1、第第8章章 伺服系统的故障诊断与维修伺服系统的故障诊断与维修8.1 概述概述 8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修8.3 进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服系统故障诊断与维修8.4 位置检测系统的故障诊断与维修位置检测系统的故障诊断与维修8.5 伺服系统故障诊断与维修实例伺服系统故障诊断与维修实例8.1 概述概述8.1.1 伺服系统的概念伺服系统的概念 数控机床伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作数控机床伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称随动系统。在数控机床中，为控制量的自动控制系统，又称随动系统。在数控机床中，伺服系统是连接数控系
2、统和数控机床本体的中间环节，是数伺服系统是连接数控系统和数控机床本体的中间环节，是数控机床的控机床的“四肢四肢”。因为伺服系统的性能决定了数控机床的。因为伺服系统的性能决定了数控机床的性能，所以要求伺服系统具有高精度、快速度和良好的稳定性能，所以要求伺服系统具有高精度、快速度和良好的稳定性。研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关性。研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。键技术之一。下一页 返回8.1 概述概述 在实际应用中，数控机床的伺服系统出现故障的几率较在实际应用中，数控机床的伺服系统出现故障的几率较高，因此充分认识伺服系统的重要性，掌握伺服系统的故障高，因
3、此充分认识伺服系统的重要性，掌握伺服系统的故障诊断与维修方法是很有必要的。诊断与维修方法是很有必要的。下一页上一页返回8.1 概述概述8.1.2 伺服系统的组成伺服系统的组成 数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制机械传动部件、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。机械传动部件和执行元单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测装置，件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。亦
4、称检测系统。下一页上一页返回8.1 概述概述8.1.3 伺服系统的工作原理伺服系统的工作原理 伺服系统是一种反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给伺服系统是一种反馈控制系统，它以指令脉冲为输入给定值与输出被调量进行比较，利用比较后产生的偏差值对系定值与输出被调量进行比较，利用比较后产生的偏差值对系统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。所以统进行自动调节，以消除偏差，使被调量跟踪给定值。所以伺服系统的运动来源于偏差信号，必须具有负反馈回路，并伺服系统的运动来源于偏差信号，必须具有负反馈回路，并且始终处于过渡过程状态。在运动过程中实现了力的放大。且始终处于过渡过程状态。在运动过程中实现了力的
5、放大。伺服系统必须有一个不断输入能量的能源，外加负载可视为伺服系统必须有一个不断输入能量的能源，外加负载可视为系统的扰动输入。系统的扰动输入。下一页上一页返回8.1 概述概述8.1.4 伺服系统的作用伺服系统的作用 在数控机床中，伺服系统是数控装置和机床的联系环节，在数控机床中，伺服系统是数控装置和机床的联系环节，它的作用是把来自数控装置中插补器的指令脉冲或计算机插它的作用是把来自数控装置中插补器的指令脉冲或计算机插补软件生成的指令脉冲，经变换和放大后，转换为机床移动补软件生成的指令脉冲，经变换和放大后，转换为机床移动部件的机械运动，并保证动作的快速和准确。数控机床的精部件的机械运动，并保证动
6、作的快速和准确。数控机床的精度和速度等技术指标，常常主要取决于伺服系统。度和速度等技术指标，常常主要取决于伺服系统。下一页上一页返回8.1 概述概述8.1.5 伺服系统的分类伺服系统的分类 数控机床伺服系统的分类方法很多。按伺服系统有无检数控机床伺服系统的分类方法很多。按伺服系统有无检测元件或调节原理不同可分为开环伺服系统、闭环伺服系统测元件或调节原理不同可分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按作用或功能不同可分为主轴伺服系统和半闭环伺服系统；按作用或功能不同可分为主轴伺服系统（控制主轴的切削运动，以旋转运动为主）和进给伺服系统（控制主轴的切削运动，以旋转运动为主）和进给伺服系统（
