4数控车床进给轴控制设计

常州车电职业技术学院毕业设计（论文）作 者： 郝荣荣 学 号： 10761311 系 部： 机械工程系 专 业： 数控设备的应用与维护 题 目： 数控车床进给轴控制设计 指导者：杨红霞评阅者： 2010年03月 数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电车通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。本文针对配置FANUC 0I MATE系列数控系统的数控车床，介绍了其进给系统的技术需求、工作原理、控制原理、系统设计、进给轴调试、伺服报警处理及实例 。改进了进给系统的控制设计，使其进给传动系统有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。使加工过程能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。这对我国国产车床的生产和发展前景具有重要的意义。 关键词：数控车床 进给系统 进给轴调试CNC lathe feeding system and a qualitative difference between ordinary lathe, conventional lathe with feed boxes and switching gear rack, and CNC lathes are used for servo drive train by the ball sliding board and knife to achieve feed motion, thus feeding structure of the system greatly simplified.In this paper, configuration FANUC 0I MATE CNC CNC lathe, introduced its technology needs of the feed system, working principle, control theory, system design, the feed axis debugging, servo alarm and Instance. Improved feed control system design, its feed transmission drive system has a high accuracy, high sensitivity (fast response), stable, has a high flexural rigidity and service life, small friction and movement of inertia, and to clear the transmission gap.Making process to maintain the best working conditions, which are high precision and low surface roughness, but also can improve tool life and equipment productivity. This is my homemade lathe production and development prospects of great significance.Keywords: CNC lathe Feeding system Feed shaft debugging目 录绪论61. 数控车床的介绍1.1数控车床的概述 7 1.2 数控车床的组成 71.3 数控车床加工的工作原理102. 数控车床的进给系统2.1进给系统的概述 112.1.1 进给系统的分类及工作理11 2.1.2 进给系统的控制原理13 3. 进给系统控制的实现 3.1进给系统的硬件连接 15 3.2进给系统PLC控制设计 164. 进给轴调试 4.1数控车床基本操作与调试22 4.2进给系统传动部件 234.2.1 进给系统机械结构特点255. 伺服报警处理 5.1进给伺服系统各类故障的表现形式26 5.2软件报警（CRT显示）故障及处理26结论 27致谢 38参考文献 391.绪论普通车床作为简单的机电一体化产品将逐渐被数控车床取代,数控系统对进给轴的控制最终表现在对位置的控制随着机床行业的发展,市场需求的机床逐渐趋向高效率和高精度化。