现代数控机床调试与维护-第4章-伺服数控系统的故障诊断与维护课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,现代数控机床调试及维护,第四章伺服系统的故障诊断与维护,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,无忧,PPT,整理发布,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,现代数控机床调试及维护,第四章伺服系统的故障诊断与维护,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,现代数控机床调试及维护,第四章伺服系统的故障诊断与维护,第,4,章 伺服数控系统的,故障诊断与维护,2024/8/29,1,第4章 伺服数控系统的2023/9/31,主轴速度误差过大报警：,主轴速度误差过大报警的检出，是反映实际检测到的主轴电机速度与,M03,或,M04,中给定的速度指令值相差过大。这个报警也是,FANUC,系统常见的报警之一，主要引起原因是主轴速度反馈装置或外围负载的问题。如下图所示为主轴电机速度反馈和分离编码器联接结构。请从速度检测角度分析报警产生的原因及其解决方法。,引例,主轴速度误差过大报警：引例,2,2024/8/29,3,第,4,章 伺服数控系统的故障诊断与维护,4.1,伺服系统概,述,4.2,主轴驱动系统的故障分析与维护,4.3,进给伺服系统的故障分析与维护,4.4 SIEMENS 802D,伺服驱动系统,4.5,位置检测系统的故障分析与维护,4.6,常用位置检测元件,4.7,检测器件的常见故障及维修,4.8,检测器件常见故障维修实例分析,4.9,检测器件日常维护保养,2023/9/33第4章 伺服数控系统的故障诊断与维护4.1,数控机床的伺服系统是机床主体和数控装置（,CNC,）的联系环节，是数控机床的重要组成部分，是关键部件，故称伺服系统为数控机床的三大组成部分之一。伺服系统包括伺服驱动、伺服控制、检测及反馈等环节，它接受来自数控装置（,CNC,系统）的指令信号，经过放大和转换，驱动机床执行件跟随指令脉冲运动，实现预期的运动，并保证动作的快速和准确。,根据应用场合和对控制性能要求的不同，伺服系统具有多种不同的结构形式。按照系统的构造特点，大体上可以将其分为四种基本结构类型，即：开环伺服系统、半闭环伺服系统、全闭环伺服系统和混合闭环伺服系统。,4.1,伺服系统概述,2024/8/29,4,数控机床的伺服系统是机床主体和数控装置（C,1,开环伺服系统,开环伺服系统是一种没有位置反馈的位置控制系统。它的伺服机构按照指令装置发出来的位置移动指令，驱动机械作相应的运动，但并不对机械的实际位移量或转角进行检测，从而也无法将其与指令值进行比较。它的位置控制精度只能靠伺服机构本身的传动精度来保证。,早期简易型的数控机床的进给驱动位置伺服系统，常采用步进电动机为主要部件的开环位置伺服系统，结构如,图,4.1,所示。,2024/8/29,5,1开环伺服系统 2023/9/35,5,2,半闭环位置伺服系统,与开环位置伺服系统不同，半闭环位置伺服系统是具有位置检测和反馈的闭环控制系统。它的位置检测器与伺服电机同轴相连，可通过它直接测出电动机轴旋转的角位移，进而推知当前执行机械（如机床工作台）的实际位置。由于位置检测器不是直接装在执行机械上，位置闭环只能控制到电机轴为止，所以被称为半闭环，它只能间接的检知当前的位置信息，且难以随时修正、消除因电动机轴后传动链误差引起的位置误差。数控机床进给驱动最常用的半闭环位置伺服系统如,图,4.2,所示。,2024/8/29,6,2半闭环位置伺服系统2023/9/36,6,3.,全闭环位置伺服系统,全闭环位置伺服系统典型构成方法如,图,4.3,所示。它将位置检测器件直接安装在机床工作台上，从而可以获取工作台实际位置的精确信息，通过反馈闭环实现高精度的位置控制。从理论上说，这是一种最理想的位置伺服控制方案。但是，在实际的数控机床系统中却极少采用全闭环结构方案。,2024/8/29,7,3.全闭环位置伺服系统2023/9/37,7,4.,混合闭环位置伺服系统,对有的执行机械（如重型机床工作台），位置伺服系统采用半闭环结构虽然容易整定，但很难补偿其机械传动部分引起的位置误差，使位置控制精度不能达到要求的指标；采用全闭环结构系统又很难整定，系统闭环后因环内多种非线性因素诱发的振荡很难消除。于是人们提出系统中同时存在半闭环和全闭环。