7、控制机床各坐标轴的切削进给运动）；按驱动电动机不同（控制机床各坐标轴的切削进给运动）；按驱动电动机不同可分为直流伺服系统和交流伺服系统；按反馈比较控制方式可分为直流伺服系统和交流伺服系统；按反馈比较控制方式不同可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比不同可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。较伺服系统。上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 机床主轴主传动是旋转运动，传递切削力，伺服驱动系统机床主轴主传动是旋转运动，传递切削力，伺服驱动系统分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大类，有的数分为直流主轴驱动系统和交流主轴驱动系统两大
8、类，有的数控机床主轴利用通用变频器，驱动三相交流电动机，进行速控机床主轴利用通用变频器，驱动三相交流电动机，进行速度控制。数控机床要求主轴伺服驱动系统能够在很宽范围内度控制。数控机床要求主轴伺服驱动系统能够在很宽范围内实现转速连续可调，并且稳定可靠。当机床有螺纹加工功能、实现转速连续可调，并且稳定可靠。当机床有螺纹加工功能、C轴功能、准停功能和恒线速度加工时，主轴电动机需要装轴功能、准停功能和恒线速度加工时，主轴电动机需要装配检测元件，对主轴速度和位置进行控制。配检测元件，对主轴速度和位置进行控制。下一页 返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 主轴驱动变速目前主要有
9、主轴驱动变速目前主要有3种形式：一是带有变速齿轮传种形式：一是带有变速齿轮传动方式，可实现分段无级调速，扩大输出转矩，满足强力切动方式，可实现分段无级调速，扩大输出转矩，满足强力切削要求的转矩；二是通过带传动方式，可避免齿轮传动时引削要求的转矩；二是通过带传动方式，可避免齿轮传动时引起的震动与噪声，适用于低转矩特性要求的小型机床；三是起的震动与噪声，适用于低转矩特性要求的小型机床；三是由调速电动机直接驱动的传动方式，主轴传动部件结构简单，由调速电动机直接驱动的传动方式，主轴传动部件结构简单，紧凑，这种方式主轴输入的转矩小。紧凑，这种方式主轴输入的转矩小。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障
10、诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修8.2.1 常用主轴驱动系统介绍常用主轴驱动系统介绍1 FANUC公司主轴驱动系统公司主轴驱动系统 从从20世纪世纪80年代开始，年代开始，FANUC公司已使用了交流主公司已使用了交流主轴驱动系统，直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。目前轴驱动系统，直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。目前3个系列交流主轴电动机为：个系列交流主轴电动机为：S系列电动机，额定输出功率范系列电动机，额定输出功率范围围1.5kW37kW；H系列电动机，额定输出功率范围系列电动机，额定输出功率范围1.5kW22kW；P系列电动机，额定输出功率范围系列电动机，额定输出功率范围3.7kW
11、37kW。该公司交流主轴驱动系统的特点为：。该公司交流主轴驱动系统的特点为：下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修1)采用采用CPU控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控制；控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控制；2)主回路采用晶体管主回路采用晶体管PWM逆变器，使电动机电流非常接近正逆变器，使电动机电流非常接近正弦波形；弦波形；3)具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修2.SIEMENS公司主轴驱动系统公司主轴驱动系统 SIEM
12、ENS公司生产的直流主轴电动机有公司生产的直流主轴电动机有1GG5、1GF5、1GL5和和1GH5这这4个系列，与上述个系列，与上述4个系列电动机个系列电动机配套的配套的6RA24、6RA27系列驱动装置采用晶闸管控制。系列驱动装置采用晶闸管控制。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 20世纪世纪80年代初期，该公司又推出了年代初期，该公司又推出了1PH5和和1PH6两个系列的交流主轴电动机，功率范围为两个系列的交流主轴电动机，功率范围为3kW100kW。驱动装置为驱动装置为6SC650D系列交流主轴驱动装置或系列交流主轴驱动装置或6SC611A(SIM