而受人为因素影响较大的普通机并能对位置运动做时时监控,系统对位置运动的控制效果最终将影响机床的精度。所以随着数控机床的逐渐普及，分析和掌握各控制系统原理对各工程技术人员极为重要，此控制原理将始终贯穿于机床设计、调试和故障排除等实际生产环节中。但是在进给轴控制方面，仍存在着一些问题，进给轴速度不稳定、振动、抖动的现象时常发生，特别是使用了一定年限的机床，更易发生这种现象。这类故障常常伴有伺服单元过流、失速报警、数控系统的误差过大报警以及轮廓监控或位置失掉信号报警。近年来，随着我国经济水平的发展，数控机床也渐渐占据了装备制造业的主导地位，数控技术也成为了衡量一个国家经济发展水平及国防建设能力的一个重要的标准之一。数控机床的可靠性直接影响数控机床的使用,影响加工精度及生产率,更影响人们对数控机床的使用信心。随着数控机床行业不断发展，对数控系统控制精度和稳定性要求也越来越高。各系统生产商在不断挖掘系统新功能和扩大系统控制轴数的同时，不断完善和提高系统的综合性能，然而数控车床的进给轴控制系统始终基于上述控制理论。对于数控系统二次开发的车床生产厂商来说，此控制理论将贯穿整个车床设计和调试过程，也为产品故障诊断和解决提供理论基础支持。2.数控车床的介绍2.1 数控车床的概述数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果。2.2 数控车床的组成虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。图1-1是数控车床的基本组成方框图。图2-1 数控车床的基本组成方框图 1. 车床主体除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外，目前大部分数控车床均已通过专门设计并定型生产。 1）主轴与主轴箱主轴 数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小、回转速度影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响到车床的自动化程度。主轴箱 具有有级自动调速功能的数控车床，其主轴箱内的传动机构已经大大简化；具有无级自动调速(包括定向准停)的数控车床，起机械传动变速和变向作用的机构已经不复存在了，其主轴箱也成了轴承座及润滑箱的代名词；对于改造式(具有手动操作和自动控制加工双重功能)数控车床，则基本上保留其原有的主轴箱。2）导轨 数控车床的导轨是保证进给运动准确性的重要部件。它在很大程度上影响车床的刚度、精度及低速进给时的平稳性，是影响零件加工质量的重要因素之一。除部分数控车床仍沿用传统的滑动导轨(金属型)外，定型生产的数控车床已较多地采用贴塑导轨。这种新型滑动导轨的摩擦系数小，其耐磨性、耐腐蚀性及吸震性好，润滑条件也比较优越。3）机械传动机构除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上，作了大幅度的简化。如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构，并在驱动电动机至丝杠间增设了(少数车床未增设)可消除其侧隙的齿轮副。螺旋传动机构 数控车床中的螺旋副，是将驱动电动机所输出的旋转运动转换成刀架在纵、横方向上直线运动的运动副。构成螺旋传动机构的部件，一般为滚珠丝杠副，如图1-2所示。1一螺母 2一丝杠 3一滚珠 4一滚珠循环装置图1-2 滚珠丝杠副滚珠丝杠副的摩擦阻力小，可消除轴向间隙及预紧，故传动效率及精度高，运动稳定，动作灵敏。但结构较复杂，制造技术要求较高，所以成本也较高。另外，自行调整其间隙大小时，难度亦较大。齿轮副 在较多数控车床的驱动机构中，其驱动电动机与进给丝杠间设置有一个简单的齿轮箱（架）。齿轮副的主要作用是，保证车床进给运动的脉冲当量符合要求，避免丝杠可能产生的轴向窜动对驱动电动机的不利影响。4）自动转动刀架 除了车削中心采用随机换刀(带刀库)的自动换刀装置外，数控车床一般带有固定刀位的自动转位刀架，有的车床还带有各种形式的双刀架。5）检测反馈装置检测反馈装置是数控车床的重要组成部分，对加工精度、生产效率和自动化程度有很大影响。检测装置包括位移检测装置和工件尺寸检测装置两大类，其中工件尺寸检测装置又分为机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置两种。工件尺寸检测装置仅在少量的高档数控车床上配用。6）对刀装置除了极少数专用性质的数控车床外，普通数控车床几乎都采用了各种形式的自动转位刀架，以进行多刀车削。