如,图,4.4,所示。,2024/8/29,8,4.混合闭环位置伺服系统2023/9/38,8,4.2,主轴驱动系统的故障分析与维护,随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能满足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求：,1.,调速范围；,2.,主轴的旋转精度和运动精度 ；,3.,数控机床主轴的变速是依指令自动进行的，要求能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传递环节，简化主轴箱 ；,2024/8/29,9,4.2.1,数控机床对主轴驱动系统的要求,4.2 主轴驱动系统的故障分析与维护 随着,4.,要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽；,5.,要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力，并且加减速时间短；,6.,为满足加工中心自动换刀以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控制；,7.,在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴（,C,轴）的控制功能。,2024/8/29,10,4. 要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，,为满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴电动机必须具备下述功能：, 输出功率大。, 在整个调速范围内速度稳定，且恒功率范围宽。, 在断续负载下电动机转速波动小，过载能力强。, 加速时间短。, 电动机温升低。, 振动、噪声小。, 电动机可靠性高，寿命长，易维护。, 体积小、质量轻。,2024/8/29,11,4.2.2,主轴驱动装置的特点,为满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴电动机必须具,11,1,直流主轴驱动装置,直流主轴电动机的结构与永磁式伺服电动机不同，要求能输出大的功率，所以一般是他磁式。为缩小体积，改善冷却效果，以免电动机过热，常采用轴向强迫风冷或采用热管冷却技术。,2,交流主轴驱动装置, 交流异步伺服系统, 交流同步伺服系统,2024/8/29,12,1直流主轴驱动装置2023/9/312,12,当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：,CRT,或操作面板上显示报警内容或报警信息；在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障；主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴伺服系统常见故障有：,(1),过载,(2),主轴不能转动,(3),主轴转速异常或转速不稳定,(4),主轴振动或噪声太大,(5),主轴加,/,减速时工作不正常,2024/8/29,13,4.2.3,主轴伺服系统故障诊断,当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：,13,(6),外界干扰,(7),主轴速度指令无效,(8),主轴不能进行变速,(9),主轴只能单向运行或主轴转向不正确,(10),螺纹加工出现“乱牙”故障,(11),主轴定位点不稳定或主轴不能定位,2024/8/29,14,2023/9/314,14,模拟量控制的主轴驱动装置常采用变频器实现控制。数控车床主轴驱动以及普通机床的改造中多采用变频器控制。作为主轴驱动装置用的变频器种类很多，下面以日立变频器为例进行介绍。,图,4.5,所示为日立变频器的实物图。,1,变频器接线端子及连接,2,SJ100,变频器面板操作,3,变频器常见功能参数,2024/8/29,15,4.2.4 FANUC,系统模拟量主轴驱动装置与维护,模拟量控制的主轴驱动装置常采用变频器实现控制,15,4,基本参数设定,5,SJ100,变频器与,FANUC 0i mate C,数控系统连接,图,4.11,所示为某数控车床主轴驱动装置的接线图，以该图为例具体说明,FANUC 0i Mate C,系统，数控机床与变频器的信号流程与功能。