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1、第第第第4 4章章章章 伺服系统的故障诊断及维修伺服系统的故障诊断及维修伺服系统的故障诊断及维修伺服系统的故障诊断及维修4.14.1伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统 数控机床的伺服系统是以直线运动或旋转运动作为控制数控机床的伺服系统是以直线运动或旋转运动作为控制对象的自动控制系统，习惯上又称为驱动系统。它接受来自对象的自动控制系统，习惯上又称为驱动系统。它接受来自数控装置的位移、速度指令，经变换、调节和放大后驱动执数控装置的位移、速度指令，经变换、调节和放大后驱动执行元件，转化为各进给轴及主轴的直线或旋转运动，是联系行元件，转化为各进给轴及主轴的直线或旋转运动，是联系数控装置数控装置(CNC)
2、CNC)和机床的中间环节，是数控机床的重要组成和机床的中间环节，是数控机床的重要组成部分。部分。4.1.14.1.1伺服系统工作原理伺服系统工作原理伺服系统工作原理伺服系统工作原理半闭环伺服系统半闭环伺服系统机械执行部件机械执行部件电机电机实际位实际位置反馈置反馈位置位置/速度检测与反速度检测与反馈馈+位置位置调节调节位置控制单元位置控制单元-CNCCNC插插补指补指令令速度控制单元速度控制单元速度速度调节调节+-实际速实际速度反馈度反馈电流电流调节调节转换转换驱动驱动电流反馈电流反馈+-如图所示是数控机床的半闭环伺服系统，反馈信号取自伺如图所示是数控机床的半闭环伺服系统，反馈信号取自伺服电机
3、，通过采样其旋转角度进行检测，而不是直接检测最终服电机，通过采样其旋转角度进行检测，而不是直接检测最终运动部件的实际位置运动部件的实际位置全闭环伺服系统全闭环伺服系统+位置位置调节调节位置控制单元位置控制单元-CNCCNC插插补指令补指令速度控制单元速度控制单元速度速度调节调节+-实际速实际速度反馈度反馈电流电流调节调节转换转换驱动驱动电流反馈电流反馈+-速度检测与反馈速度检测与反馈位置检测与反馈位置检测与反馈实际位实际位置反馈置反馈机械执行部件机械执行部件电机电机4.1.14.1.1伺服系统工作原理伺服系统工作原理伺服系统工作原理伺服系统工作原理 如图所示是数控机床的全闭环伺服系统，位置反馈
4、信号取自如图所示是数控机床的全闭环伺服系统，位置反馈信号取自最终运动部件，直接采样其直线位移信号进行检测。最终运动部件，直接采样其直线位移信号进行检测。1.1.检测信号的反馈形式检测信号的反馈形式检测信号的反馈形式检测信号的反馈形式（1 1 1 1）.转速、位置信号检测、处理分离转速、位置信号检测、处理分离转速、位置信号检测、处理分离转速、位置信号检测、处理分离（2 22 2）.转速、位置信号处理均由转速、位置信号处理均由转速、位置信号处理均由转速、位置信号处理均由CNCCNCCNCCNC完成完成完成完成（3 33 3）.转速、位置信号处理分离转速、位置信号处理分离转速、位置信号处理分离转速、
5、位置信号处理分离(4).(4).(4).(4).数字式伺服系统数字式伺服系统数字式伺服系统数字式伺服系统2.2.数控机床对伺服系统的要求数控机床对伺服系统的要求数控机床对伺服系统的要求数控机床对伺服系统的要求（1）精度高精度高（2）调速范围宽调速范围宽（3）快速响应快速响应（4）低速大转矩低速大转矩4.1.24.1.2常用检测反馈元件常用检测反馈元件常用检测反馈元件常用检测反馈元件 检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分。它检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分。它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号。检测系统的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号。检测系统的精度和数控机
6、床的加工精度紧密相关，高精度的数控机床的精度和数控机床的加工精度紧密相关，高精度的数控机床必须有高精度的检测元件作为保证。必须有高精度的检测元件作为保证。1.1.旋转变压器旋转变压器旋转变压器旋转变压器 旋转变压器是一种常用的角位移检测元件，由于它结构简旋转变压器是一种常用的角位移检测元件，由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此曾被广单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此曾被广泛应用在数控机床上。泛应用在数控机床上。1壳体壳体 2旋转变压器本体定子旋转变压器本体定子 3附加变压器定子附加变压器定子 4附加变压器原边线圈附加变压器原边线圈 5附加变压器转子线圈附加
