材料(如玻璃、铜、不锈钢或其他合金等材料)上涂上一层厚度为1020m的磁胶,这种磁胶多是镍-钴合金高导磁材料和树脂胶混合制成的材料。图7-12磁通响应型拾磁头磁头。其检测电路包括:磁头励磁电路,读取磁信号的放大、滤波及辨向电路,细分的内插电路,显示及控制电路等。5.感应同步器磁头用于读取磁尺上的磁信号,图7-12所示为磁通响应型拾感应同步器是一

7、种应用电磁感应原理的高精度位移检测元件,由定尺和滑尺组成。7.2.2位置反馈接口1.常用的有关接口信号数控系统中最常用的位置反馈元件是与伺服电动机同轴的光电编码器,如图7-13所示,它的连接信号主要是脉冲/辨向信号PCA、*PCA,PCB、*PCB和一转脉冲 图7-13编码器接口插件图2.通过测量信号判断反馈接口故障如果要判断某一增量编码器是否完好,主要查看其输出的信号,即信号波形的形状、波形的高度、负载能力如何。通过这些可以断定脉冲编码器是否存在故障,尤其要注意脉冲编码器输出的频率。如果脉冲编码器的频率异常,会直接影响系统位置控制的准确性。图7-14编码器接口信号 7.3位置检测系统的故障维

8、修7.3.1位置检测系统的故障分析1.位置检测系统的故障现象当数控机床出现如下故障现象时,应考虑是否是由检测元件的故障引起的。(1)机械振荡(加/减速时)1)脉冲编码器出现故障,此时检查速度单元上的反馈线端子电压是否下降,如有下降,表明脉冲编码器不良。2)脉冲编码器十字联轴器可能损坏,导致轴转速与检测到的速度不同步。3)测速发电机出现故障。(2)机械暴走(飞车)在已检查位置控制单元和速度控制单元的情况下,应该检查以下内容。1)脉冲编码器接线是否错误,检查编码器接线是否为正反馈,A相和B相是否接反。2)脉冲编码器联轴器是否损坏,更换联轴器。3)检查测速发电机端子是否接反,励磁信号线是否接错。(3

9、)主轴不能定向或定向不到位在已检查定向控制电路设置,检查定向板、主轴控制印制电路板的同时,应该检查位置检测器(编码器)是否不良。(4)坐标轴振动进给在已检查电动机线圈是否短路、机械进给丝杠同电动机的连接是否良好、检查整个伺服系统是否稳定的情况下,应该检查以下内容。1)脉冲编码是否良好。2)联轴器连接是否平稳可靠。3)测速机是否可靠。(5)CNC报警中因程序错误,操作错误引起的报警如FANUC 6ME系统的CNC报警090、091。(6)伺服系统的报警号如FANUC 6ME系统的伺服报警:416、426、436、446、456;SIEMENS 880系统的伺服报警:1364;SIEMENS 8系

10、统的伺服报警:114、104等。当出现如上报警号时,有可能是以下原因。1)轴脉冲编码器反馈信号断线、短路和信号丢失,用示波器测A相、B相一转信号。2)编码器内部受到污染,太脏,无法正确接收信号。2.对检测元件的使用要求检测元件是一种极其精密、容易受损的元器件,一定要从以下几个方面注意正确使用和维护保养。1)不能受到强烈振动和摩擦,以免损伤码盘(板),不能受到灰尘、油污的污染,以免影响正常信号的输出。2)工作环境温度不能超标,电源电压一定要满足要求,以便于集成电路芯片的正常工作。3)要保证传输线电阻、电容的数值极小,以利于正常信号的传输。4)要保证屏蔽良好,防止外部噪声干扰,以免影响反馈信号的质

11、量。5)安装方式要正确,如编码器连接轴要同心对正,防止轴超出允许的载重量,以保证其性能正常。7.3.2维修案例1.脉冲编码器光电盘划伤,导致工作台定位不准机床名称:芬兰VMC800立式加工中心,SIEMENS 880系统。(1)故障现象与分析机床为双工作台,通过交换工作台完成两工件加工,工作台靠鼠牙盘定位,鼠牙盘等分为360个齿,靠液压缸上下运动实现工作的离合,通过伺服电动机拉动同步带,带动工作台旋转,用脉冲编码器来检测工作台的旋转角度和定位。(2)故障解决措施根据以上原因,对同步带和编码器联轴器进行检查,发现一切正常,排除上述原因后,又判断极有可能是测量电路不良引起的故障。图7-15用示波器测量编码器的反馈信号2.脉冲编码器A相信号错误导致轴运动产生振动机床名称:FANUC 6ME系统双面加工中心。(1)故障现象 X轴在运动过程中产生振动,并且在CRT上出现CNC416报警。(2)故障分析根据故障现象分析,引起故障的原因可能有以下几种。1)速度控制单元出现故障。2)位置检测电路不良。3)脉冲编码器反馈电缆线的连接不良。4)脉冲编码器不良。5)机床数据是否正确。6)伺服电动机及测速机故障。(3)故障解决针对上述分析出的原因,对速度控制单元、主电路板、脉冲编码器反馈电缆的连接和连线进行检查。