,6,变频器故障代码及起因,表,4-6,变频器故障代码及起因,2024/8/29,16,4基本参数设定 2023/9/316,16,4.3,进给伺服系统的故障分析与维护,1,步进驱动系统,步进驱动系统简单来说，包括步进电动机和步进驱动器。,目前，步进电动机主要用于经济型数控机床的进给驱动，一般采用开环的控制结构。用于数控机床驱动的步进电动机主要有两类：反应式步进电动机和混合式步进电动机，反应式步进电动机也称为磁阻式步进电动机。,2024/8/29,17,4.3.1,进给伺服驱动系统简介,4.3 进给伺服系统的故障分析与维护 1步进驱动,17,2,直流伺服电动机,直流伺服控制系统常用的伺服电机有小惯量直流伺服电机和永磁直流伺服电机（也称为大惯量宽调速直流伺服电机）。小惯量伺服电机最大限度地减少了电枢的转动惯量，所以能获得最好的快速性。,3,交流伺服驱动系统,交流伺服电动机可依据电动机运行原理的不同，分为感应式（或称异步）交流伺服电动机、永磁式同步电动机、永磁式无刷直流伺服电动机、和磁阻同步交流伺服电动机。这些电动机具有相同的三相绕组的定子结构 ，目前市场上的交流伺服电动机产品主要是永磁同步伺服电动机及无刷直流伺服电动机。,2024/8/29,18,2直流伺服电动机2023/9/318,18,FANUC 0i Mate C,系列数控系统最多可控制,3,轴，其中,FANUC 0i Mate MC,可控制三轴，主要用于加工中心、铣床，配置,i,系列的放大器和,i,或,is,系列伺服电机。,FANUC 0i Mate TC,控制两轴，主要用于车床，配置,i,系列的放大器,i,或,is,系列伺服电机。而且对于,FANUC 0i Mate-C,系统，如果没有主轴电机，伺服放大器是单轴型,(SVU),，其实物图见,图,4.14,所示，如果包括主轴电机，放大器是一体型,(SVPM),，其实物图见,图,4.13,、,图,4.15,所示。,图,4.12,为带主轴放大器的伺服系统连接图。,2024/8/29,19,4.3.2 FANUC,进给伺服系统,FANUC 0i Mate C系列数控系,19,（,1,）,i,系列伺服单元的端子功能,i,系列伺服单元结构如,图,4.16,所示。,（,2,）,FANUC 0i Mate C,系统与,i,系列伺服单元连接图,FANUC 0i Mate C,系统与,i,系列伺服单元连接图见,图,4.17,所示。,2024/8/29,20,（1）i系列伺服单元的端子功能2023/9/3,20,1,上电全清,当系统第一次通电时，最好是先做个全清,(,上电时，同时按,MDI,面板上,RESET+DEL),。,2,伺服,FSSB,设定和伺服参数初始化,参数,1023,设定位,1,；,2,；,3,等。,参数,1902,的位,0 = 0,2024/8/29,21,4.3.3 FANUC,伺服系统参数的设定及初始化,1上电全清2023/9/3214.3.3 F,21,3,伺服参数设定,首先进入伺服参数的设定画面（,FANUC 0i Mate C,系统）：单击系统功能键“,system”,，然后单击系统扩展软键，再单击系统软键“,SV-PAM”,即可进入。,4,伺服参数初始化,伺服参数初始化就是将系统的参数按设定条件恢复到系统出厂时的标准设定。当数控系统的伺服驱动更换，或因为更换电池等原因，使伺服参数出现错误时，必须对伺服系统进行初始化处理与重新调整。,2024/8/29,22,3伺服参数设定2023/9/322,22,1,SV400#,，,SV402#(,过载报警,),故障原因：,400#,为第一、二轴中有过载；,402#,为第三、第四轴中有过载。,2,SV401,，,SV403(,伺服准备完成信号断开报警,),401,：提示第一，第二轴报警,403,：提示第三，第四轴报警,3,SV4n0,：停止时位置偏差过大,系统检查原理：当,NC,指令停止时，伺服偏差计数器的偏差（,DGN800803,）超过了参数,PRM593596,所设定的数值，则发生报警。,2024/8/29,23,4.3.4 FANUC,进给伺服系统的常见故障分析,1SV400#，SV402#(过载报警)202,23,4,SV4n1,：运动中误差过大,系统检查：当,NC,发出控制指令时，伺服偏差计数器（,DGN800803,）的偏差超过,PRM504507,设定的 值时发出报警。,5,SV4n4#,（数字伺服报警）,它是伺服放大器和伺服电动机有关的各种报警的总和，这些报警有可能是伺服放大器及伺服电动机本身引起的，也可能是系统的参数设定不正确引起的。