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1、第三章进给驱动系统的故障诊断与维修3.1 3.1 对伺服进给系统的要求对伺服进给系统的要求1.调速范围宽2.定位精度高3.有足够的传动刚性和高的速度稳定性4.快速响应，无超调为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。5.低速大转矩，过载能力强 一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载46倍而不损坏。6.可靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振
2、动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。7.对电机的要求 1）从最低速到最高速电机都能平稳运转r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载46倍而不损坏。3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。4）电机应能承受频繁启、制动和反转。3.2 3.2 数控机床进给驱动系统的基本形式数控机床进给驱动系统的基本形式 数控机床所采用的伺服进给系统按控制系统的结构可以分为开环控制、闭环控制、半闭环控制以及混合控制4种。无位置反馈装置的伺服进给系统称
3、为开环控制系统。使用步进电机（包括电液脉冲马达）作为伺服执行元件，是其最明显的特点。在开环控制系统中，数控装置输出的脉冲，经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理，在驱动电路中进行功率放大后控制步进电机，最终控制了步进电机的角位移。步进电机再经过减速装置（或直接连接）带动了丝杠旋转，通过丝杠将角位移转移。因此，控制步进电机的转角与转速，就可以间接控制移动部件的移动速度与位移量。如图3-1为开环控制驱动系统的结构原理图。图3-1开环控制伺服驱动系统的结构原理图为半闭环控制系统的结构原理图。图3-2半闭环控制系统结构原理图图3-3全闭环控制系统结构原理图采用开环控制系统的数控机床结构简单，制
4、造成本低，但是由于系统对移动部件的实际位移量不进行检测，因此无法通过反馈自动进行误差检测和校正。步进电机的步距角误差、齿轮与丝杠等部件的传动误差,最终都将影响被加工零件的精度；特别是在负载转矩超过电动机输出转矩时，将导致步进电机的“失步”，使加工无法进行。因此，开环控制仅适用于加工精度要求不高，负载较轻且变化不大的简易、经济型数控机床上。采用半闭环控制系统的数控机床，电气控制与机械传动间有明显的分界，因此调试维修与故障诊断较方便且机械部分的间隙摩擦死区刚度等非线性环节都在闭环以外，因此系统的稳定性较好。伺服电机和光电编码器通常做成一体，电动机和丝杠间可以直接联接或通过减速装置联接；位置检测单位
5、和实际最小移动单位间的匹配，可以通过数控系统的参数（电子齿轮比）进行设置。它具有传动系统简单、结构紧凑、制造成本低、性能价格比高等特点，从而在数控机床上得到广泛应用。如图3-2为半闭环控制系统的结构原理图。采用闭环控制系统的数控机床的特点是：机床移动部件上直接安装有直线位移检测装置，检测装置检测最终位移输出量。实际位移值被反馈到数控装置或伺服驱动中，它可以直接与输入的指令位移值进行比较，用误差进行控制，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上说，对于这样的闭环系统，其运动精度仅取决于检测装置的检测精度，它与机械传动的误差无关，显然，其精度将高于半闭环系统。而且它可以对传动系统的间隙、磨损自动