13、ODRIVE 61lA)主轴驱动模块，主回路主轴驱动模块，主回路采用晶体管采用晶体管PWM变频控制的方式，具有能量再生制动功能。变频控制的方式，具有能量再生制动功能。另外，采用微处理器另外，采用微处理器80186可进行闭环转速、转矩控制及磁可进行闭环转速、转矩控制及磁场计算，从而完成矢量控制。通过选件实现场计算，从而完成矢量控制。通过选件实现C轴进给控制，轴进给控制，在不需要在不需要CNC的帮助下，实现主轴定位控制。的帮助下，实现主轴定位控制。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修3 MITSUBISHI公司主轴驱动系统公司主轴驱动系统 MITSUBISH
14、I公司主轴躯动装置与公司主轴躯动装置与CNC采用总线连接，采用总线连接，主回路采用主回路采用PWM技术。主轴与进给轴完全同步，使用技术。主轴与进给轴完全同步，使用90000P/RPM脉冲编码器实现脉冲编码器实现C轴功能。轴功能。MITSUBISHI公司主轴驱动有公司主轴驱动有SPJ、SPJ2型小型化型小型化系列，系列，SPJ2可通过增加可通过增加PJEX扩展单元实现主轴的定位和扩展单元实现主轴的定位和C轴控制，所配备的主轴电动机为轴控制，所配备的主轴电动机为SJ-P、SJ-PF系列，其功率系列，其功率为为0275kW。SP系列是大型主轴驱动装置，所配备系列是大型主轴驱动装置，所配备的主轴电机为
15、的主轴电机为SJ系列，其功率为系列，其功率为0.545kW。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修8.2.2 主轴伺服系统的常见故障形式主轴伺服系统的常见故障形式 当主轴伺服系统发生故障时，通常有当主轴伺服系统发生故障时，通常有3种表现形式：一种表现形式：一是在操作面板上用指示灯或是在操作面板上用指示灯或CRT显示报警信息；二是在主轴显示报警信息；二是在主轴驱动装置上用指示灯或数码管显示故障状态；三是主轴工作驱动装置上用指示灯或数码管显示故障状态；三是主轴工作不正常，但无任何报警信息。常见数控机床主轴伺服系统的不正常，但无任何报警信息。常见数控机床主轴伺服
16、系统的故障有以下几种。故障有以下几种。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修1 外界干扰外界干扰 故障现象：主轴在运转过程中出现无规律性的振动或转故障现象：主轴在运转过程中出现无规律性的振动或转动。动。原因分析：主轴伺服系统受电磁、供电线路或信号传输原因分析：主轴伺服系统受电磁、供电线路或信号传输干扰的影响，主轴速度指令信号或反馈信号受到干扰，主轴干扰的影响，主轴速度指令信号或反馈信号受到干扰，主轴伺服系统误动作。伺服系统误动作。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 检查方法：令主轴转速指令信号为零，调整零速平衡电检
17、查方法：令主轴转速指令信号为零，调整零速平衡电位计或漂移补偿量参数值，观察是否因系统参数变化引起的位计或漂移补偿量参数值，观察是否因系统参数变化引起的故障。若调整后仍不能消除该故障，则多为外界干扰信号引故障。若调整后仍不能消除该故障，则多为外界干扰信号引起主轴伺服系统误动作。起主轴伺服系统误动作。采取措施：电源进线端加装电源净化装置，动力线和信采取措施：电源进线端加装电源净化装置，动力线和信号线分开，布线要合理，信号线和反馈线按要求屏蔽，接地号线分开，布线要合理，信号线和反馈线按要求屏蔽，接地线要可靠。线要可靠。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修2 主
18、轴过载主轴过载 故障现象：主轴电动机过热、故障现象：主轴电动机过热、CNC装置和主轴驱动装置装置和主轴驱动装置显示过电流报警等。显示过电流报警等。原因分析：主轴电动机通风系统不良、动力连线接触不原因分析：主轴电动机通风系统不良、动力连线接触不良、机床切削用量过大、主轴频繁正、反转等引起电流增加，良、机床切削用量过大、主轴频繁正、反转等引起电流增加，电能以热能的形式散发出来，主轴驱动系统和电能以热能的形式散发出来，主轴驱动系统和CNC装置通过装置通过检测，显示过载报警。检测，显示过载报警。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 检查方法：根据检查方法：根据C