,6,SV4n6,报警：反馈断线报警,不管是使用,A/B,向的通用反馈信号还是使用串行编码信号，当反馈信号发生断线时，发出此报警。,2024/8/29,24,4SV4n1：运动中误差过大2023/9/32,24,4.4 SIEMENS 802D,伺服驱动系统,SIEMENS 802D,数控系统的伺服驱动单元采用的是,SIMODRIVE 611UE,交流数字式伺服驱动系统，采用模块化安装方式，主轴与各伺服单元共用电源，用于进给驱动的伺服驱动模块有单轴与双轴两种结构形式，带有,PROFIBUS,总线接口。,2024/8/29,25,4.4 SIEMENS 802D伺服驱动系统,25,驱动器的连接如,图,4.21,所示。电源模块将三相交流电源转换成,600V,直流电，直流电通过直流母线为功率模块供电，伺服控制模块据数控系统发出的速度指令，控制伺服电机运动。伺服驱动系统完成电流和速度的闭环控制。数控单元通过现场总线发出位置控制指令，获得实际位置信息，形成位置的闭环控制。,驱动器控制端子上电的控制时序如,图,4.22,所示。从图中可以看出，伺服驱动器有三种不同的工作状态，即自由状态、工作状态和制动状态。,2024/8/29,26,4.4.1,驱动器的连接,驱动器的连接如图4.21所示。电源模块将三相交,26,在完成驱动器的设定后，需要对驱动器的速度环动态特性进行调试，然后才能进行位置环调试。,611UE,驱动器的速度环动态特性优化，可以通过,Simo ComU,软件自动进行。优化驱动器的速度给定，由,PC,机以数字量给出，无须,CNC,控制。,2024/8/29,27,4.4.2 611UE,数字式交流伺服驱动器参数的优化,在完成驱动器的设定后，需要对驱动器的速度环动态特,27,伺服电机采用,1FK6,系列，编码器为,1Vpp,正弦波。系统的位置环由,802D,控制。,SIMODRIVE 611UE,还可以在同一模块上设定一个叠加轴（比如模拟主轴）。,611UE,的模拟输出口用于输出主轴速度给定（,10V,），而,611UE,上的数字输出可用于模拟主轴的使能控制。,WSG,接口用于连接主轴编码器（,TTL,）作为速度反馈。,2024/8/29,28,4.4.3,伺服电机,伺服电机采用1FK6 系列，编码器为1Vpp 正,28,611UE,系列数字伺服驱动器电源模块设有,6,个状态指示灯,(LED),，其含义如下：,V1,：,DC l5V,控制电源故障。,V2,：,DC 5V,控制电源故障。,V3,：电源模块未“使能”。,V4,：电源模块已“使能”，直流母线己充电。,V5,：进线电源故障。,V6,：直流母线电压过高。,611UE,系列数字伺服驱动单元的状态显示，可以通过驱动控制板上的,6,只数码管进行，它可以详细显示驱动器的状态与报警号 。,2024/8/29,29,4.4.4,驱动器状态显示,611UE系列数字伺服驱动器电源模块设有6个状,29,例,4-1,611UE,偶尔出现,B507,、,B508,报警的维修。,故障现象：某配套,SIEMENS 802D,的数控铣床，开机时不定期地出现伺服驱动器,(611UE),报警,B507,、,B508,等，机床停机后重新起动，通常可以恢复工作。,2024/8/29,30,4.4.5,驱动器故障维修实例,例4-1611UE偶尔出现B507、B508报警的,30,例,4-2,611UE,偶尔出现,B504,报警的维修,故障现象：某配套,SIEMENS 802D,系统的数控铣床，开机时出现,ALM380500,报警，驱动器显示报警号,B504,。,例,4-3,SIEMENS,系统,PROFIBUS,总线报警的故障维修,故障现象：一台配套,SIEMENS 802D,系统的四轴四联动的数控铣床，开机后有时会出现,380500 PROFIBUS-DP,：驱动,A1(,有时是,X,、,Y,或,Z),出错。但关机片刻后重新开机，机床又可以正常工作。,2024/8/29,31,4.4.5,驱动器故障维修实例,例4-2611UE偶尔出现B504报警的维修2023/,31,4.5,位置检测系统的故障分析与维护,1,数控机床对检测元件要求,检测元件是检测装置的重要部件，其主要作用是检测位移和速度，发送反馈信号。位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量电路。