这样，每把刀的刀位点在刀架上安装的位置，或相对于车床固定原点的位置，都需要对刀、调整和测量，并以确认，以保证零件的加工质量。（2） 数控装置和伺服系统数控车床与普通车床的主要区别就在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。如果说，数控车床的检测装置相当于人的眼睛，那么，数控装置相当于人的大脑，伺服系统则相当于人的双手。这样，就不难看出这两大部分在数控车床中所处的重要位置了。 数控装置 数控装置的核心是计算机及其软件，它在数控车床中起“指挥”作用：数控装置接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发出执行命令；在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。伺服系统 伺服系统准确地执行数控装置发出的命令，通过驱动电路和执行元件（如步进电机等），完成数控装置所要求的各种位移。 1.3 数控车床加工的工作原理数控车床的工作过程如图1-3所示。图1-3 数控车床的工作过程 （1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。（2）用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。（3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。（4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元（MCU）。（5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令。（6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。第二章 数控车床的进给系统2.1进给系统的概述数控机床的进给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，亦称检测系统。数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力等特点。目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置有以下几种：滚珠丝杠副、静压蜗杆一蜗母条、预加载荷双齿轮齿条及直线电动机。数控车床的进给传动系统多采用伺服电机直接或通过同步齿形带带动滚珠丝杠旋转。 其横向进给传动系统是带动刀架作横向（X 轴）移动的装置，它控制工件的径向尺寸；纵向进给装置是带动刀架作轴向（Z 轴）运动的装置，它控制工件的轴向尺寸。2.1.1进给系统的分类及工作原理进给伺服系统用于完成坐标轴的驱动，是数控机床的重要组成部分。数控机床的伺服系统和常规机床的进给系统有着本质的区别：常规机床的进给系统只能传送恒定的驱动力和速度，不能接受随机信号对其进行修正伺服驱动系统是一个完整的控制系统它由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。伺服驱动的作用，是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的工件，即把数控装置送来的微弱指令信号，放大成能驱动伺动电动机的大功率信号。常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。根据接收指令的不同，伺服驱动有脉冲式和模拟式，而模拟式伺服驱动方式按驱动电动机的电源种类，可分为直流伺服驱动和交流伺服驱动。步进电动机采用脉冲驱动方式，交、直流伺服电动机采用模拟式驱动方式。电-机伺服进给系统 当前广泛应用的电-机伺服直线进给系统，通常由变频调速电机、机械传动环节、机床滑台和位置调节测量系统组成，见图2-1。图2-1 电-机伺服进给系统构造原理 带有数字式变频接口的同步电动机越来越多地用作驱动源。为了抵消几何误差和提高直线运动的动态性能，同步电动机通过抗扭的小惯量联轴节同滚珠丝杆传动副相连。如果需要变速或减小惯量力矩以适应电机特性，可以应用齿形带传动。为了优化高速传动滚珠丝杆的定位，最好使用特制的向心推力球轴承。成型滚动导轨能够满足高速导向的要求。直接或间接位置测量光学系统采用增量式计数，通过应用特殊的插值方法，可以使测量分辨率在(4060)m/min 进给速度下达到1?m以内。上述组件的任意组合可能导致局部发生矛盾的作用，会影响高速进给系统的功效，需要仔细选择优化。