19、NC和主轴驱动装置提示报警信息，检和主轴驱动装置提示报警信息，检查可能引起故障的各种因素。查可能引起故障的各种因素。采取措施：保持主轴电动机通风系统良好，保持过滤网采取措施：保持主轴电动机通风系统良好，保持过滤网清洁；检查动力接线端子接触情况；正确使用和操作机床，清洁；检查动力接线端子接触情况；正确使用和操作机床，避免超载。避免超载。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修3 主轴定位抖动主轴定位抖动 故障现象：主轴在正常加工时没有问题，仅在定位时产故障现象：主轴在正常加工时没有问题，仅在定位时产生抖动。生抖动。原因分析：主轴定位一般分机械、电气和编码器原因
20、分析：主轴定位一般分机械、电气和编码器3种准停种准停定位，当定位机械执行机构不到位，检测装置信息有误会时定位，当定位机械执行机构不到位，检测装置信息有误会时产生抖动。另外主轴定位要有一个减速过程，如果减速或增产生抖动。另外主轴定位要有一个减速过程，如果减速或增益等参数设置不当，也会引起故障。益等参数设置不当，也会引起故障。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 检查方法：根据主轴定位的方式，主要检查各定位、减检查方法：根据主轴定位的方式，主要检查各定位、减速检测元件的工作状况和安装固定情况，如限位开关、接近速检测元件的工作状况和安装固定情况，如限位开关、接
21、近开关、霍尔元件等。开关、霍尔元件等。采取措施：保证定位执行元件运转灵活，检测元件稳定采取措施：保证定位执行元件运转灵活，检测元件稳定可靠。可靠。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修4 主轴转速与进给不匹配主轴转速与进给不匹配 故障现象：当进行螺纹切削、刚性攻牙或要求主轴与进故障现象：当进行螺纹切削、刚性攻牙或要求主轴与进给同步配合的加工时，出现进给停止主轴仍继续运转，或加给同步配合的加工时，出现进给停止主轴仍继续运转，或加工螺纹零件出现乱牙现象。工螺纹零件出现乱牙现象。原因分析：当主轴与进给同步配合加工时，要依靠主轴原因分析：当主轴与进给同步配合加工时
22、，要依靠主轴上的脉冲编码器检测反馈信息，若脉冲编码器或连接电缆线上的脉冲编码器检测反馈信息，若脉冲编码器或连接电缆线有问题，会引起上述故障。有问题，会引起上述故障。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 检查方法：通过调用检查方法：通过调用I/0状态数据，观察编码器信号线状态数据，观察编码器信号线的通断状态；取消主轴与进给同步配合，用每分钟进给指令的通断状态；取消主轴与进给同步配合，用每分钟进给指令代替每转进给指令来执行程序，可判断故障是否与编码器有代替每转进给指令来执行程序，可判断故障是否与编码器有关。关。采取措施：更换维修编码器，检查电缆线接线情况，特
23、采取措施：更换维修编码器，检查电缆线接线情况，特别注意信号线的抗干扰措施。别注意信号线的抗干扰措施。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修5 转速偏离指令值转速偏离指令值 故障现象：实际主轴转速值超过技术要求规定指令值的故障现象：实际主轴转速值超过技术要求规定指令值的范围。范围。原因分析：原因分析：（1）电动机负载过大，引起转速降低，或低速极限值设定）电动机负载过大，引起转速降低，或低速极限值设定太小，造成主轴电动机过载；太小，造成主轴电动机过载；（2）测速反馈信号变化，引起速度控制单元输入变化；）测速反馈信号变化，引起速度控制单元输入变化；（3）主轴驱动
24、装置故障，导致速度控制单元错误输出；）主轴驱动装置故障，导致速度控制单元错误输出；（4）CNC系统输出的主轴转速模拟量（系统输出的主轴转速模拟量（10V）没有达到）没有达到与转速指令相对应的值。与转速指令相对应的值。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 检查方法：检查方法：（1）空载运转主轴，检测比较实际主轴转速值与指令值，）空载运转主轴，检测比较实际主轴转速值与指令值，判断故障是否由负载过大引起；判断故障是否由负载过大引起；（2）检查测速反馈装置及电缆线，调节速度反馈量的大小，）检查测速反馈装置及电缆线，调节速度反馈量的大小，使实际主轴转速达到指令值；