6、补偿，其精度保持性要比半闭环系统好得多。图3-3为全闭环控制系统的结构原理图。由于闭环控制系统的工作特点，它对机械结构以及传动系统的要求比半闭环更高，传动系统的刚度、间隙、导轨的爬行等各种非线性因素将直接影响系统的稳定性，严重时甚至产生振荡。解决以上问题的最佳途径是采用直线电动机作为驱动系统的执行器件。采用直线电动机驱动，可以完全取消传动系统中将旋转运动变为直线运动的环节，大大简化机械传动系统的结构，实现了所谓的“零传动”。它从根本上消除了传动环节对精度、刚度、快速性、稳定性的影响，故可以获得比传统进给驱动系统更高的定位精度、快进速度和加速度。从原理上说，数控机床的伺服系统应包括从位置指令脉冲
7、给定到实际位置输出的全部环节，即包括位置控制、速度控制、驱动电动机、检测元器件等部分。但在很多系统中，为了制造方便，通常将伺服系统的位置控制部分与CNC装置制成一体，所以，人们平时习惯上所说的机床伺服进给系统，一般是指伺服进给系统的速度控制单元、伺服电动机、检测元器件部分，而不包括位置控制部分。3.3.1、步进电机的工作原理 步进电机是一种能将数字脉冲以轴步进一个步距角增量，因此，步进电机能很方便地将电脉冲转换为角位移，具有较好的定位精度，无漂移和无积累定位误差的优点，能跟踪一定频率范围的脉冲列，可作同步电动机使用，广泛地应用于各种小型自动化设备及仪器。3.3 3.3 步进驱动系统步进驱动系统
8、3.3.2 3.3.2 步进电机的分类：步进电机的分类：按转矩产生的原理可分为:1.反应式步进电机;2.永磁式步进电机;3.混合式步进电机；可变磁阻式步进电机又称为反应式步进电机，工作原理是由改变电动机的定子和转子的软钢齿之间的电磁引力来改变定子和转子的相对位置，这种电动机结构简单、步距角小。永磁式步进电机的转子铁心上装有多条永久磁铁，转子的转动与定位是由定、转子之间的电磁引力与磁铁磁力共同作用的。与反应式步进电机相比，相同体积的永磁式步进电动机转矩大，步距角也大。混合式步进电机结合了反应式步进电机和永磁式步进电机的优点，采用永久磁铁提高电动机的转矩，采用细密的极齿来减小步距角，是目前数控机床
9、上应用最多的步进电动机。从控制绕组数量上可分为:1.二相步进电机。2.三相步进电机。3.四相步进电机。4.五相步进电机。5.六相步进电机。从运动的型式上可分为：1.旋转步进电机。2.直线步进电机。3.平面步进电机。（一）.驱动电路：(a)(b)(c)VDCVDCVDC步进电机绕组的驱动电路，单极性电流一般采用下图双管串联电路,双极性电流一般采用下图的H桥电路;对于三相混合式步进电机则采用三相逆变桥电路,3.3.3 3.3.3 步进电机的驱动电路、控制方式及接线图（二）步进电动机绕组电流控制电路（三）（三）.步进电机的接线图步进电机的接线图（一）步距角和步距误差：转子每步转过的空间机械角度，即步
10、距角为 =360/Z*N其中 Z-转子齿数，N-运行拍数。步进电机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角存在有步距误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回至上一转的稳定位置，因此步进电机步距的误差不会长期积累。步进电机步距的积累误差，是指一转范围内步距积累误差的最大值，步距误差和积累误差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影响步距误差和积累误差的主要因素有:齿与磁极的分度精度；铁心迭压及装配精度；各相矩角特性之间差别的大小；气隙的不均匀程度等。（四）（四）步进电机的主要特性：步进电机的主要特性：（二）静态矩角特性和最大静转矩特性：（二）静态矩角特性和最大静转矩特性：所谓静
11、态是指电机不改变通电状态，转子不动时的工作状态。空载时，步进电机某相通以直流电流时，该相对应的定、转子齿对齐，这时转子无转矩输出。如在电机轴上加一顺时针方向的负载转矩，步进电机转子则按顺时针方向转过一个小角度，称为失调角,这时转子电磁转矩T与负载转矩相等。矩角特性是描述步进电机稳态时，电磁转矩与失调角之间关系的曲线，或称为静转矩特性。T0步进电机矩角特性（三）启动惯频特性启动惯频特性 在负载转矩ML=0的条件下，步进电动机由静止状态突然启动，不丢步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，称为启动频率或突跳频率，超过此值就不能正常启动。启动频率与机械系统的转动惯量有关，包括步进电动机转子的转动惯