直线电机驱动的进给系统固有频率woL600s-1，比电-机伺服进给系统的固有频率woL=(40120)s-1提高数倍。加上定位精度高和调节频带宽，运动速度高和加速能力极强，直接直线驱动尤其在测量系统中、激光和高速切削加工中得到应用。 图2-2 直流电机工作原理 直线电机由原始级和次级部件两个要素构成，见图2-2。原始级部件常用旋转式电机的定子来比拟。次级部件是永久磁铁所在之处或者异步电机中作为反应件工作的那部分。直线电机也有同步和异步之分。同步电机的次级部件必须在整个进给长度上配装有相对昂贵的永久磁铁。需要量比旋转式电机多许多倍。另一个缺点是失电时仍具有磁吸引力，而且很难通过罩盖阻切止屑粘附在次级部件上，加大了装配和去屑的难度。异步电机的次级部件由短路棒组成，制造上价廉物美，在行程很长时明显比永久磁铁励磁的电机便宜。同步电机的基本优点是持续进给力较高，次级部件中无电功率损失。能否可及时地保护次级部件避免在生产时受到切屑影响，将决定同步电机在金属切削机床上的用。 通过位置的时间微分或者借助状态观察器估计，可以确定直线电机进给系统的进给速度。同旋转式电机相比，当进给速度较高时，由于所谓的长度末端效应直线电机的运动可能发生偏差。伺服系统性能的高低会直接影响数控机床加工的速度、位置精度及加工的形状精度。在使用较多的交流伺服系统中，一些制造商已经在伺服系统内部设置了提高控制精度和防止产生机械振动的电路和控制软件，在机床安装调试时伺服系统可以自动进行过程均衡。2.1.2 进给系统的控制原理一般情况，机床单轴模拟进给系统构成如图2-3 所示，数控系统主要用于对位置运动的控制。在给定位置输入Xi(s)后就会产生位置偏差信号E(s)，伺服驱动系统就根据此偏差驱动电机带动丝杆转动，并通过丝杆螺母移动工作台产生位移输出X0(s)，固定在工作台上的直线位移检测装置（光栅尺）将输出X0(s)检测出来，检测结果再经过放大作为反馈信号B(s)与输入Xi(s)进行比较。如果跟随误差E(s)= Xi(s)- X0(s)0，则继续通过驱动装置驱动工作台移动直到跟随误差E(s)=0，系统输出才会停止改变。这就是典型的反馈控制回路，如无反馈回路，则此系统为开环控制系统。电流环一般包含在所用的驱动器中，而速度环仅检测电机和丝杆的转速，所以在此处暂不考虑电流环和速度环。图2-3 数控机床进给系统2.1.2进给系统的技术需求 我们常见的数控系统有SIEMENS和FANUC.以下是FANUC系统技术参数：床身上最大工件回转直径：410mm；滑板上最大工件回转直径：210mm；尾架套筒行程：100mm最大加工长度：750mm；X/Z轴最大行程：200/750mm主轴通孔直径：52 mm、定位精度 纵向(z) 0.04mm 横向(x) 0.035mm重复定位精度：纵向(z) 0.010mm 横向(x) 0.0075mm快速进给速度：X轴（横向）4000mm/minZ轴（纵向）6000mm/min主轴转速：100-2500rpm主电机功率：5.5Kw；刀架：4工位电动刀架；第三章 进给系统控制的实现3.1进给系统硬件连接如图3-1是数控系统与进给系统的硬件连接图。图3-1数控系统通过外部电路获取进给系统的工作状态信息并对其进行控制，其中X信号为进给统反馈给数控系统的工作状态，Y信号为数控系统输出的相应执行动作或故障提示信息。图3-2所示为车床电路线路图。当系统输出点输出高电平时，继电器KA24线圈得电，KA24的常开触点闭合，交流接触器KM4的线圈得电（AC220V），KM4常开触点闭合，进给系统中的伺服电动机得电（AC380V），伺服电动机启动。 强电电路中的QM4为三相断路器，正常情况下一直处于导通状态，起过载及短路保护功能，其可配一个常开或常闭触点，向系统输出一个过载保护信号。图3-23.2进给系统PLC控制设计数控机床通过CNC和PMC的共同作用来完成控制功能，其中CNC主要完成与数字运算和管理有关的功能，如零件程序的编辑、插补运算、译码、刀具运动的位置伺服控制等。而PMC主要完成与逻辑运算有关的一些辅助动作，如工件的装夹、刀具的更换、润滑系统的控制等。PLC程序是PMC的灵魂，是辅助动作控制的根本。图3-3中为CNC、PMC和MT（机床）之间接口信号的关系。其中X信号为MTPMC的信号，Y信号为PMCMT的信号，F信号为CNCPMC的信号，G信号为PMCCNC的信号。润滑系统实现的PLC程序如下所示（基于SINUMERIK系统）：SM0.0为常“1”信号SM0.1第一次PLC循环为“1”后面循环为“0”该网络中X轴和Z轴根据从网络1中所获得的信号分别相应的启动X轴和Z轴。