,2024/8/29,32,4.5.1,数控机床对检测元件及位置检测装置的要求,4.5 位置检测系统的故障分析与维护 1数控机床,32,2,数控机床对位置检测装置的要求,位置检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。不同类型的数控机床，对位置检测元件，检测系统的精度要求和被测部件的最高移动速度各不相同。,2024/8/29,33,2数控机床对位置检测装置的要求2023/9/3,33,对于不同类型的数控机床，因工作条件和检测要求不同，可以采用以下不同的检测方式。,1,增量式和绝对式测量,2,数字式和模拟式测量,数字式检测是将被测量单位量化以后以数字形式表示。,3,直接测量和间接测量,除了以上位置检测装置，伺服系统中往往还包括检测速度的元件，用以检测和调节发动机的转速。,数控机床常见的位置检测装置见,表,4-8,。,2024/8/29,34,4.5.2,位置检测装置的分类,对于不同类型的数控机床，因工作条件和检测要,34,4.6,常用位置检测元件,1,光栅尺,光栅利用光的透射、衍射原理，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。一般用于机床数控系统的闭环控制。光栅主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成 。,图,4.23,直线光栅。,透射光栅测量系统原理如,图,4.24,所示，它由光源、透镜、标尺光栅、指示光栅、光敏元件和信号处理电路组成。,2024/8/29,35,4.6常用位置检测元件 1光栅尺2023/9/3,35,2,光电脉冲编码器,图,4.26,为增量式光电编码器工作原理示意图，它由光源,5,、聚光镜,6,、光电码盘,4,、光栏板,7,、光敏元件,8,和信号处理电路组成 。当光电码盘随工作轴一起转动时，光源通过聚光镜，透过光电码盘和光栏板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的整形、放大、分频、计数、译码后输出或显示。,3,旋转变压器,旋转变压器又称分解器，是一种控制用的微电机，它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信号的一种间接测量装置。,2024/8/29,36,2光电脉冲编码器2023/9/336,36,4,感应同步器,感应同步器与旋转变压器一样，是利用电磁耦合原理，将位移或转角转化成电信号的位置检测装置。感应同步器按其运动形式和结构形式的不同，可分为旋转式（或称圆盘式）和直线式两种。前者用来检测转角位移，用于精密转台，各种回转伺服系统；后者用来检测直线位移，用于大型和精密机床的自动定位，位移数字显示和数控系统中，两者工作原理和工作方式相同。,直线式感应同步器的结构如,图,4.27,所示,5,磁尺,磁尺由磁性标尺，磁头和检测电路组成，其结构如,图,4.28,所示。,2024/8/29,37,4感应同步器2023/9/337,37,4.7,检测器件的常见故障及维修,当机床出现如下故障现象时，首先要考虑到是否是由检测器件的故障引起的，并正确分析查找故障部位。,1,机械振荡（加减速时）,2,机械运动异常快速（飞车）,3,主轴不能定向移动或定向移动不到位,4,坐标轴进给时振动,5,出现,NC,错误报警,6,出现伺服系统报警,2024/8/29,38,4.7检测器件的常见故障及维修 当机床出现如下故障,38,故障一,：脉冲编码器感应光电盘损伤导致加工件加工尺寸误差较大。,故障现象：,CNC862,数控,20,车床,X,向切削零件时尺寸出现较大误差，达到,0.32mm,250mm,，,CRT,无报警显示。,故障二,：脉冲编码器,A,相信号错误导致轴运动产生振动。,故障现象：,FAUNUC6ME,系统双面加工中心,X,向在运动的过程中产生振动，并且在,CRT,上出现,NC 416,报警。,4.8,检测器件常见故障维修实例分析,2024/8/29,39,故障一：脉冲编码器感应光电盘损伤导致加工件加工尺,39,故障三,：脉冲编码器受油污染，导致轴定位故障。,故障现象：一台,SIEMENS880,卧式加工中心工作台在旋转定位过程中出现故障，运行中断，,CRT,出现报警号：,1364,报警内容为,1364ORD4B2measuingSystemDirty,即测量系统受污染。,故障四,：闭环电路检测信号线折断，导致控制轴运行故障。