12、量，加上其它运动部件折算至步进电动机轴上的转动惯量。下图表示启动频率与负载转动惯量之间的关系。随着负载惯量的增加，起动频率下降。若同时存在负载转矩ML；则起动频率将进一步降低。在实际应用中，由于ML的存在，可采用的启动频率要比惯频特性还要低。（四）步进电机矩频特性：（四）步进电机矩频特性：矩频特性是用来描述步进电机连续稳定运行时输出转矩写连续运行频率之间的关系曲线。矩频特性曲线上每一频率所对应的转矩称为动态转矩。动态转矩除了和步进电机结构及材料有关外，还与步进电机绕组连接、驱动电路、驱动电压有密切的关系。下图是混合式步进电机连续运行时的典型的矩频特性曲线。1）驱动器无供电电压 2）驱动器保险丝
13、熔断 3）驱动器报警(过电压、欠电压、过电流、过热)4）驱动器与电机连线断线 5）系统参数设置不当 6）驱动器使能信号被封锁 7）接口信号线接触不良 8）驱动器电路故障 9）电机卡死或者出现故障 10）电动机生锈 11）指令脉冲太窄、频率过高、脉冲电平太低3.3.4 步进电机常见故障及分析：2.电机起动后堵转 1）指令频率太高 2）负载转矩太大 3）加速时间太短 4）负载惯量太大 5）电源电压降低 3.3.电机运转不均匀，有抖动电机运转不均匀，有抖动 1）指令脉冲不均匀 2）指令脉冲太窄 3）指令脉冲电平不正确 4）指令脉冲电平与驱动器不匹配 5）脉冲信号存在噪声 6）脉冲频率与机械发生共振
14、4.4.电机运转不规则，正反转地摇摆电机运转不规则，正反转地摇摆 1）指令脉冲频率与电机发生共振 2）外部干扰 5.5.电机定位不准电机定位不准 1）加减速时间太小 2）存在干扰噪声 3）系统屏蔽不良 6.电机过热：电机过热：1）工作环境过于恶劣，环境温度过高2）参数选择不当，如电流过大，超过相电流3）电压过高7.工作过程中停车：1）驱动电源故障2）电动机线圈匝间短路或接地3）绕组烧坏4）脉冲发生电路故障5）杂物卡住8.噪声大 1）电机运行在低频区或共振区 2）纯惯性负载、短程序、正反转频繁 3）磁路混合式或永磁式转子磁钢退磁后以单步运行或在失步区 4）永磁单向旋转步进电机的定向机构损坏9.失
15、步或者多步 1）负载过大，超过电动机的承载能力 2）负载忽大忽小 3）负载的转动惯量过大，启动时失步、停车时过冲 4）传动间隙大小不均 5）传动间隙产生的零件有弹性变形 6）电动机工作在震荡失步区 7）电路总清零使用不当 8）干扰 9）定、转子相檫 10.无力或者是出力降低无力或者是出力降低 1）驱动电源故障 2）电动机绕组内部发生错误 3）电动机绕组碰到机壳，发生相间短路或者 线头脱落 4）电动机轴断 5）电动机定子与转子之间的气隙过大 6）电源电压过低1）工作方式不对2）驱动电路故障3）遥控时，线路压降过大4）安装不正确，或电动机本身轴承、止口等故障使电动机不转 5）N、S极接错 6）长期
16、在潮湿场所存放，造成电动机部分生锈3.4 进给伺服驱动系统SIMODRIVE6IIU6IIU驱动器模块驱动器模块6IIUE驱动器模块驱动器模块适用于适用于SIMODRIVE 611 模拟型的模拟型的1FT5 交流伺服电机交流伺服电机说明说明1FT5 交流伺服电机交流伺服电机l 高动态性能减少了非生产性时间高动态性能减少了非生产性时间l 大量的应用证明了其耐用性大量的应用证明了其耐用性l 电源和信号的安装连接可以用于严重污染的环境电源和信号的安装连接可以用于严重污染的环境l 连线较少从而简化了复杂的安装连线较少从而简化了复杂的安装l 应用范围广应用范围广l 广泛的选择性诸如集成内置式的编码器齿轮
17、单元广泛的选择性诸如集成内置式的编码器齿轮单元制动机构等制动机构等 1FT5 交流伺服电机在整个速度设定范围内都能交流伺服电机在整个速度设定范围内都能确保恒定的连续扭矩和恒定的过载容量。确保恒定的连续扭矩和恒定的过载容量。在设计中，特别注重用户操作的友好性，极高的在设计中，特别注重用户操作的友好性，极高的可靠性和非常低的维护费用。可靠性和非常低的维护费用。1FT5 交流伺服电机主要是针对运行时不需要外交流伺服电机主要是针对运行时不需要外部冷却设备而设计的，热量会通过电机的外壳而传部冷却设备而设计的，热量会通过电机的外壳而传递出去。定子绕组和定子铁芯产生的热量可以直接递出去。定子绕组和定子铁芯产