7、变压器转子线圈 6附加变压器次边线圈附加变压器次边线圈 7旋转变压器本体转子旋转变压器本体转子 8转子轴转子轴无刷式旋转变压器无刷式旋转变压器 旋转变压器的输出为模拟量信号，精度不如数字量输出的旋转变压器的输出为模拟量信号，精度不如数字量输出的检测元件，但结构简单、坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、信号检测元件，但结构简单、坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、信号输出幅度大、成本低，适用于恶劣环境。输出幅度大、成本低，适用于恶劣环境。2.2.旋转编码器旋转编码器旋转编码器旋转编码器 旋转编码器是一种旋转式脉冲发生器，用于旋转编码器是一种旋转式脉冲发生器，用于角位移的测量，同时也作为速度检测装置角位移的测量，
8、同时也作为速度检测装置 旋转编码器旋转编码器光电式旋转编码器的结构示意图光电式旋转编码器的结构示意图 增量式旋转编码器的结构如图所示。在一个圆盘的圆周上刻有增量式旋转编码器的结构如图所示。在一个圆盘的圆周上刻有相等间距的线纹，称为圆光栅。圆光栅和工作轴一起旋转。与圆光相等间距的线纹，称为圆光栅。圆光栅和工作轴一起旋转。与圆光栅相对的，平行放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅。上面制栅相对的，平行放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅。上面制有相差有相差1/4节距的两个狭缝，称为辨向狭缝。此外，还有一个零位狭节距的两个狭缝，称为辨向狭缝。此外，还有一个零位狭缝（一转发出一个脉冲）。缝（一转发出一个
9、脉冲）。光电式旋转编码器的输出波形光电式旋转编码器的输出波形 如图所示如图所示，A和和B信号的相位相差信号的相位相差90，经放大整形，经放大整形后成为方波形信号。通过判断后成为方波形信号。通过判断A A、B B两相信号的相位，两相信号的相位，可以确定电机的旋转方向，通过对脉冲计数，可以知可以确定电机的旋转方向，通过对脉冲计数，可以知道电机转过的角度。道电机转过的角度。格雷码盘格雷码盘二进制编码盘二进制编码盘 绝对式旋转编码器是一种直接编码、直接测量的检测绝对式旋转编码器是一种直接编码、直接测量的检测装置，它能指示绝对位置，没有累积误差。装置，它能指示绝对位置，没有累积误差。二进制码盘的计数图案
10、的改变按二进制规律变化。格二进制码盘的计数图案的改变按二进制规律变化。格雷码的计数图案的切换每次只改变一位，误差可以控制在雷码的计数图案的切换每次只改变一位，误差可以控制在一个单位内。一个单位内。型号型号分辨率分辨率(ppr)绝对/增增量量型号型号分分 辨辨 率率(ppr)绝对/增量增量iA16000 16 000 000绝对iA 6465536(216)绝对iA10001 000 000绝对iM4096主轴用编码器（不带一转信号）iI10001 000 000增量iMZ4096主轴用编码器（带一转信号）iA 128131 072(217)绝对iBZ360000内装主轴用编码器（带一转信号）i
11、CZ3600000高精度轮廓控制用编码器（带一转信号）FANUC控制用编码器控制用编码器型号中字母型号中字母“A”表示绝对值编码器，字母表示绝对值编码器，字母“I”的为增量式编的为增量式编码器码器。FANUC编码器并没有输出常见的编码器并没有输出常见的A、B、Z、并行六脉冲信并行六脉冲信号，只有两根信号线号，只有两根信号线RD、*RD，这是串行输出，编码器和伺这是串行输出，编码器和伺服驱动装置之间有专门的通讯协议，为串行编码器。服驱动装置之间有专门的通讯协议，为串行编码器。由于编码器是光电元件，在使用过程中要注由于编码器是光电元件，在使用过程中要注由于编码器是光电元件，在使用过程中要注由于编码
12、器是光电元件，在使用过程中要注意以下几点：意以下几点：意以下几点：意以下几点：1)编码器安装后的径向跳动要小于编码器安装后的径向跳动要小于0.1mm；2)编码器安装环境不能有强烈的振动，避免敲击；编码器安装环境不能有强烈的振动，避免敲击；3)编码器不能承受过大的径向力；编码器不能承受过大的径向力；4)编码器安装环境不能有严重的粉尘、油雾污染编码器安装环境不能有严重的粉尘、油雾污染。3.3.光栅尺光栅尺光栅尺光栅尺海德汉公司的封闭式直线光栅尺海德汉公司的封闭式直线光栅尺 光栅尺是高精度的直线位移测量元件，在高精度的数光栅尺是高精度的直线位移测量元件，在高精度的数控机床上，常使用光栅尺作为位置检测