,故障现象：,SIEMENS8,系统卧式加工中心有一次正在工作过程中，机床突然停止运行，,CRT,出现,NC,报警,104,，关断电源重新起动，报警消除，机床恢复正常，然而工作不久，又出现上述故障，如此反复。,2024/8/29,40,故障三：脉冲编码器受油污染，导致轴定位故障。20,40,4.9,检测器件日常维护保养,检测器件是一种极其精密和容易受损的器件，日常一定要及时对其进行正确的使用和维护保养，进行维护时应注意以下几个方面问题。,2024/8/29,41,4.9检测器件日常维护保养 检测器件是一种极其精密,41,(1,）额定电源电压一定要为额定值，工作环境温度不能超标，以便于系统各集成电路、电子元件的正常工作。,（,2,）避免受到强烈振动和摩擦以防损伤代码板，同时避免受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。,（,3,）避免外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。,（,4,）要保证反馈连接线的阻容正常，以保证正常信号的传输。,（,5,）各元件安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许载重量，以保证其性能的正常 。,2024/8/29,42,(1）额定电源电压一定要为额定值，工作环境温度,42,2024/8/29,43,2023/9/343,图,4.1,开环位置伺服系统,2024/8/29,44,减速齿轮,数控,装置,脉冲,分配,功率,变换,步进,电机,机床工作台,图4.1 开环位置伺服系统2023/9/344减速齿轮数控脉,图,4.2,半闭环位置伺服系统,2024/8/29,45,检测元件,CNC,位置调节,速度伺服,速度反馈,机床工作台,位置反馈,M,图4.2 半闭环位置伺服系统2023/9/345检测元件CN,45,图,4.3,全闭环位置伺服系统,2024/8/29,46,检测信号,CNC,位置调节,速度伺服,速度反馈,位置反馈,M,机床工作台,图4.3 全闭环位置伺服系统2023/9/346检测信号CN,46,图,4.4,混合闭环位置伺服系统,2024/8/29,47,检测,2,位置反馈,速度反馈,位置调节,速度伺服,M,机床工作台,CNC,误差补偿,图4.4混合闭环位置伺服系统2023/9/347检测2位置反,47,图,4.5,日立变频器的实物图,2024/8/29,48,图4.5 日立变频器的实物图2023/9/348,48,图,4.11,某数控车床主轴驱动装置的接线图,2024/8/29,49,图4.11某数控车床主轴驱动装置的接线图2023/9/349,49,图,4.12,为带主轴放大器的伺服系统连接图,2024/8/29,50,图4.12为带主轴放大器的伺服系统连接图2023/9/350,50,图,4.14 i-SVU,实体图,2024/8/29,51,图,4.15 i,系列伺服单元实体图,图4.14 i-SVU 实体图2023/9/351图4.1,51,图,4.16 i,系列伺服单元结构图,2024/8/29,52,图4.16 i系列伺服单元结构图2023/9/352,52,图,4.17 FANUC 0i mate c,系统与,i,系列伺服单元连接图,2024/8/29,53,图4.17 FANUC 0i mate c系统与i系列伺服,53,图,4.21,驱动器的连接,2024/8/29,54,图4.21 驱动器的连接2023/9/354,54,图,4.22,驱动器上电和断电时序,2024/8/29,55,驱动器自由状态,驱动器工作状态,驱动器自由状态,驱动器制动状态,所有轴停止制动后,端子,64,端子,63,端子,48,上电时序,断电时序,图4.22驱动器上电和断电时序2023/9/355驱动器自由,55,图,4.23,直线光栅,2024/8/29,56,图4.23 直线光栅2023/9/356,56,图,4.24,透射光栅测量系统工作原理示意图,2024/8/29,57,图4.24透射光栅测量系统工作原理示意图2023/9/357,57,图,4.26,增量式光电编码器结构示意图,1,印刷电路板,2,光源,3,圆光栅,4,指示光栅,5,光电池组,6,底座,7,护罩,8,轴,2024/8/29,58,图4.26 增量式光电编码器结构示意图1 印刷电路板 2,58,图,4.27,直线式感应同步器的结构原理,2024/8/29,59,图4.27 直线式感应同步器的结构原理2023/9/359,59,图,4.28,磁尺结构与工作原理,2024/8/29,60,图4.28 磁尺结构与工作原理2023/9/360,60,表,4-6,变频器故障代码及起因,2024/8/29,61,故障代码,名称,起因,E01,横流时过流,变频器输出短路，或电机轴被锁定或负载太重。