18、生的热量可以直接通过高质量的热传导传到电机外壳。在这里，无刷、通过高质量的热传导传到电机外壳。在这里，无刷、永磁同步电机显示了它独特的优点。永磁同步电机显示了它独特的优点。应用应用:l 机床机床l 复杂的加工中心和自动车床复杂的加工中心和自动车床l 专用机床专用机床l 传送线传送线l 机器人和机械手机器人和机械手l 木工机床木工机床l 一般的自动化任务一般的自动化任务适用于适用于SIMODRIVE 611 的的1FT6 交流伺服电机交流伺服电机说明说明1FT6 交流伺服电机交流伺服电机l 较高的旋转精度较高的旋转精度(正弦电流注入正弦电流注入)工件表面质量工件表面质量l 高动态性能决定了较短的
19、非生产性时间高动态性能决定了较短的非生产性时间l 电源和信号连接可以用于严重污染的环境电源和信号连接可以用于严重污染的环境l 使用单一编码器系统从而简化了电缆电路使用单一编码器系统从而简化了电缆电路l 对侧向力有较高抵抗力对侧向力有较高抵抗力 1FT6 交流伺服电机是高紧凑型的永磁同步电机交流伺服电机是高紧凑型的永磁同步电机 可以使用可以使用SIMODRIVE 611 数字数字/通用变频系统控通用变频系统控制带集成式内置编码器的制带集成式内置编码器的1FT6 电机电机。可以使用可以使用IMODRIVE 611 模拟模拟/通用变频系统控制带旋转变压器通用变频系统控制带旋转变压器的的1FT6 电机
20、电机。SIMODRIVE 611 变频器的全数字控制系统和变频器的全数字控制系统和1FT6伺服电机的新型编码器技术可以满足动态性能速伺服电机的新型编码器技术可以满足动态性能速度设定范围旋转和位置精度方面的最高要求。度设定范围旋转和位置精度方面的最高要求。这种电机主要是针对运行时不需要外部冷却而这种电机主要是针对运行时不需要外部冷却而设计的，热量会通过电机的外壳而传递。定子绕组设计的，热量会通过电机的外壳而传递。定子绕组和定子铁芯产生的热量可以直接通过高质量的热量和定子铁芯产生的热量可以直接通过高质量的热量传导传到电机外壳。在这里，无刷、定场同步电机传导传到电机外壳。在这里，无刷、定场同步电机显
21、示了它独特的优点。显示了它独特的优点。应用应用 高性能机床高性能机床 对动态性能和精度有较高要求的生产机械对动态性能和精度有较高要求的生产机械适用于适用于SIMODRIVE 611 的的1FK6 交流伺服电机交流伺服电机1FK6 交流伺服电机交流伺服电机l 结构紧凑安装空间要求较小结构紧凑安装空间要求较小l 插头方向可以定向确定的安装方式为机床的结构插头方向可以定向确定的安装方式为机床的结构设计提供了灵活性设计提供了灵活性l 连线少安装简单连线少安装简单l 联轴结和法兰盘与联轴结和法兰盘与1FT6 电机兼容电机兼容 1FK6 交流伺服电机是永磁同步电机交流伺服电机是永磁同步电机 1FK6 电机
22、装备内置式光学编码器适用于电机装备内置式光学编码器适用于SIMODRIVE 611 数字数字/通用变频系统一起使用可以通用变频系统一起使用可以使用使用SIMODRIVE 611 模拟模拟/通用型变频系统控制带通用型变频系统控制带旋转变压器的旋转变压器的1FK6 电机。电机。这个电机主要是针对运行时不需要外部冷却而这个电机主要是针对运行时不需要外部冷却而设计的。热量会通过电机的外壳而传递。定子绕组设计的。热量会通过电机的外壳而传递。定子绕组和定子铁芯产生的热量直接传到电机外壳。在这里，和定子铁芯产生的热量直接传到电机外壳。在这里，无刷、永磁同步电机显示了它独特的优点无刷、永磁同步电机显示了它独特
23、的优点应用应用l 机床机床l 木工机床木工机床l 各种龙门结构的机械设备各种龙门结构的机械设备l 机器人和机械手机器人和机械手l 标准生产机械和专用机床标准生产机械和专用机床l 辅助轴辅助轴适用于适用于SIMODRIVE 611 的的FK7 交流伺服电机交流伺服电机说明说明1FK7 CT(紧凑型紧凑型)交流伺服电机交流伺服电机l 很高的功率密度因此空间要求较少很高的功率密度因此空间要求较少(体积比体积比1FK6 小小25%)与与1FK6 机械安装尺寸相互兼容机械安装尺寸相互兼容(轴法兰盘和连接器轴法兰盘和连接器)l 使用功率范围扩大使用功率范围扩大l1FK7 HD(高动态高动态)交流伺服电机交