25、使实际主轴转速达到指令值；（3）用备件替换法判断驱动装置故障部位；）用备件替换法判断驱动装置故障部位；（4）检查信号电缆线连接情况，调整有关参数使）检查信号电缆线连接情况，调整有关参数使CNC系统系统输出的模拟量与转速指令值相对应。输出的模拟量与转速指令值相对应。采取措施：更换维修损坏的部件，调整相关的参数。采取措施：更换维修损坏的部件，调整相关的参数。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修6.主轴异常噪声及震动主轴异常噪声及震动 首先要区别异常噪声及振动发生在机械部分还是在电气首先要区别异常噪声及振动发生在机械部分还是在电气驱动部分：驱动部分：（1）若在
26、减速过程中发生，一般是驱动装置再生回路有故）若在减速过程中发生，一般是驱动装置再生回路有故障；障；（2）主轴电动机在自由停车过程中若存在噪声和振动，则）主轴电动机在自由停车过程中若存在噪声和振动，则多为主轴机械部分故障；多为主轴机械部分故障；（3）若振动周期与转速有关，应检查主轴机械部分及测速）若振动周期与转速有关，应检查主轴机械部分及测速装置。若无关，一般是主轴驱动装置参数未调整好。装置。若无关，一般是主轴驱动装置参数未调整好。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修7 主轴电动机不转主轴电动机不转 CNC系统至主轴驱动装置一般有速度控制模拟量信号和系统至
27、主轴驱动装置一般有速度控制模拟量信号和使能控制信号，主轴电动机不转应重点围绕着两个信号进行使能控制信号，主轴电动机不转应重点围绕着两个信号进行检查。检查。（1）检查）检查CNC系统是否有速度控制信号输出；系统是否有速度控制信号输出；（2）检查使能信号是否接通。通过）检查使能信号是否接通。通过I/0状态，确定主轴的状态，确定主轴的启动条件如润滑、冷却等是否满足；启动条件如润滑、冷却等是否满足；（3）主轴驱动装置故障；）主轴驱动装置故障；（4）主轴电动机故障。）主轴电动机故障。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修下一页上一页返回8.2.3 直流主轴伺服系统的
28、特点和故障直流主轴伺服系统的特点和故障诊断诊断1.直流主轴伺服系统的特点直流主轴伺服系统的特点1）简化了变速机构）简化了变速机构 系统简化了传统的主轴变速机构，传统的主轴变速机系统简化了传统的主轴变速机构，传统的主轴变速机构采用恒定速度的交流异步电动机，由离合器、齿轮等组成构采用恒定速度的交流异步电动机，由离合器、齿轮等组成的多级机械变速装置的结构。的多级机械变速装置的结构。8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修2）具有适应工厂环境的全封闭结构）具有适应工厂环境的全封闭结构 直流主轴电动机采用全封闭的结构形式，所以能在有尘直流主轴电动机采用全封闭的结构形式，所以能在有尘埃
29、和切削液飞溅的工业环境中使用。埃和切削液飞溅的工业环境中使用。3）轴电动机采用特殊的热管冷却系统，外形小）轴电动机采用特殊的热管冷却系统，外形小 在主轴电动机轴上装入了比铜的热传导率大数百倍的热在主轴电动机轴上装入了比铜的热传导率大数百倍的热管，能将转子产生的热立即向外部发散。为了把发热限制在管，能将转子产生的热立即向外部发散。为了把发热限制在最小限度以内，定子内采用了独特方式的特殊附加磁极，减最小限度以内，定子内采用了独特方式的特殊附加磁极，减小了损耗，提高了效率。小了损耗，提高了效率。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修4）驱动方式性能好）驱动方式性
30、能好 主轴伺服单元采用晶闸管三相全波驱动方式，主轴振动主轴伺服单元采用晶闸管三相全波驱动方式，主轴振动小，旋转灵活。小，旋转灵活。5）轴控制功能强，容易与数控系统配合）轴控制功能强，容易与数控系统配合 在与在与NC结合时，主轴伺服单元准备了必要的结合时，主轴伺服单元准备了必要的D/A转换器、转换器、超程输入、速度计数器用输出等功能。超程输入、速度计数器用输出等功能。6）纯电式主轴定位控制功能）纯电式主轴定位控制功能 采用纯电式主轴定位控制，能用纯电式手段控制主轴的采用纯电式主轴定位控制，能用纯电式手段控制主轴的定位停止，故无需机械定位装置，可进一步缩短定位时间。定位停止，故无需机械定位装置，可
31、进一步缩短定位时间。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修2 直流主轴伺服系统的日常维护直流主轴伺服系统的日常维护1）安装注意事项）安装注意事项 （1）伺服单元应置于密封的强电柜内。为了不使强电柜内温）伺服单元应置于密封的强电柜内。为了不使强电柜内温度过高，应将强电柜内部的温升设计在度过高，应将强电柜内部的温升设计在15以下；强电柜的以下；强电柜的外部空气引入口务必设置过滤器；要注意从排气口侵入尘埃外部空气引入口务必设置过滤器；要注意从排气口侵入尘埃或烟雾；要注意电缆出人口、门等的密封；冷却风扇的风不或烟雾；要注意电缆出人口、门等的密封；冷却风扇的风不要直