这些状态都可引起变频器过流，因此变频器输出被关闭。,E02,减速时过流,E03,加速时过流,E04,其他,E05,过流保护,当电子热敏功能检测到电机过载时，变频器跳闸，并关闭输出,E06,制动电阻过载,当再生制动电阻超过了允许使用时间或,BRD,使用比例变频器跳闸并关闭输出,E07,过压保护,在直流母线电压超过阀值时发生，其原因为再生电能从电机侧反馈回来,E08,EEPROM,故障,当噪声或温升极高或极低时引发内部,EEPROM,故障，变频器跳闸并关闭输出。,E09,欠压故障,内部直流母线电压低于阀值时引发控制电路故障。这种状态也可引起电机过热并产生低转矩，变频器跳闸并关闭输出,表4-6 变频器故障代码及起因2023/9/361故障代码名,续表,4-6,变频器故障代码及起因,2024/8/29,62,故障代码,名称,起因,E10,CT(,电流互感器,),故障,当一强电压干扰与变频器距离过近或内部,CT,（电流互感器）发生异常操作时，变频器跳闸并关闭输出,E11,E22,CPU,故障,内部,CPU,故障，变频器跳闸并关闭输出,E12,外部跳闸,与,EXT,类似，当有一个信号并加在智能输入端子时，变频器跳闸并关闭输出,E13,USP,当,USP,功能使能时，若在,RUN,信号有效时上电，变频器将跳闸，只有将错误消除才能进入运行模式,E14,接地故障,在加电测试时，如检测到变频器输出与电机之间发生接地故障，变频器被保护。该特点可保护变频器，但不能保护人身安全。,E15,输入过电压,当输入电压高于设定值时，该现象可在加电,100,秒后被检测到，变频器跳闸并关闭输出。,E21,变频器热敏跳闸,当变频器内部温度高于设定值时，变频器模块内部的热敏传感器检测到用电设备的温度过高，引发变频器跳闸并关闭输出。,E35,PTC,故障,当智能端子,5,被设定为,PTC,（保护性热敏电阻）功能并且变频器探测到电阻过高时（线圈断开或温度过高），变频器跳闸并断开输出。,续表4-6 变频器故障代码及起因2023/9/362故障代码,62,表,4-8,常见的位置检测装置,2024/8/29,63,类型,增量式,绝对式,回转型,脉冲编码器、旋转变压器、圆磁栅、圆感应同步器、圆光栅,多速旋转变压器、绝对脉冲编码器、三速圆感应同步器,直线型,直线感应同步器、计量光栅 、磁尺激光干涉仪,三速感应同步器、绝对值式磁尺,表4-8常见的位置检测装置 2023/9/363类型增量式绝,63,例,1,：,分析与处理过程：,611UE,伺服驱动报警,B507,、,B508,的含义分别是：,B507,：电动机转子位置检测错误。,B508,：脉冲编码器“零位”信号出错。,以上两个报警都与编码器检测信号有关，一般情况下是属于编码器不良，通常应更换编码器解决。但是，在本机床中，由于重新起动系统后，伺服故障能自动清除，而且只要起动完成，机床可以长时间正常工作，故可以认为故障的真正原因并非编码器存在故障，而是由其他原因引起的。,2024/8/29,64,例1：2023/9/364,64,仔细观察发现，该机床的伺服驱动器在开机通电后，状态可以自动进入,RUN,状态，表明驱动器可以通过硬件的自检，进一步证明编码器无故障。,检查伺服驱动器的故障发生过程，发现故障每次都是在驱动器“驱动使能”信号加入的瞬间发生，若此时无故障，则机床就可以正常起动并工作。因此，分析原因可能是由于伺服系统电动机励磁加入的瞬间干扰引起的。,进一步检查发现，该机床的第四轴,(,数控转台,),电动机是使用中间插头连接的，电动机的电枢屏蔽线在插头处未连接；经重新连接后故障现象消失，机床恢复正常。,仔细观察发现，该机床的伺服驱动器在开机通电后，状,65,例,2,：,分析与处理过程：,611UE,伺服驱动器出现,B504,报警的含义是“编码器的电压太低，编码器反馈监控生效”。,经检查，开机时伺服驱动器可以显示“,RUN”,，表明伺服驱动系统可以通过自诊断，驱动器的硬件应无故障。经观察发现，故障过程与上例相同，即：每次报警都是在伺服驱动系统“使能”信号加入的瞬间出现，因此，分析原因可能是由于伺服系统电动机励磁加入的瞬间干扰引起的。重新连接伺服驱动的电动机编码器反馈线，进行正确的接地连接后，故障清除，机床恢复正常。