另外我们还要根据机床参数表设置MD14512。在网络4中通过机床参数MD14512的设置，机床输出+X轴和X轴参数到NCK，使得第一坐标系得到有效的运行。在网络6中通过机床参数MD14512的设置，机床输出+Z轴和Z轴参数到NCK，使得第三坐标系得到有效的运行。 在网络9中通过发送坐标轴X轴和Z轴回原点信号到NCK，使得机床坐标轴X轴和Z轴完成回原点动作。在网络10中通过相关信号的执行进行相关的制动表3-1 PLC 802存储器地址分配及范围存储器地址操作符说明范围V（变量存储器）变量V0.0到V99999999.7L（局部变量存储器）局部变量L00.0到L64.7表3-2变量V存储器的地址构成类型标记（DB号）区号（通道号，轴号）分区号偏移量00000000（00-99）（00-99）（0-9）（000-999）表3-3主程序块的信号说明符号地址标准地址注释ONESM0.0常“1”标志位SCAN-1STSM0.1PLC第一个扫描循环为“1”后为“0”MD14512-11-0V45001011.0冷却控制功能激活，PLC参数MD14512-11-1V45001011.1润滑控制功能激活，PLC参数MD14512-18-2V45001018.2初始上电进行润滑，PLC参数ZEROM122.0常“0”标志位OUTO-2M102.2Q0.2的输出缓冲寄存器位OUTO-3M102.3Q0.3的输出缓冲寄存器位M-CK-LED5V11000000.4MCP信号，用户自定义指示灯LED5，在CK5上M-CK-LED6V11000000.5MCP信号，用户自定义指示灯LED6，在CK6上NULL-bM127.7预留空位L-D-mwMW96润滑时间由MD14510（25）赋值L-I-mwMW94润滑间隔时间，由机床参数MD14510（25）赋值第四章 进给轴调试4.1数控车床基本操作与调试1 参考点操作： （ 1 ）先检查一下各轴是否在参考点的内侧，如不在，则应手动回到参考点的内侧，以避免回参考点时产生超程（ 2 ）按功能键区的“回零”功能按键（ 3 ）分别按 +X 、 +Z 轴移动方向按键，使各轴返回参考点，回参考点后，相应的指示灯将点亮。 2 点动、步进操作 （ 1 ）按功能键区的“手动”或“增量”功能按键（ 2 ）“增量”时按倍率选择键 x1 、 x10 、 x100 、 x1000 选择增量进给的倍率大小（ 3 ）按机床操作面板上的“ +X ”或“ +Z ”键，则刀具向 X 或 Z 轴的正方向移动，按机床操作面板上的“ X ”或“ Z ”键，则刀具向 X 或 Z 轴的负方向移动；（ 4 ）如欲使某坐标轴快速移动，只要在按住某轴的“”或“”键的同时，按住“快移”键即可。 3 MDI 操作 （ 1 ）在主菜单下，按 F4 键选择 MDI 功能；（ 2 ）再按 F6 键选择 MDI 运行功能项；（ 3 ）在菜单行上部的提示输入行上将出现光标，在光标处输入想要执行的 MDI 程序段，此时可左右移动光标以修改程序；如输入： G91 G01 X20.0 Z20.0 F200 ；然后按“ Enter ”键 （ 4 ）按功能键区的“自动”键选择为自动运行方式（ 5 ）按“循环启动”键，则所输入的程序将立即运行；（ 6 ）在运行过程中，按“循环停止”键，则刀具将停止运动，但主轴并不停转，此时再按“循环启动”键即可继续运行程序； 4 程序输入及调试 （ 1 ）在主菜单下按 F2 键选择“程序编辑”“文件管理”“新建文件”进行。之后在光标处输入程序号并回车，然后即可开始输入编辑程序。程序编写完成后可按 F4 功能键保存。（ 2 ）要想调入已编写好的程序，应在主菜单下按“自动加工”“程序选择”“磁盘程序”，至出现程序列表后再移动光标到需调入的程序号处并按“ Enter ”键回车即可，若当前页没有所需程序，可按“ Pgup ”、“ Pgdn ”前后翻页查找。（ 3 ）当用上述方法调入某程序，并对好刀后，即可按“循环启动”键开始自动运行。如中途想暂停运行，可按机床面板上的“进给保持”键，则 X 、 Z 轴方向的进给将暂时停止，直至再按“循环启动”时便可继续执行（此时主轴并不停转，若要主轴停应按“主轴停转”键，但按循环启动前必须先按“主轴正转”键启动主轴）。若想彻底中断程序的继续运行，可按菜单键区上的功能键 F7 “停止运行” “ Y ”来中止自动运行。 4.2进给系统传动部件1、滚珠丝杠螺母副 数控加工时，需将旋转运动转变成直线运动，故采用丝杠螺母传动机构。数控机床上一般采用滚珠丝杠， 如图 2 - 19 所示，它可将滑动摩擦变为滚动摩擦，满足进给系统减少摩擦的基本要求。