24、流伺服电机l 转子转动惯量小因此动态响应很强转子转动惯量小因此动态响应很强 1FK7 交流伺服电机是高紧凑恒定磁场同步电机。交流伺服电机是高紧凑恒定磁场同步电机。它是在它是在1FK6 电机所获得经验基础上开发的系列。可电机所获得经验基础上开发的系列。可选配齿轮单元和编码器以及扩展的产品种类，这意味选配齿轮单元和编码器以及扩展的产品种类，这意味着着1FK7电机可以很好地适合各种应用。因而它也能电机可以很好地适合各种应用。因而它也能满足不断增长的机械生产工艺现状的要求。满足不断增长的机械生产工艺现状的要求。与与SIMODRIVE 611 变频系统一起。变频系统一起。1FK7 电机电机是一个具有良好
25、特性。功能强大的系统。可以根据应是一个具有良好特性。功能强大的系统。可以根据应用是进行速度控制还是位置控制来选择内置式的编码用是进行速度控制还是位置控制来选择内置式的编码器系统：器系统：旋转变压器内置安装在电机上时，旋转变压器内置安装在电机上时，1FK7 可以和可以和SIMODRIVE 611 模拟模拟/通用型一起使用，通过内置式通用型一起使用，通过内置式的增量式和绝对式编码器，它可以和的增量式和绝对式编码器，它可以和SIMODRIVE 611数字数字/通用型一起使用。通用型一起使用。这个电机是以不需要外部冷却而设计的，这个电机是以不需要外部冷却而设计的，热量可以通过电机外壳而传递。热量可以通
26、过电机外壳而传递。1FK7 电机具有电机具有很高的过载能力。很高的过载能力。应用：应用：l 机床机床l 机器人和机械手机器人和机械手l 木工玻璃陶瓷和石料加工木工玻璃陶瓷和石料加工l 包装塑料和纺织机械包装塑料和纺织机械l 辅助轴辅助轴 驱动保护电路开关电源FPGA显示、按键26LS32EPROMM26LS31光耦光耦光耦285 DSP(ADSP2181)X25163电平变换16C550AD7888IPMPMSM三相220V单相220V编码器输出信号输出输入脉冲接口RS232串行接口模拟接口编码器输入接口6PG+光耦3.4.1 3.4.1 进给伺服原理原理及接线图进给伺服原理原理及接线图伺服驱
27、动器一般硬件框图伺服驱动控制结构图伺服系统主回路的接线图松下伺服驱动器I/F速度控制接线图松下伺服驱动器I/F位置控制接线图松下伺服驱动器I/F转矩控制接线图三洋伺服系统与数控系统连接图松下伺服系统与数控系统连接图西门子伺服系统与数控系统连接图802D系统各部件的连接注意：注意：1.图中的图中的“个人计算机个人计算机”、“端子转换器端子转换器”、“扁扁平电缆平电缆”不属于西门子供货产品；不属于西门子供货产品；2.图中的图中的“24V 直流稳压电源直流稳压电源”、“RS232 隔离器隔离器”、“电子手轮电子手轮”、“机床控制面板机床控制面板”等为选件；等为选件；3.关于驱动器的详细连接，请参阅关
28、于驱动器的详细连接，请参阅2.3.节；节；4.关于关于PCU，PP72/48，机床控制面板的详细说明，机床控制面板的详细说明，请参阅请参阅2.4.2.节；节；5.供货的供货的611UE 均为双轴模块。其作为双轴或单轴均为双轴模块。其作为双轴或单轴使用，取决于使用，取决于611UE 插入的功率模块：如果功率插入的功率模块：如果功率模块是双轴，则该模块是双轴，则该611UE 按双轴使用；如果功率按双轴使用；如果功率模块是单轴，则该模块是单轴，则该611UE 按单轴使用。按单轴使用。802D驱动器的连接PLC应用程序的设计3.4.2 参数设置1.位置比例增益2.设定位置环调节器的比例增益。3.设置值