32、接吹向伺服单元，以免尘埃等附着在伺服单元上。要直接吹向伺服单元，以免尘埃等附着在伺服单元上。（2）安装伺服单元时要考虑到容易维修检查和拆卸。）安装伺服单元时要考虑到容易维修检查和拆卸。（3）电动机的安装要遵守下列原则：）电动机的安装要遵守下列原则：下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 安装面要平，且有足够的刚性，要考虑到不会受电动机振动安装面要平，且有足够的刚性，要考虑到不会受电动机振动等影响；等影响；因为电刷需要定期维修及更换，因此安装位置应尽可能使检因为电刷需要定期维修及更换，因此安装位置应尽可能使检修作业容易进行；修作业容易进行；出入电动机冷却风口
33、的空气要充分，安装位置要尽可能使冷出入电动机冷却风口的空气要充分，安装位置要尽可能使冷却部分的检修清洁工作容易进行；却部分的检修清洁工作容易进行；电动机应安装在灰尘少、湿度不高的场所，环境温度应在电动机应安装在灰尘少、湿度不高的场所，环境温度应在40以下；以下；电动机应安装在切削液和油之类的东西不能直接溅到的位置电动机应安装在切削液和油之类的东西不能直接溅到的位置上。上。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修2）使用检查）使用检查 （1）伺服系统启动前的检查按下述步骤进行：检查伺服单元）伺服系统启动前的检查按下述步骤进行：检查伺服单元和电动机的信号线、动力
34、线等的连接是否正确、是否松动以和电动机的信号线、动力线等的连接是否正确、是否松动以及绝缘是否良好；强电柜和电动机是否可靠接地；电动机电及绝缘是否良好；强电柜和电动机是否可靠接地；电动机电刷的安装是否牢靠，电动机安装螺栓是否完全拧紧。刷的安装是否牢靠，电动机安装螺栓是否完全拧紧。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修（2）使用时的检查注意事项：运行时强电柜门应关闭；检查速）使用时的检查注意事项：运行时强电柜门应关闭；检查速度指令值与电动机转速是否一致；负载转矩指示度指令值与电动机转速是否一致；负载转矩指示(或电动机电或电动机电流指示流指示)是否太大；电动机有
35、否发出异常声音和异常振动；轴是否太大；电动机有否发出异常声音和异常振动；轴承温度是否有急剧上升的不正常现象；在电刷上是否有显著承温度是否有急剧上升的不正常现象；在电刷上是否有显著的火花发生痕迹。的火花发生痕迹。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 3）日常维护）日常维护（1）对强电柜的空气过滤器每月清扫一次；）对强电柜的空气过滤器每月清扫一次；（2）强电柜及伺服单元的冷却风扇应每两年检查一次；）强电柜及伺服单元的冷却风扇应每两年检查一次；（3）主轴电动机每天应检查旋转速度、异常振动、异常声音、）主轴电动机每天应检查旋转速度、异常振动、异常声音、通风状态、
36、轴承温度、机壳温度和异常臭味；通风状态、轴承温度、机壳温度和异常臭味；（4）主轴电动机每月（至少也应每三个月）应作电动机电刷的）主轴电动机每月（至少也应每三个月）应作电动机电刷的 清理和检查、换向器检查；清理和检查、换向器检查；（5）主轴电动机每半年（至少也要每年一次）需检查测速发电）主轴电动机每半年（至少也要每年一次）需检查测速发电 机、轴承，做热管冷却部分的清理和绝缘电阻的测量。机、轴承，做热管冷却部分的清理和绝缘电阻的测量。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修3.直流主轴伺服系统的故障诊断直流主轴伺服系统的故障诊断 表表8-1列出了直流主轴伺服系统
37、的故障现象及故障诊断列出了直流主轴伺服系统的故障现象及故障诊断 下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修8.2.4 交流主轴伺服系统的特点和故障诊断交流主轴伺服系统的特点和故障诊断 目前数控机床的主轴驱动多用交流主轴驱动系统，例如在目前数控机床的主轴驱动多用交流主轴驱动系统，例如在SIEMENS 810系统中较多地使用交流模拟主轴驱动，而系统中较多地使用交流模拟主轴驱动，而FANUC 0i系统则可以同时控制两个主轴电动机，两个主轴电系统则可以同时控制两个主轴电动机，两个主轴电动机可以都是数字式控制的，也可以一个是数字式，另一个为动机可以都是数字式控制的，也可