13、装置。控机床上，常使用光栅尺作为位置检测装置。海德汉封闭式直线光栅尺结构示意图海德汉封闭式直线光栅尺结构示意图海德汉封闭式直线光栅尺结构示意图海德汉封闭式直线光栅尺结构示意图 光栅尺由标尺光栅和扫描单元两部分组成，铝制外壳光栅尺由标尺光栅和扫描单元两部分组成，铝制外壳可以保护光栅尺、扫描单元和轨道免受灰尘、切屑和切削可以保护光栅尺、扫描单元和轨道免受灰尘、切屑和切削液的影响。标尺光栅一般安装在机床的活动部件上，如工液的影响。标尺光栅一般安装在机床的活动部件上，如工作台。扫描单元安装在机床固定部件上。扫描光栅安装在作台。扫描单元安装在机床固定部件上。扫描光栅安装在扫描单元中。扫描单元中。扫描单元
14、的工作原理扫描单元的工作原理扫描单元的工作原理扫描单元的工作原理扫描单元的工作原理扫描单元的工作原理LED光源聚光镜扫描光栅光电池光栅尺I0 I180I1=I0I180未显示I90和I270扫描单元由光源、聚光镜、扫描光栅、光敏元件和驱动电路等组成扫描单元由光源、聚光镜、扫描光栅、光敏元件和驱动电路等组成 光栅在使用过程中要注意以下几点：光栅在使用过程中要注意以下几点：光栅在使用过程中要注意以下几点：光栅在使用过程中要注意以下几点：1)光栅尺在使用过程中，要避免受到灰尘、油液、光栅尺在使用过程中，要避免受到灰尘、油液、冷却液的污染，造成信号丢失，影响位置控制冷却液的污染，造成信号丢失，影响位置
15、控制精度。精度。2)光栅尺拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以光栅尺拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏。免引起光学元件的损坏。4.4.磁栅尺磁栅尺磁栅尺磁栅尺 磁栅又叫磁尺，是一种直线位移检测装置，它由磁性磁栅又叫磁尺，是一种直线位移检测装置，它由磁性标尺、拾磁磁头和检测电路组成。磁栅测量精度较高、安标尺、拾磁磁头和检测电路组成。磁栅测量精度较高、安装调整方便，对使用环境要求低，如对周围的电磁场的抗装调整方便，对使用环境要求低，如对周围的电磁场的抗干扰能力较强，在油污和粉尘较多的场合使用有较好的稳干扰能力较强，在油污和粉尘较多的场合使用有较好的稳定性，长度在定性，长度在2 2
16、米以上性价比优势愈加明显米以上性价比优势愈加明显 。5.5.激光尺激光尺激光尺激光尺 利用激光干涉的原理，但是比激光干涉仪更适合于利用激光干涉的原理，但是比激光干涉仪更适合于工业应用而不是标定。适用于半导体、工业应用而不是标定。适用于半导体、量规量规及机床等精及机床等精度要求高的场合。度要求高的场合。4.2FANUC4.2FANUC伺服驱动系统故障诊断及维修伺服驱动系统故障诊断及维修伺服驱动系统故障诊断及维修伺服驱动系统故障诊断及维修 目前，在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流目前，在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有模拟形式、数字形式和软件形式三种类型。伺服系统，有模拟形
17、式、数字形式和软件形式三种类型。常用的交流主轴驱动系统有变频驱动和伺服驱动，习常用的交流主轴驱动系统有变频驱动和伺服驱动，习惯上又称为变频主轴和伺服主轴。惯上又称为变频主轴和伺服主轴。4.2.1FANUC4.2.1FANUC伺服驱动系统伺服驱动系统伺服驱动系统伺服驱动系统1.分类分类 FANUCFANUC伺服驱动系统包括伺服放大器和伺服电机，不同伺服驱动系统包括伺服放大器和伺服电机，不同系列的伺服放大器产品有一体式和模块式两种形式。系列的伺服放大器产品有一体式和模块式两种形式。2FANUC2FANUC伺服驱动系统的连接伺服驱动系统的连接伺服驱动系统的连接伺服驱动系统的连接FANUCiFANUC
18、i系列伺服放大器各模块之间的连接系列伺服放大器各模块之间的连接FANUCiFANUCi系列伺服放大器各模块之间的连接示意图系列伺服放大器各模块之间的连接示意图电源模块PSM主轴放大器模块SPM伺服放大器模块SVM 2轴型伺服放大器模块SVM 1轴型绝对式编码器电池绝对式编码器电池至CNC COP10A至光栅接口板伺服电机伺服电机编码器主轴电机风扇电机至CNCJA7A电抗器接触器MCC断路器1断路器2电源断路器3MCC电源急停至CNC控制电源1 1 1）.FANUCi.FANUCi.FANUCi系列伺服放大器电源模块（系列伺服放大器电源模块（系列伺服放大器电源模块（系列伺服放大器电源模块（系列伺