29、越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。4.参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。2.速度比例增益 设定速度调节器的比例增益。设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。3.速度积分时间常数设定速度调节器的积分时间常数。设置值越小，积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。3.4.3 进给伺服系统各类故障的反
30、映形进给伺服系统各类故障的反映形式式 机床进给伺服系统的故障按机床提供的报警形式大致可分为三类：1）CRT或操作面板上显示报警内容，它是利用软件 的诊断程序来实现。2）利用进给伺服驱动单元上的硬件（如发光二极管 或数码管指示，保险丝熔断等）显示报警驱动 单元的故障。3）进给运动不正常，但没有任何报警指示。3.4.3 进给伺服系统各类故障的反映形进给伺服系统各类故障的反映形式式 机床进给伺服系统的故障按机床提供的报警形式大致可分为三类：1）CRT或操作面板上显示报警内容，它是利用软件 的诊断程序来实现。2）利用进给伺服驱动单元上的硬件（如发光二极管 或数码管指示，保险丝熔断等）显示报警驱动 单元
31、的故障。3）进给运动不正常，但没有任何报警指示。1.1.进给伺服系统出错报警故障进给伺服系统出错报警故障这类故障的起因，大多是速度控制单元方面的故障引起的，或是主控制印制线路板与位置控制或伺服信号有关部分的故障。可根据报警所显示的内容去排除。3.4.4 进给伺服常见报警进给伺服常见报警 2.2.检检测测元元件件（测测速速发发电电机机、旋旋转转变变压压器器或或脉脉冲编码器等）冲编码器等）或检测信号方面引起的故障或检测信号方面引起的故障 例如：某数控机床显示“主轴编码器断线”。引起的原因有：电机动力线断线。如果伺服电源刚接通，尚未接到任何指令时，就发生这种报警，则由于断线而造成故障可能性最大。伺服
32、单元印制线路板上设定错误，如将检测元件脉冲编码器设定成了测速发电机等。没有速度反馈电压或时有时断，这可用显示其来测量速度反馈信号来判断，这类故障出检测元件本身存在故障外，多数是由于连接不良或接通不良引起的。由于光电隔离板或中间的某些电路板上劣质元器件所引起的。当有时开机运行相当长一段时间后，出现“主轴编码器断线”，这是，重新开机，可能会自动消除故障。3.3.过热报警故障过热报警故障这里所述的过热是指伺服单元、变压器及伺服电机等的过热。引起过热报警的原因有：1）机床切削条件苛刻及机床摩擦力矩过大，引起主回路中的过热继电器动作。2）切削时，伺服电机电流太大或变压器本身故障，引起伺服变压器热控开关动
33、作。3）伺服电机电耦内部短路或绝缘不良、电机永久磁钢去磁或脱落及电机制动器不良，引起电机的热控开关动作。4）驱动器参数增益不当或驱动器与电机参数匹配不当。例如：某直流伺服电机过热报警，可能原因有：过负荷。可以通过测量电机电流是否超过额定值来判断。电机线圈绝缘不良。可用500V绝缘电阻表检查电枢线圈与机壳之间的绝缘电阻。如果在1M以上，表示绝缘正常，否则应清理换向器表面的炭刷粉末等。电机线圈内部短路。可卸下电机，测电机空载电流，如果此电流与转速成正比变化，则可判断为电机线圈内部短路。应清扫换向器表面，如表面上有油更易引起此故障。电机磁铁退磁。可通过快速旋转电机时，测定电机电枢电压是否正常。如电压
34、低且发热，则说明电机已退磁。应重新充磁。制动器失灵。当电机带有制动器时，如电机过热则应检查制动器动作是否灵活。CNC装置的有关印制线路板不良。4.4.电机过载电机过载 i）机床负荷异常，引起电机电流超过额定值。这可以用检查电动机电流来判断。此时需要变更切削条件，减轻机床负荷。ii）印制电路板设定错误。亦即应确定电动机过载的设定是否正确。iii）印制线路板不良。iv）对于交流伺服来说，没有脉冲编码器反馈信号也会引起电机过载报警。v）起动扭矩超过最大扭矩或者负载有冲击现象；电机振动或抖动。vi）电机或编码器配线异常（配线不良或连接不良）。vii)编码器有故障（反馈脉冲与电动机转角不成比例变化，而有