该传动副传动效率高，摩擦力小，并可消除间隙，无反向空行程；但制造成本高，不能自锁，尺寸亦不能太大，一般用于中小型数控机床的直线进给。2、回转工作台 为 了扩大数控机床的工艺范围，数控机床除了沿 X、 Y、 Z 三个坐标轴作直线进给外，往往还需要有绕 Y 或 Z 轴的圆周进给运动。数控机床的圆周进给运动一般由回转工作台来实现，对于加工中 心，回转工作台已成为一个不可缺少的部件。 数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台 。 （ 1 ） 分度工作台 分度工作台只能完成分度运动,不能实现圆周进给，它是按照数控系统的指令，在需要分度时将工作台连同工件回转一定的角度。分度时也可以采用手动分度。分度工作台一般只能回转规定的角度 ( 如 90、 60 和 45 度 等 ) 。 （ 2 ） 数控回转工作台 数控回转工作台外观上与分度工作台相似，但内部结构和功用大不相同。 数控回转工作台的主要作用是根据数控装置发出的指令脉冲信号，完成圆周进给运动，进行各种圆弧加工或曲面加工，它也可以进行分度工作。 3、导轨 导轨是进给传动系统的重要环节，是机床基本结构的要素之一，它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度与精度保持性。目前，数控机床上的导轨形式主要有滑动导轨、滚动导轨和液体静压导轨等。 （ 1 ） 滑动导轨 滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优点, 在数控机床上应用广泛，目前多数使用金属对塑料形式，称为贴塑导轨，如图2-20所示 。贴塑滑动导轨的特点：摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工艺性好、速度较低。 （ 2 ） 滚动导轨滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体，使导轨面之间为滚动摩擦而不是滑动擦擦。滚动导轨与滑动导轨相比，其灵敏度高，摩擦系数小，且动、静摩擦系数相差很小，因而运动均匀，尤其是在低速移动时，不易出现爬行现象；定位精度高，重复定位精度可达0.2 m ；牵引力小 ，移动轻便 ；磨损小，精度保持性好，使用寿命长。但滚动导轨的抗振性差，对防护要求高, 结构复杂，制造困难，成本高 。4.2.1 进给系统机械结构特点1、高传动刚度进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝杆螺母副(直线运动)或蜗轮蜗杆副(回转运动)及其支承部件的刚度。刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现象以及造成反向死区，影响传动准确性。缩短传动链，合理选择丝杆尺寸以及对丝杆螺母副及支承部件等预紧是提高传动刚度的有效途径。2高谐振为提高进给系统的抗振性，应使机械构件具有高的固有频率和合适的阻尼，一般要求机械传动系统的固有频率应高于伺服驱动系统固有频率的23倍。3低摩擦进给传动系统要求运动平稳，定位准确，快速响应特性好，必须减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦系数之差，在进给传动系统中现普遍采用滚珠丝杆螺母副。4低惯量进给系统由于经常需进行起动、停止、变速或反向，若机械传动装置惯量大，会增大负载并使系统动态性能变差。因此在满足强度与刚度的前提下，应尽可能减小运动部件的重量以及各传动元件的尺寸，以提高传动部件对指令的快速响应能力。5无间隙机械间隙是造成进给系统反向死区的另一主要原因，因此对传动链的各个环节，包括：齿轮副、丝杆螺母副、联轴器及其支承部件等等均应采用消除间隙的结构措施。第五章 伺服报警处理5.1进给伺服系统各类故障的表现形式 当进给伺服系统出现故障时，通常有三种表现方式：1. 在CRT或操作面板上显示报警内容和报警信息，它是利用软件的诊断程序来实现的。 2. 利用进给伺服驱动单元上的硬件（如：报警灯或数码管指示，保险丝熔断等）显示报警驱动单元的故障信息； 3. 进给运动不正常，但无任何报警信息。 其中前两类，都可根据生产厂家或公司提供的产品维修说明书中有关“各种报警信息产生的可能原因”的提示进行分析判断，一般都能确诊故障原因、部位。对于第三类故障，则需要进行综合分析，这类故障往往是以机床上工作不正常的形式出现的，如机床失控、机床振动及工件加工质量太差等。伺服系统的故障诊断，虽然由于伺服驱动系统生产厂家的不同，在具体做法上可能有所区别，但其基本检查方法与诊断原理却是一致的。