19、服放大器电源模块（系列伺服放大器电源模块（PSMPSMPSM）端子及接口）端子及接口）端子及接口）端子及接口）端子及接口）端子及接口STATUS（1位位7段段LED）：电源模块状态显示。）：电源模块状态显示。“”：电源模块未起动就绪。：电源模块未起动就绪。“O”：电源模块起动就绪。：电源模块起动就绪。“#”：电源模块报警代码：电源模块报警代码。CX1A：交流：交流200V电压输入电压输入/输出端子。输出端子。CXA2A：模块信息信号、：模块信息信号、+24V-OV及系统急停信号。及系统急停信号。与伺服模块与伺服模块CXA2B连接连接。CX3：主电源：主电源MCC控制信号的连接器控制信号的连接器
20、。CX4：ESP急停信号连接器急停信号连接器。L1、L2、L3：电源模块电源输入端子（有标准型：电源模块电源输入端子（有标准型AC200V和高压型和高压型AC400V）。2 2 2）.FANUCi.FANUCi.FANUCi系列伺服放大器主轴模块系列伺服放大器主轴模块系列伺服放大器主轴模块系列伺服放大器主轴模块系列伺服放大器主轴模块系列伺服放大器主轴模块(SPM)(SPM)(SPM)端子及接口端子及接口端子及接口端子及接口端子及接口端子及接口TBl：直流电源输入端。该接口与电源模块直流电源输出端、伺服模块的直直流电源输入端。该接口与电源模块直流电源输出端、伺服模块的直流输入端连接。流输入端连接
21、。STATUS：用于表示主轴模块所处的状态，出现异常时，显示相关的报警代：用于表示主轴模块所处的状态，出现异常时，显示相关的报警代码。码。CXA2B：直流：直流24V输入接口。一般该接口与电源模块的输入接口。一般该接口与电源模块的CXA2A连接，接收连接，接收急停信号。急停信号。CXA2A：直流：直流24V输出接口。一般该接口与下一伺服模块地输出接口。一般该接口与下一伺服模块地CXA2B连接，连接，输出急停信号。输出急停信号。直流回路连接充电状态直流回路连接充电状态LED：在该指示灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行在该指示灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行各种操作，否则有触电危险。各种操作，否则有
22、触电危险。JX1A：模块连接接口。该接口一般与电源的：模块连接接口。该接口一般与电源的JX1B连接，作通信用。连接，作通信用。JA7B：通信串行输入连接接口。该接口与控制单元的：通信串行输入连接接口。该接口与控制单元的JA7A(SPDL1)接口接口相连。相连。JA7A：通信串行输出连接接口。该接口与下一主轴：通信串行输出连接接口。该接口与下一主轴(如果有的话如果有的话)的的JA7B接接口连接。口连接。JYA2：脉冲发生器，内置探头和电机：脉冲发生器，内置探头和电机CS轴探头连接接口。轴探头连接接口。JYA3：主轴位置编码器接口。：主轴位置编码器接口。3 3 3）.FANUCi.FANUCi.F
23、ANUCi系列伺服放大器伺服模块系列伺服放大器伺服模块系列伺服放大器伺服模块系列伺服放大器伺服模块系列伺服放大器伺服模块系列伺服放大器伺服模块(SVM)(SVM)(SVM)端子及接口端子及接口端子及接口端子及接口端子及接口端子及接口BATTERY：伺服电动机绝对编码器的电池盒（伺服电动机绝对编码器的电池盒（DC6V）。）。STATUS：伺服模块状态指示窗口。：伺服模块状态指示窗口。CX5X：绝对式编码器电池接口。：绝对式编码器电池接口。C0P10A：伺服高速串行总线（伺服高速串行总线（HSSB）输出接口。与下）输出接口。与下一个伺服单元的一个伺服单元的C0P10B连接（光缆）。连接（光缆）。C
24、0P10B：伺服高速串行总线（伺服高速串行总线（HSSB）输入接口。与）输入接口。与CNC系统的系统的C0P10A连接（光缆）。连接（光缆）。JX5：伺服检测板信号接口。伺服检测板信号接口。JF1、JF2：伺服电动机编码器信号接口。伺服电动机编码器信号接口。CZ2L、CZ2M：伺服电动机动力线连接插口。：伺服电动机动力线连接插口。适用与适用与FANUC 0i MateFANUC 0i Mate系统的系统的ii伺服单元伺服单元(a)is(a)is系列单轴型伺服单元系列单轴型伺服单元 (b)iSVSP(b)iSVSP一体型伺服单元一体型伺服单元(SVSP)(SVSP)FANUCiFANUCi系列伺