35、跳跃）5.5.伺服单元过电流报警伺服单元过电流报警 i）伺服驱动器的电路板与热开关连接不良。ii）U、V、W与地线连接错误，或它们之间存在短路。iii）伺服驱动器故障（电流反馈电路、功率晶体管或者电路板故障)。iv）因负载转动惯量大并且高速旋转，动态制动器停止，制动电路故障。v）伺服驱动器的安装方法（方向、与其他部分的间隔）不适合。vi）负载是否过大，是否超出再生处理能力等。vii）伺服驱动器的风扇停止转动6.6.伺服单元过电压报警伺服单元过电压报警 i）负载转动惯量过大（再生能力不足）。ii）内部或外接的再生放电电路故障（包括接线断开或破损等）。iii）加减速时间过小，在降速过程中引起过电压
36、。iv）检查AC电源电压（是否有过大的变化）。7.7.伺服单元欠电压报警伺服单元欠电压报警 i）电源容量太小或AC电源电压过低。ii）伺服驱动器的保险丝熔断。iii）冲击电流限制电阻断线（电源电压是否异常，冲击电流限制电阻是否过载）。iv）伺服ON信号提前有效。v）电机主电路用电缆短路。vi）发生瞬时停电。vii）整流器件损坏或伺服驱动器故障。1）干扰。有时速度单元受外界的干扰影响，断路器自动断开。2）机床负荷异常。这可以用示波器检查机床在快速进给时的电动机电流是否超过额定值来判断机床负荷是否异常。3）速度控制单元内整流用二级管模块不好。4）印制电路板不好或印制板与速度控制单元之间的连接不好。
37、i）位置偏差设置错误。因此要认真检查参数的设定值。ii）超调。在数控系统中加/减速时间里，如果电动机没有流过加减速时必要的电流，从而使位置控制回路的误差增加。当用示波器观察速度控制单元的指令波形，应使超调量在5以下。为了消除本报警，可加大数控系统的加减速时间和加大速度控制单元的增益。iii）输入电源电压太低。iv）连接不良。如测速机信号线、电机动力线等的连接不良均会引起误差过大。v）数控系统的位置控制部分和速度控制部分的故障。vi）如果是直流伺服电动机，则电机的碳刷接触不良也会引起误差过大。10.10.漂移补偿量过大报警漂移补偿量过大报警i）连接不良。这里指的连接有两个方面。一是电动机动力线连
38、接不良，二是电动机和检测元件之间的连接不良。ii）CNC系统中有关漂移量补偿的参数设定错误引起的。iii）速度控制单元CNC装置的主板的位置控制部分有故障。3.4.5 进给伺服驱动系统常见故障及处理进给伺服驱动系统常见故障及处理 1）电机过载2）伺服变压器过热3）伺服变压器保护熔断器熔断4）输入电源电压太低5）伺服驱动器与CNC之间的信号电缆连接不良6）干扰7）参数设置不当（位置偏差值设定错误）8）伺服电机不良9）电机的动力线和反馈线连接故障10）速度控制单元故障以及系统主板的位置控制部分故障11）伺服参数设置不当或错误12)编码器不良13）连接不良引起14）机械传动系统引起2.2.工作过程中
39、，振动或爬行工作过程中，振动或爬行 1）电动机负载过重。2）机械传动系统不良。3）位置环增益过高。4）伺服电动机不良。5）外部干扰、接地、屏蔽不良等等。例1：一台配套某系统的加工中心，进给加工过程中，发现X轴有振动现象。分析与处理过程：加工过程中坐标轴出现振动、爬行现象与多种原因有关，故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系统的调整与设定不当等等。维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服电动机上。卸下X轴电动机，经检查发现6个电刷中有2个的弹簧已经烧断，造成了电枢电流不平衡，使电动机输出转矩不平衡。另外，发现电动机的轴承亦有损坏，故而引起Y轴的振动与过电流。更换电动机轴承与电刷后，机
40、床恢复正常。例2：配套某系统的加工中心，在长期使用后，手动操作Z轴时有振动和异常响声，并出现“移动过程中”Z轴误差过大”报警。利用手动转动机床Z轴，发现丝杠转动困难，丝杠的轴承发热。经仔细检查，发现Z轴导轨无润滑，造成Z轴摩擦阻力过大；重新修理Z轴润滑系统后，机床恢复正常。3.3.运动失控（飞车）运动失控（飞车）1）位置检测、速度检测信号是否为正反馈。2）电动机或位置编码器故障。3）主板、速度控制单元故障。机床定位精度或加工精度差可分为定位超调、单脉冲进给精度差、定位点精度不好、圆弧插补加工的圆度差等情况。1）加/减速时间设定过小。2）电动机与机床的连接部分刚性差或连接不牢固。3）机械传动系统