38、以一个是数字式，另一个为模拟式控制电动机。模拟式控制电动机。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修1.交流主轴伺服系统的特点交流主轴伺服系统的特点 1）振动和噪声小）振动和噪声小2）采用了再生制动控制功能）采用了再生制动控制功能 3）交流数字式伺服系统控制精度高）交流数字式伺服系统控制精度高4）交流数字式伺服系统用参数设定（不是改变电位器阻值）调）交流数字式伺服系统用参数设定（不是改变电位器阻值）调整电路状态整电路状态 下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修2.交流主轴伺服系统的故障诊断交流主轴伺服系统的故障诊断 SI
39、EMENS 810系统常用的主轴驱动系统是系统常用的主轴驱动系统是650/611A主轴驱动系统。主轴驱动系统。650系列交流主轴驱动系统发生故障时，通常可以通过系列交流主轴驱动系统发生故障时，通常可以通过驱动系统面板上的数码管显示故障代码，根据故障代码即可驱动系统面板上的数码管显示故障代码，根据故障代码即可判断故障原因。判断故障原因。表表8-2为为650系列驱动系统故障一览表系列驱动系统故障一览表下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 若接通电源后，显示器上所有数码管均不亮，可能的故若接通电源后，显示器上所有数码管均不亮，可能的故障原因为：障原因为：（1）
40、主电路进给线断路器跳闸；）主电路进给线断路器跳闸；（2）主回路进线电源至少有两相以上存在缺相；）主回路进线电源至少有两相以上存在缺相；（3）驱动系统至少有两个以上的输入熔断器熔断；）驱动系统至少有两个以上的输入熔断器熔断；（4）驱动系统模块）驱动系统模块A1中的熔断器熔断；中的熔断器熔断；（5）显示模块）显示模块H1和控制器模块和控制器模块N1之间连接故障；之间连接故障；（6）辅助控制电压中的）辅助控制电压中的5V电源故障；电源故障；（7）控制模块）控制模块N1故障。故障。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 若接通电源时，数码管上所有数码位均显示若接通
41、电源时，数码管上所有数码位均显示8，即显示，即显示状态为状态为888888，可能的故障原因有：，可能的故障原因有：（1）控制器模块）控制器模块N1故障；故障；（2）控制模块）控制模块N1上的上的EPROM安装不良或软件出错；安装不良或软件出错；（3）输入）输入/输出模块中的输出模块中的“复位复位”信号为信号为“1”。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 若开机时，若开机时，61lA主轴驱动系统的液晶显示器上无任何主轴驱动系统的液晶显示器上无任何显示，可能的原因有：显示，可能的原因有：（1）输入电源存在）输入电源存在“缺相缺相”；（2）电源模块至少有两相以
42、上输入熔断器熔断；）电源模块至少有两相以上输入熔断器熔断；（3）电源模块的辅助控制电源故障；）电源模块的辅助控制电源故障；（4）驱动系统设备母线连接不良；）驱动系统设备母线连接不良；（5）主轴驱动模块不良；）主轴驱动模块不良；（6）主轴驱动模块的）主轴驱动模块的EPROM/FEPROM不良。不良。下一页上一页返回8.2 主轴伺服系统故障诊断与维修主轴伺服系统故障诊断与维修 若主轴驱动系统正常显示后，驱动系统的报警可以通过若主轴驱动系统正常显示后，驱动系统的报警可以通过6位液晶显示器的后位液晶显示器的后4位进行显示。发生故障时，显示器的右位进行显示。发生故障时，显示器的右边第边第4位显示位显示“
43、F”，右边第，右边第3位、第位、第2位为报警号，右边第位为报警号，右边第1位显示位显示“三三”时，代表驱动系统存在多个故障，通过操作驱时，代表驱动系统存在多个故障，通过操作驱动器上的动器上的“十十”键，可以逐个显示存在的全部故障号。驱动键，可以逐个显示存在的全部故障号。驱动系统常见的报警号以及可能的原因见系统常见的报警号以及可能的原因见表表8-3所示。所示。上一页返回8.3 进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服系统故障诊断与维修8.3.1 常用进给驱动系统介绍常用进给驱动系统介绍1 FANUC进给驱动系统进给驱动系统 从从1980年开始，年开始，FANUC公司陆续推出了小惯量公司陆续推出了小惯量
44、L系列、系列、中惯量中惯量M系列和大惯量系列和大惯量H系列的直流伺服电动机及相应的驱系列的直流伺服电动机及相应的驱动装置。中、小惯量伺服电动机采用动装置。中、小惯量伺服电动机采用PWM速度控制单元，速度控制单元，大惯量伺服电机是晶闸管速度控制单元。驱动装置具有多种大惯量伺服电机是晶闸管速度控制单元。驱动装置具有多种保护功能，如过速、过电流、过电压和过载等。保护功能，如过速、过电流、过电压和过载等。下一页 返回8.3 进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服系统故障诊断与维修2 SIEMENS进给驱动系统进给驱动系统 SIEMENS公司在公司在20世纪世纪70年代生产年代生产1HU系列永磁式系列永磁式