25、服单元端子及接口系列伺服单元端子及接口系列伺服单元端子及接口系列伺服单元端子及接口is系列单轴型伺服单元的连接系列单轴型伺服单元的连接iSVSP一体型伺服单元的连接一体型伺服单元的连接33主轴准停功能主轴准停功能主轴准停功能主轴准停功能主轴准停又称为主轴定向，是指主轴周向的准主轴准停又称为主轴定向，是指主轴周向的准确定位功能。主轴准停功能的作用主要有确定位功能。主轴准停功能的作用主要有:1)自动换刀的数控铣镗类机床自动换刀的数控铣镗类机床,为保证自动换刀时主轴停止在为保证自动换刀时主轴停止在某一固定的位置上（刀柄上的键槽必须与主轴的凸键对准）某一固定的位置上（刀柄上的键槽必须与主轴的凸键对准）
26、；2)在精镗时为不使刀尖划伤已加工的表面在精镗时为不使刀尖划伤已加工的表面,退刀时要让刀尖在退刀时要让刀尖在固定位置退出加工表面一个微小量。固定位置退出加工表面一个微小量。1)通过主轴外接编码器实现主轴准停控制。主轴电机与主通过主轴外接编码器实现主轴准停控制。主轴电机与主轴之间可以采用任意传动比，主轴具有刚性攻丝功能。轴之间可以采用任意传动比，主轴具有刚性攻丝功能。主轴定向是对主轴位置的简单控制主轴定向是对主轴位置的简单控制,可以选用以下几种可以选用以下几种元件作为位置信号元件作为位置信号:SPMJYA2JYA3主轴电机主轴电机主轴电机内装主轴电机内装Mi或或Mzi编码器编码器主轴主轴直连或采
27、用直连或采用1 1：1 1传动的齿轮、齿形带连接传动的齿轮、齿形带连接任意传动比任意传动比位置编码器位置编码器用主轴外接编码器实现准停用主轴外接编码器实现准停2）通过主轴电机内装编码器实现主轴准停控制，主轴电动通过主轴电机内装编码器实现主轴准停控制，主轴电动机与主轴必须直连或采用机与主轴必须直连或采用1：1传动比的齿轮、齿形带连接。传动比的齿轮、齿形带连接。主轴电机内装主轴电机内装Mzi编码器编码器主轴主轴主轴电机主轴电机JYA2SPM直连或采用直连或采用1 1：1 1传动的齿轮、齿形带连接传动的齿轮、齿形带连接用主轴电机内装编码器实现准停用主轴电机内装编码器实现准停3）通过外装主轴一转信号（
28、接近开关）和电机内装传感器实现通过外装主轴一转信号（接近开关）和电机内装传感器实现主轴准停控制主轴准停控制,主轴电机与主轴之间可以采用任意传动比。主轴电机与主轴之间可以采用任意传动比。JYA3SPMJYA2外外部部一一转转信信号号（接近开关）（接近开关）任意传动比任意传动比主轴主轴主轴电机主轴电机主轴电机内装主轴电机内装Mi或或MZi编码器编码器用外部一转信号和主轴电机内装编码器实现准停用外部一转信号和主轴电机内装编码器实现准停 准停指令准停指令M19M19经经CNCCNC译码后，经译码后，经PLCPLC的的DECBDECB指令分配到指令分配到R0002.3R0002.3，如图如图所示。所示。
29、F45.1F45.1是主轴停止的检测信号，当主轴实际速度小于参数是主轴停止的检测信号，当主轴实际速度小于参数40244024的设的设定值时，该位为定值时，该位为“1”“1”，G70.6G70.6为为“1”“1”，向，向CNCCNC发出定向指令信号。如果发出定向指令信号。如果主轴手动控制准停有效，而自动主轴手动控制准停有效，而自动(M19)M19)无效时，可以通过系统梯形图，查无效时，可以通过系统梯形图，查看主轴准停信号看主轴准停信号G70.6G70.6为为1 1及及M19M19执行的条件是否满足。执行的条件是否满足。4FANUC4FANUC伺服有关参数的设置伺服有关参数的设置伺服有关参数的设置
30、伺服有关参数的设置1).伺服初始化的准备伺服初始化的准备首先确认以下基本数据，以便进行初始化工作。首先确认以下基本数据，以便进行初始化工作。i.数控系统的型号数控系统的型号。ii.伺服电动机的型号、规格、电机代码。伺服电动机的型号、规格、电机代码。iii.电动机内装的脉冲编码器的型号、规格。电动机内装的脉冲编码器的型号、规格。iv.伺服系统是否使用外部位置检测器件，如使用，需要伺服系统是否使用外部位置检测器件，如使用，需要确认其规格型号。确认其规格型号。v.电动机每转对应的工作台移动距离。电动机每转对应的工作台移动距离。vi.机床的检测单位及数控系统的指令单位。机床的检测单位及数控系统的指令单