41、存在爬行或松动。4）伺服系统的增益不足。5）位置检测器件（编码器、光栅）不良。6）速度控制单元控制板不良。7）机床反向间隙大、定位精度差。8）位置环增益设定不当。9）各插补轴的检测增益设定不良。10）感应同步器或旋转变压器的接口板调整不良。11）丝杠间隙或传动系统间隙过大。5.5.超速超速 1）测速反馈连接错误，如：被接成正反馈或断线。2）在全闭环系统中，联轴器、电动机与工作台的连接不良，造成速度检测信号不正确或无速度检测信号。3）位置控制板发生故障，是来自F/V转速的速度反馈信号为输入到速度控制单元。4）速度控制单元设定不当。5）系统参数（最高运行速度）设置过低。1）测速信号不稳定，如测速装
42、置故障、测速反馈信号干扰等。2）速度控制信号不稳定或受到干扰。3）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，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。1）进给传动链的润滑状态不良。2）伺服系统增益设置过低。3）外加负载过大。4）连轴器有裂纹或松动。1）检查数控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CRT观察I/O状态，分析机床 PLC梯形图（或流程图），以确定进给轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足。3）对带电磁制动的伺服电动机，应检查电磁制动是否释放。4）进给驱动单元故障。5）伺服电动机故障。1）回参考点减速开关产生的信号或零位脉
43、冲信号失效。2）脉冲编码器零标志位或光栅尺零标志位有故障。3）参考点开关档块位置设置不当。10.10.开机后电动机产生尖叫（高频振荡）开机后电动机产生尖叫（高频振荡）往往是CNC中与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的。1）机械传动系统的安装、连接与精度不良。2）伺服进给系统的设定与调整不当。3）干扰。4）弹性连轴器未能锁紧。12.12.伺服电动机开机后即自动旋转伺服电动机开机后即自动旋转1）位置反馈的极性错误。2）由于外力使坐标轴产生了位置偏移。3）驱动器、测速发电机、伺服电动机或系统位 置测量回路不良。13.13.定位超调（位置定位超调（位置“过冲过冲”现象）现象）1）加减速时间设定过小
44、 2）位置环比例增益设置过大 3）速度环比例增益设置过大 4）速度环积分时间设置过小3.4.6 交流伺服电机常见故障交流伺服电机常见故障 1.1.定子绕组断路或匝间短路。定子绕组断路或匝间短路。2.2.轴锁死、轴窜动、轴变形。轴锁死、轴窜动、轴变形。3.3.编码器故障。编码器故障。4.4.电机转子退磁。电机转子退磁。5.5.制动器故障。制动器故障。6.6.进油、进水、锈蚀。进油、进水、锈蚀。3.4.7 3.4.7 进给伺服驱动系统日常维护进给伺服驱动系统日常维护（一）安装注意事项1）伺服单元应置于密封的强电柜内2）安装伺服单元时应考虑到容易维修检查和拆卸3）电机的安装要遵循下列原则:i）安装面
45、要平，有足够的刚性。ii）安装位置尽可能使检修作业容易进行。iii)出入电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。iv)电机应安装在灰尘少、湿度不高场所，环境温度应在40以下。v)电机应安装远离切削液和油的位置。（二）使用检查1）伺服系统启动前的检查i）检查伺服单元和电动机的信号线、动力线等 的连接是否正确，是否松动以及绝缘是否良好。ii)强电柜和电机是否可靠接地。iii)电机电刷的安装是否牢靠，电机安装螺栓是否完 全拧紧。2）使用时的检查 i)运行时电柜门要关闭 ii)检查速度指令值与电机转速是否一致 iii)电机有否发出异常声音和异常振动 iv)轴承温度是否有急剧上升的不正常现象 v)在电刷上是否有显著的火花发生痕迹 3）日常维护