诊断伺服系统的故障，一般可利用状态指示灯诊断法、数控系统报警显示的诊断法、系统诊断信号的检查法、原理分析法的等等。5.2软件报警（CRT显示）故障及处理1.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。例：下表为FANUC PWM速度控制单元的控制板上的7个报警指示灯，分别是BRK、HVAL、HCAL、OVC、LVAL、TGLS以及DCAL；在它们下方还有PRDY（位置控制已准备好信号）和VRDY（速度控制单元已准备好信号）2个状态指示灯，其含义见表5-1。表5-1速度控制单元状态指示灯一览表代号含义备注代号含义备注BRK驱动器主回路熔断器跳闸红色TGLS转速太高红色HCAL驱动器过电流报警红色DCAL直流母线过电压报警红色HVAL驱动器过电压报警红色PRAY位置控制准备好绿色OVC驱动器过载报警红色VRDY速度控制单元准备好绿色LVAL驱动器欠电压报警红色备注：表示出于含义说明中是的状态2.检测元件（测速发电动机、旋转变压器或脉冲编码器）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：a.电动机动力线断线。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。 b.伺服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动机等。 c.没有速度反馈电压或时有时无，这可用显示其来测量速度反馈信号来判断，这类故障除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”，这时，重新开机，可能会自动消除故障。 3.参数被破坏参数被破坏报警表示伺服单元中的参数由于某些原因引起混乱或丢失。引起此报警的通常原因及常规处理见表5-2。 表5-2“参数被破坏”报警综述警报内容警报发生状况可能原因处理措施参数破坏在接通控制电源时发生正在设定参数时电源断开进行用户参数初始化后重新输入参数正在写入参数时电源断开超出参数的写入次数更换伺服驱动器（重新评估参数写入法）伺服驱动器EEPROM以及外围电路故障更换伺服驱动器参数设定异常在接通控制电源时发生装入了设定不适当的参数执行用户参数初始化处理4.主电路检测部分异常引起此报警的通常原因及常规处理见下表5-3。 表5-3“主电路检测部分异常”报警综述警报内容警报发生状况可能原因处理措施主电路检测部分异常在接通控制电源时或者运行过程中发生控制电源不稳定将电源恢复正常伺服驱动器故障更换伺服驱动器5.超速引起此报警的通常原因及常规处理见下表5-4。 表5-4“超速”报警综述警报内容警报发生状况可能原因处理措施超速接通控制电源时发生电路板故障更换伺服驱动器电动机编码器故障更换编码器电动机运转过程中发生速度标定设定不合适重设速度设定速度指令过大使速度指令减到规定范围内电动机编码器信号线故障重新布线电动机编码器故障更换编码器电动机启动时发生超跳过大重设伺服调整使起动特性曲线变缓负载惯量过大伺服在惯量减到规定范围内6.限位动作限位报警主要指的就是超程报警。引起此报警的通常原因及常规处理见下表5-5。表5-5“限位”报警综述警报发生状况可能原因处理措施限位开关动作限位开关有动作（即控制轴实际已经超程）；参照机床使用说明书进行超程解除限位开关电路开路。依次检查限位电路，处理电路开路故障7.过热报警故障所谓过热是指伺服单元、变压器及伺服电动机等的过热。引起过热报警的原因见表5-6。 表5-6 伺服单元过热报警原因综述表过热报警过热的具体表现过热原因处理措施过热的继电器动作机床切削条较苛刻重新考虑切削参数，改善切削条件机床摩擦力矩过大改善机床润滑条件热控开关动作伺服电动机电枢内部短路或绝缘不良加绝缘层或更换伺服电动机电动机制动器不良更换制动器电动机永久磁钢去磁或脱落更换电动机电动机过热驱动器参数增益不当；重新设置相应参数驱动器与电动机配合不当；重新考虑配合条件电动机轴承故障；更换轴承驱动器故障。更换驱动器例如：某伺服电动机过热报警，可能原因有：o 过负荷。可以通过测量电动机电流是否超过额定值来判断。 o 电动机线圈绝缘不良。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。 o 电动机线圈内部短路。可卸下电动机，测电动机空载电流，如果此电流与转速成正比变化，则可判断为电动机线圈内部短路。 o 电动机磁铁推辞。可通过快速旋转电动机时，测定电动机电枢电压是否正常。