31、位。2).伺服初始化的步骤伺服初始化的步骤选择选择MDI方式，按下功能键方式，按下功能键。按下软键。按下软键SETING显示设置数据画面，用光标键移动光标到显示设置数据画面，用光标键移动光标到PARAMETERWRITE。按软键按软键OPRT和和1:ON使参数写使参数写入开关置入开关置1，于是参数可以写入。此时，于是参数可以写入。此时，CNC出现报警出现报警P/SNo.100。OFFSET SETTING确认确认PRM31111的的0（SVS）=1,才可以显示伺服设才可以显示伺服设定画面。按功能键定画面。按功能键，再按扩展键，找到软键，再按扩展键，找到软键SV-PRM。按。按SV-PRM软键，
32、显示伺服设定画面。软键，显示伺服设定画面。SYSTEMi.初始设定位初始设定位ii.电机代码电机代码iii.AMR功能功能iv.CMR指令倍乘比指令倍乘比v.进给齿轮比进给齿轮比N/M电机型号机型号 2/5000i 2/5000i 4/3000i 4/3000i 8/3000i 8/3000i 12/300012/3000i i22/300022/3000i i30/300030/3000i i 40/300040/3000i i 电机代号机代号155(255)155(255)173(273)173(273)177(377)177(377)193(293)193(293)197(297)197
33、(297)203(303)203(303)207(307)207(307)例例3.1机床直线轴的分辨率为机床直线轴的分辨率为1m，电机和电机和丝杆的传动比为丝杆的传动比为1，计算进给齿轮比，计算进给齿轮比N/M。例例3.2对于机床的旋转轴，电机和旋转工作台之间对于机床的旋转轴，电机和旋转工作台之间的减速比为的减速比为1/10，工作台的分辨率为，工作台的分辨率为1/1000度度,计计算进给齿轮比算进给齿轮比N/M。电机每转一圈工作台旋转电机每转一圈工作台旋转360/10度，工作台度，工作台每旋转每旋转1度所需脉冲数为度所需脉冲数为1000，则电机一转所需，则电机一转所需脉冲数为脉冲数为36000
34、。所以，进给齿轮比所以，进给齿轮比N/M=36000/1000000=36/1000vi.移动方向移动方向vii.速度脉冲数、位置脉冲数速度脉冲数、位置脉冲数速度脉冲数、位置脉冲数的设定速度脉冲数、位置脉冲数的设定viii.参考计数器参考计数器3 3）.伺服伺服伺服伺服FSSBFSSB设定设定设定设定按功能键按功能键system。可以打开放大器设定画面和轴设定。可以打开放大器设定画面和轴设定设定画面。设定画面。FANUCFANUC伺服系统通过伺服系统通过FANUC FANUC 串行伺服总线串行伺服总线FSSBFSSB光缆（或光缆（或高速串行伺服总线高速串行伺服总线HSSBHSSB）与与CNCC
35、NC控制单元连接，需要设控制单元连接，需要设定参数定参数PRM1023、1905、19101919、1936、1937。伺服伺服FSSBFSSB的设定方法有手动设定和自动设定之分，由的设定方法有手动设定和自动设定之分，由PRM1902PRM1902的的0 0（FMDFMD）的值决定。的值决定。FMD=FMD=1：手动设定方式手动设定方式,上述参数需要手工设定；上述参数需要手工设定；FMD=FMD=0：自动设定方式。自动设定方式。伺服放大器设定画面伺服放大器设定画面伺服放大器设定画面伺服放大器设定画面 轴设定画面轴设定画面 在在FSSBFSSB自动设定时，伺服放大器必须通电，否则不自动设定时，伺
36、服放大器必须通电，否则不能正确设定，如果设置不正确，则会引起报警。能正确设定，如果设置不正确，则会引起报警。4 4）.伺服调整伺服调整伺服调整伺服调整 按功能键按功能键system，再按扩展键，按软键再按扩展键，按软键SV-PRM,找到软键找到软键SV-TUN。按按SV-TUN软键，软键，显示伺服调整画面。该画面中参数，对机床的性显示伺服调整画面。该画面中参数，对机床的性能有重要影响，必需仔细调整。能有重要影响，必需仔细调整。4.2.2FANUC4.2.2FANUC伺服系统故障诊断及维修伺服系统故障诊断及维修伺服系统故障诊断及维修伺服系统故障诊断及维修伺服驱动系统的故障表现形式有三种：伺服驱动
37、系统的故障表现形式有三种：1)在在LCD或操作面板上显示报警内容或报警信息；或操作面板上显示报警内容或报警信息；2)在驱动装置上用报警灯或数码管显示故障内容；在驱动装置上用报警灯或数码管显示故障内容；3)伺服驱动系统工作不正常但无任何报警信息。伺服驱动系统工作不正常但无任何报警信息。1.FANUC1.FANUC主轴伺服系统的故障诊断及维修主轴伺服系统的故障诊断及维修主轴伺服系统的故障诊断及维修主轴伺服系统的故障诊断及维修主轴伺服系统常见故障有：主轴伺服系统常见故障有：外界干扰外界干扰过载过载主轴定位抖动主轴定位抖动主轴转速与进给不匹配主轴转速与进给不匹配转速偏离指令值转速偏离指令值主轴异常噪声