,2024/8/29,66,例2：2023/9/366,66,例,3,：,分析及处理过程：因为该报警时有时无，维修时经过数次开关机试验机床无异常，于是检查总线、总线插头，确认连接牢固、正确，接地可靠。但数日后，故障重新出现；仔细检查,611UE,驱动报警显示为“,E-B280”,，故障原因为电流检测错误，测量驱动器的输入电压，发现实际输入电压为,406V,。重新调节变压器的输出电压，机床恢复正常，报警从此不再出现。,2024/8/29,67,例3：2023/9/367,67,故障一：,故障分析：本机床的,X,、,Z,轴为伺服单元控制直流伺服电机驱动，用光电脉冲编码器作为位置检测，据分析造成加工尺寸误差的原因一般为：（,1,）,X,向滚珠丝杠与丝母副存在比较大的间隙或电机与丝杠相连接的轴承受损，导致实行行程与检测到的尺寸出现误差；（,2,）测量电路不良。,故障解决：根据上述分析，经检查发现丝杠与丝母间隙正常，轴承也无不良现象，测量电路的电缆连线和接头良好，最后我们用示波器检查编码器的检测信号，波形不正常。拆下编码器，发现光电盘不透光部分不知什么原因出现三个透明点致使检测信号出现误差，更换编码器，问题解决。因为,CNC862,系统的自诊断功能不是特别强，因此出现这样的故障时，机床不停机，也无,NC,报警显示。,2024/8/29,68,故障一：2023/9/368,68,故障二：,故障分析：根据故障现象，我们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的连线和连接不良；,（,4,）脉冲编码器不良；,（,5,）伺服电机及测速机故障；,（,6,）机床数据是否正确。,2024/8/29,69,故障二：2023/9/369,69,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，发现一切正常，机床数据正常，然后将电动机与机械部分脱开，用手转动电动机，观察,713,号诊断状态，,713,诊断内容为：,713.3,为,X,轴脉冲编码器反馈信号，如果断线，此位为,1,。,713.2,为,X,轴编码器反馈一转信号。,713.1,为,X,轴脉冲编码器,B,相反馈信号。,713.0,为,X,轴脉冲编码器,A,相反馈信号。,713.2,、,713.1,、,713.0,正常时电动机转动应为“,0”,、“,1”,不断变化，在转动电动机时，发现,713.0,信号只为“,0”,不变“,1”,，我们用示波器检测脉冲编码器的,A,相、,B,相和一转信号，发现,A,相信号不正常，因此通过上述检查可判定调轴脉冲编码器不良，经更换新编码器，故障解决。,故障解决：针对上述分析出的原因，对速度控制单元,70,故障三：,故障解决：根据故障报警内容，我们先拆下检测线路板和反馈电缆接头，用酒精清洗其灰尘和油污，起动工作台，故障没消除，随后又拆下检测工作台位置的脉冲编码器，发现里面充满了大量机械油，原来有一通入编码器的压缩空气气路，压缩空气能把进入编码器的灰尘吹出，起到清洁编码器的作用，这些机械油是由气路通气时，因压缩空气不洁净，由压缩空气带进来的，我们用汽油把这些油污洗干净，并提高压缩空气质量，重新安装编码器后，起动工作台，故障消除。,2024/8/29,71,故障三：2023/9/371,71,故障四：,故障分析：查询,NC1O4,报警，内容为：,X,轴测量闭环电缆折断短路，信号丢失，不正确的门槛信号不正确的频率信号，本机床的,X,、,Y,、,Z,三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测，进行反馈控制形成一个闭环系统。,2024/8/29,72,故障四：2023/9/372,72,故障解决：根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅尺密封良好，里面洁净，读数头和光栅尺没有受到油污和灰尘污染，并且读数头和光栅尺正常，随后又检查差动放大器和测量线路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，我们把重点放在反馈电缆上，测量反馈端子，发现,13,号线电压不稳，停电后测量,13,号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在,X,向随导轨运动的一段有一处将要折断，似接非接，造成反馈值不稳，偏离其实际值，导致电机失步，经对断线重新接线，起动机床，故障消除。,故障解决：根据故障现象和报警，我们先检查读数头和,73,