45、直流伺服电动机，配套的速度控制单元有直流伺服电动机，配套的速度控制单元有6RA20和和6RA26系列，前者采用晶体管系列，前者采用晶体管PWM控制；后者采用晶闸管控制用控制；后者采用晶闸管控制用于大功率驱动。进给伺服驱动系统除了各种保护功能外，还于大功率驱动。进给伺服驱动系统除了各种保护功能外，还具有具有I2t热效应监控等功能。热效应监控等功能。下一页上一页返回8.3 进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服系统故障诊断与维修 1983年推出交流驱动系统，由年推出交流驱动系统，由6SC610系列进给驱动装系列进给驱动装置和置和6SC61lA（SIMODRIVE 611A）系列进给驱动模）系列进给驱动
46、模块、块、1FT5和和1FT6系列永磁式交流同步电动机组成。驱动采系列永磁式交流同步电动机组成。驱动采用晶体管用晶体管PWM控制技术。另外，控制技术。另外，SIEMENS公司还有用于公司还有用于数 字 伺 服 系 统 的数 字 伺 服 系 统 的 S I M O D R I V E 6 1 1 D、SIMODRIVE611U系列进给驱动模块。系列进给驱动模块。下一页上一页返回8.3 进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服系统故障诊断与维修3 MITSUBISHI进给驱动系统进给驱动系统 MITSUBISHI公司有公司有HD系列永磁式直流伺服电动机，系列永磁式直流伺服电动机，配套的配套的6R系列伺服
47、驱动单元，采用晶体管系列伺服驱动单元，采用晶体管PWM控制术，具控制术，具有过载、过电流、过电压和过速保护，带有电流监控等功能。有过载、过电流、过电压和过速保护，带有电流监控等功能。下一页上一页返回8.3 进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服系统故障诊断与维修 交流驱动单元有交流驱动单元有MR-J2S系列，该系列采用高分辨率编码系列，该系列采用高分辨率编码器，能够适应多种系列伺服电动机需求。该驱动单元具有优器，能够适应多种系列伺服电动机需求。该驱动单元具有优异的自动调谐性能，高适应性的防振控制，能够进行包含机异的自动调谐性能，高适应性的防振控制，能够进行包含机械性能在内的最佳状态调整功能。械性能
48、在内的最佳状态调整功能。MR-E系列操作简单，具系列操作简单，具有高响应性、高精度定位、能自动调谐实现增益设置。交流有高响应性、高精度定位、能自动调谐实现增益设置。交流伺服电动机有伺服电动机有HC系列。另外，系列。另外，MITSUBISHI公司还有数公司还有数字伺服系统字伺服系统MDS-SVJ2系列交流驱动单元。系列交流驱动单元。下一页上一页返回8.3 进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服系统故障诊断与维修 4 步进驱动系统步进驱动系统 在步进电动机驱动的开环控制系统中，典型的产品比较在步进电动机驱动的开环控制系统中，典型的产品比较多，例如，上海开通多，例如，上海开通KT400数控系统及数控系统
49、及KT300步进驱动装步进驱动装置，置，SIEMENS 802S数控系统配数控系统配STEPDRIVE步进驱动步进驱动装置级装置级IMP5五相步进电动机等。另外，在特种加工和电加五相步进电动机等。另外，在特种加工和电加工领域应用也较广泛，在我国快走丝线切割机床中，很多采工领域应用也较广泛，在我国快走丝线切割机床中，很多采用步进驱动系统。用步进驱动系统。下一页上一页返回8.3 进给伺服系统故障诊断与维修进给伺服系统故障诊断与维修8.3.2 进给伺服系统的结构形式进给伺服系统的结构形式 1 转速反馈信号与位置反馈信号处理分离，驱动装置与数控转速反馈信号与位置反馈信号处理分离，驱动装置与数控系统配接
50、，这种方式驱动装置与数控系统具有通用性。系统配接，这种方式驱动装置与数控系统具有通用性。2 伺服电动机上的编码器既作为转速检测，又作为位置检测，伺服电动机上的编码器既作为转速检测，又作为位置检测，位置处理和速度处理均在数控系统中完成。位置处理和速度处理均在数控系统中完成。3 伺服电动机上的编码器同样作为速度和位置检测，检测信伺服电动机上的编码器同样作为速度和位置检测，检测信号经伺服驱动单元一方面作为速度控制，另一方面输出至数号经伺服驱动单元一方面作为速度控制，另一方面输出至数控系统进行位置控制，驱动装置具有通用性。控系统进行位置控制，驱动装置具有通用性。在上述在上述3种控制方式中，共同的特点是