38、及振动主轴异常噪声及振动主轴电动机不转主轴电动机不转例例3.3某台数控车床通电起动后出现某台数控车床通电起动后出现750报警，经报警，经多次断电通电起动都出现该报警。多次断电通电起动都出现该报警。故障分析：故障分析：CNC CNC 开机时，如果串行主轴放大器（开机时，如果串行主轴放大器（SPMSPM）没有达到正常的起动）没有达到正常的起动状态，发生此报警。此报警不是在状态，发生此报警。此报警不是在CNC CNC 系统（带有主轴放大器）正常系统（带有主轴放大器）正常起动后发生的。是在电源接通过程中发生故障时引发的。起动后发生的。是在电源接通过程中发生故障时引发的。可能的原因包括：可能的原因包括：
39、i.i.接触不良、接线不良、或电缆的连接错误；接触不良、接线不良、或电缆的连接错误；ii.ii.CNC CNC 开机时主轴放大器处于报警状态；开机时主轴放大器处于报警状态；iii.iii.参数设定错误；参数设定错误；iv.iv.CNC CNC 的印刷电路板故障；的印刷电路板故障；v.v.主轴放大器故障。主轴放大器故障。处理方法：处理方法：根据维修手册说明，首先检查光缆的连接和走向，尽量避免外部根据维修手册说明，首先检查光缆的连接和走向，尽量避免外部电磁干扰。经过重新插接后，再通电起动，未出现电磁干扰。经过重新插接后，再通电起动，未出现750750报警。报警。例例3.4某台数控车床主轴有转速，但
40、某台数控车床主轴有转速，但LCD速度无显示。速度无显示。故障分析：故障分析：LCDLCD上的速度显示是根据主轴编码器的反馈信号上的速度显示是根据主轴编码器的反馈信号计算并显示的。计算并显示的。可能的原因包括：可能的原因包括：iv.iv.主轴编码器损坏；主轴编码器损坏；v.v.主轴编码器电缆脱落或断线；主轴编码器电缆脱落或断线；vi.vi.系统参数设置不正确；系统参数设置不正确；vii.vii.编码器反馈接口不对或者没有选择主轴控制的有关功能。编码器反馈接口不对或者没有选择主轴控制的有关功能。处理方法：处理方法：由于该机床已正常使用一段时间，故重点针对前两由于该机床已正常使用一段时间，故重点针对
41、前两项可能的原因进行检查。经检查，是主轴编码器的接头项可能的原因进行检查。经检查，是主轴编码器的接头松脱所致松脱所致。例例3.6某台数控机床，使用主轴准停功能时（某台数控机床，使用主轴准停功能时（M19）停止的位置每次都不同。停止的位置每次都不同。故障原因分析：故障原因分析：如果准停过程中出现随机偏差，可能的原因有：主轴机如果准停过程中出现随机偏差，可能的原因有：主轴机械出现故障、主轴检测装置与机械连接不良、定向装置与系械出现故障、主轴检测装置与机械连接不良、定向装置与系统参数设定不一致、检测装置一转信号不良和主轴模块故障。统参数设定不一致、检测装置一转信号不良和主轴模块故障。处理方法：处理方
42、法：参照前面讲过的三种主轴准停方式，该机床采用输出为参照前面讲过的三种主轴准停方式，该机床采用输出为正弦波信号的主轴编码器作为反馈元件，即方式正弦波信号的主轴编码器作为反馈元件，即方式1 1。检查主。检查主轴编码器的电源线和信号线都没有断线的情况，检查机械及轴编码器的电源线和信号线都没有断线的情况，检查机械及连接正常，当用示波器检查编码器的输出信号波形时，发现连接正常，当用示波器检查编码器的输出信号波形时，发现A A通道波形不正常，有时周期相差很大，有时输出无波形。通道波形不正常，有时周期相差很大，有时输出无波形。经更换编码器后机床工作正常。经更换编码器后机床工作正常。例例3.7数控车床在进行
43、负荷试验的数控车床在进行负荷试验的“重切削试验重切削试验”时，时，发生负载过大，主轴停车现象。发生负载过大，主轴停车现象。分析与处理过程：分析与处理过程：实际上并非切削负载过大，而是主轴转速设定过低，实际上并非切削负载过大，而是主轴转速设定过低，主电机的相应转速远低于额定转速，电机运行在恒转矩区，主电机的相应转速远低于额定转速，电机运行在恒转矩区，但电机的输出功率远低于额定功率，当此输出功率远低于但电机的输出功率远低于额定功率，当此输出功率远低于切削所需功率时就会发生上述现象，在负载试验时必须使切削所需功率时就会发生上述现象，在负载试验时必须使主轴电机的转速尽可能接近额定转速，此时电机的输出转
44、主轴电机的转速尽可能接近额定转速，此时电机的输出转矩和输出功率都会接近其额定转矩和额定功率。矩和输出功率都会接近其额定转矩和额定功率。例例3.8主轴电机发热，特别是主轴电机的轴端明显温度过高，主轴电机发热，特别是主轴电机的轴端明显温度过高，主轴高速时出现过载报警，且主轴运动时主轴电机内有机主轴高速时出现过载报警，且主轴运动时主轴电机内有机械摩擦声音械摩擦声音。分析与处理过程：分析与处理过程：通常主轴电机与主轴之间通过齿型带连接，特别是为了伺通常主轴电机与主轴之间通过齿型带连接，特别是为了伺服主轴能够进行弹性攻丝或刚性攻丝，经常将齿型带的张紧力服主轴能够进行弹性攻丝或刚性攻丝，经常将齿型带的张紧
45、力调得很大，因而施加在轴端的径向力也大。伺服主轴电机对于调得很大，因而施加在轴端的径向力也大。伺服主轴电机对于施加在其轴端的径向力是有严格要求的，下图是某主轴电机允施加在其轴端的径向力是有严格要求的，下图是某主轴电机允许的轴端悬臂力。径向力越大，允许的电机轴承的使用寿命越许的轴端悬臂力。径向力越大，允许的电机轴承的使用寿命越短。由此可以看出，对于数控机床的使用范围一定不要超出机短。由此可以看出，对于数控机床的使用范围一定不要超出机床允许的技术指标。比如一台高主轴转速的数控机床可应用于床允许的技术指标。比如一台高主轴转速的数控机床可应用于模具加工，但是利用这台机床进行强力切削，则会影响电机的模具
46、加工，但是利用这台机床进行强力切削，则会影响电机的使用寿命。同样一台低主轴转速的机床，长期使用极限速度进使用寿命。同样一台低主轴转速的机床，长期使用极限速度进行高速加工，同样会影响电机的使用寿命。行高速加工，同样会影响电机的使用寿命。某主轴电机允许的轴端径向力某主轴电机允许的轴端径向力 2.FANUC2.FANUC进给伺服系统的故障诊断及维修进给伺服系统的故障诊断及维修进给伺服系统的故障诊断及维修进给伺服系统的故障诊断及维修进给伺服系统常见故障有：进给伺服系统常见故障有：超程超程过载过载窜动窜动爬行爬行振动振动伺服电动机不转伺服电动机不转位置误差位置误差漂移漂移回参考点故障回参考点故障例例3.
47、9一台一台XK755数控铣床，采用数控铣床，采用FANUC0i-MC数控系统。数控系统。在加工过程中，突然出现在加工过程中，突然出现“X+、X-、Y+、Y-硬限位硬限位”报报警，而实际上机床在正常的加工范围内。警，而实际上机床在正常的加工范围内。分析与处理过程：分析与处理过程：根据上述现象，估计线路接触不良或断路可能性最根据上述现象，估计线路接触不良或断路可能性最大，测量电器柜中接线排上供给限位电路的大，测量电器柜中接线排上供给限位电路的24V24V电压，压值电压，压值正常。按照线路走向逐一查找，在用手旋动床体右侧的一个正常。按照线路走向逐一查找，在用手旋动床体右侧的一个线路插头时，发现屏幕上
48、报警瞬间消失，在松手间报警复现。线路插头时，发现屏幕上报警瞬间消失，在松手间报警复现。于是，拆下该插接头，仔细检查发现里面焊接的两根导线已于是，拆下该插接头，仔细检查发现里面焊接的两根导线已经脱落，在用手向里面旋动的过程中可以让导线断路的两端经脱落，在用手向里面旋动的过程中可以让导线断路的两端碰触，所以有上述变化现象。重新焊接好接头后，机床恢复碰触，所以有上述变化现象。重新焊接好接头后，机床恢复正常。正常。例例3.10某台数控车床在运行过程中突然出现某台数控车床在运行过程中突然出现Z轴轴414号报警。号报警。分析与处理过程：分析与处理过程：按照维修说明书上的说明，利用按照维修说明书上的说明，利
49、用NCNC系统的诊断功系统的诊断功能查看诊断号能查看诊断号200200的状态显示的状态显示200.4200.4（HCAHCA）为）为“1 1”，表，表示示Z Z轴伺服放大器电流异常，关断机床电源检查轴伺服放大器电流异常，关断机床电源检查Z Z轴电机轴电机的绝缘及相之间的阻抗，结果对地绝缘少于的绝缘及相之间的阻抗，结果对地绝缘少于500.500.将电将电机动力接头取下发现电机插座已烧坏，进一步检查分析机动力接头取下发现电机插座已烧坏，进一步检查分析烧坏的原因是插头进水。此后将插座拆下，进一步检查烧坏的原因是插头进水。此后将插座拆下，进一步检查电机内部相之间的阻抗及绝缘都在正常范围内，将插座电机内
50、部相之间的阻抗及绝缘都在正常范围内，将插座更换后机床恢复正常。更换后机床恢复正常。例例3.11某台卧式加工中心，当某台卧式加工中心，当NC系统电源起动后接通伺服系统电源起动后接通伺服电源后显示器显示电源后显示器显示410号报警，同时显示号报警，同时显示Y轴出现故障。轴出现故障。分析与处理过程：分析与处理过程：经断电后再起动报警不再出现，但是后来问题越来经断电后再起动报警不再出现，但是后来问题越来越严重，有时几次断电再起动仍出现该报警，直到后来只越严重，有时几次断电再起动仍出现该报警，直到后来只要送电起动总是出现该报警，此报警具体内容为位置误差要送电起动总是出现该报警，此报警具体内容为位置误差过