如电压低且发热，则说明电动机已退磁。应重新充磁。 o 制动器失灵。当电动机带有制动器时，如电动机过热则应检查制动器动作是否灵活。 o CNC装置的有关印制线路板不良。 8.电动机过载引起的通常原因及常规处理见表5-7。 表5-7伺服驱动系统过载报警综述表警报内容警报发生状况可能原因处理措施过载（一般有连续最大负载和瞬间最大负载）在接通控制电源时发生伺服单元故障更换伺服单元在伺服ON时发生电动机配线异常（配线不良或连接不良）修正电动机配线编码器配线异常（配线不良或连接不良）修正编码器配线编码器有故障（反馈脉冲与转角不成比例变化，而有跳跃）更换编码器伺服单元故障更换伺服单元在输入指令时伺服电动机不旋转的情况下发生电动机配线异常（配线不良或连接不良）修正电动机配线编码器配线异常（配线不良或连接不良）修正编码器配线起动扭矩超过最大扭矩或者负载有冲击现象；电动机振动或抖动；重新考虑负载条件、运行条件或者电动机容量伺服单元故障更换伺服单元在通常运行时发生有效扭矩超过额定扭矩或者起动扭矩大幅度超过额定扭矩重新考虑负载条件、运行条件或者电动机容量伺服单元存储盘温度过高将工作温度下调伺服单元故障更换伺服单元9.伺服单元过电流报警引起过流的通常原因及常规处理见下表5-8。 表5-8伺服单元过电流报警综述警报内容警报发生状况可能原因处理措施过电流（功率晶体管（IGBT）产生过电流）或者散热片过热在接通控制电源时发生伺服驱动器的电路板与热开关连接不良更换伺服驱动器伺服驱动器电路板故障在接通主电路电源时发生或者在电动机运行过程中产生过电流接 线 错 误U、V、W与地线连接错误检查配线，正确连接地线缠在其他端子上电动机主电路用电缆的U、V、W与地线之间短路修正或更换电动机主电路用电缆电动机主电路用电缆的U、V、W之间短路再生电阻配线错误检查配线，正确连接伺服驱动器的U、V、W与地线之间短路更换伺服驱动器伺服驱动器故障（电流反馈电路、功率晶体管或者电路板故障）伺服电动机的U、V、W与地线之间短路更换伺服单元伺服电动机的U、V、W之间短路其他原 因因负载转动惯量大并且高速旋转，动态制动器停止，制动电路故障更换伺服驱动器（减少负载或者降低使用转速）位置速度指令发生剧烈变化重新评估指令值负载是否过大，是否超出再生处理能力等重新考虑负载条件、运行条件伺服驱动器的安装方法（方向、与其他部分的间隔）不适合将伺服驱动器的环境温度下降到55一下伺服驱动器的风扇停止转动更换伺服驱动器伺服驱动器故障驱动器的IGBT损坏；最好是更换伺服驱动器电动机与驱动器不匹配重新选配10.伺服单元过电压报警引起过压的通常原因及常规处理见下表5-9。 表5-9伺服单元过电压报警综述警报内容警报发生状况可能原因处理措施过电压（伺服驱动器内部的主电路直流电压超过其最大值限）*在接通主电路电源时检测在接通控制电源时发生伺服驱动器电路板故障更换伺服驱动器在接通主电源时发生AC电源电压过大将AC电源电压调节到正常范围伺服驱动器故障更换伺服驱动器在通常运行时发生检查AC电源电压（是否有过大的变化）使用转速高，负载转动惯量过大（再生能力不足）检查并调整负载条件、运行条件内部或外接的再生放电电路故障（包括接线断开或破损等）最好是更换伺服驱动器伺服驱动器故障更换伺服驱动器在伺服电动机减速时发生使用转速高，负载转动惯量过大检查并重调整负载条件，运行条件加减速时间过小，在降速过程中引起过电压。调整加减速时间常数11.伺服单元欠电压报警引起欠电压的通常原因及常规处理见表5-10。 表5-10伺服单元欠电压报警综述警报内容警报发生状况可能原因处理措施电压不足（伺服驱动器内部的主电路直流电压低于其最小值限）在接通主电路电源时检测在接通控制电源时发生伺服驱动器电路板故障更换伺服驱动器电源容量太小更换容量大的驱动电源在接通主电路电源时发生AC电源电压过低将AC电源电压调节到正常范围伺服驱动器的保险丝熔断更换保险丝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）更换伺服驱动器（确认电源电压，减少主电路ON/OFF的频度）伺服ON信号提前有效检查外部似能电路是否短路伺服驱动器故障更换伺服驱动器在通常运行时发生AC电源电压低（是否有过大的压降）将AC电源电压调节到正常范围发生瞬时停电通过警报复位重新开始运行电动机主电路用电缆短路修正或更换电动机主电路用电缆伺服电动机短路更换伺服电动机伺服驱动器故障更换伺服驱动器整流器件损坏建议更换伺服驱动器12.位置偏差过大引起此故障的通常原因及常规处理见表5-11。 表5-11位置偏差过大报警综述警报内容警报发生状况可能原因处理措施位置偏差过大在接通控制电源时发生位置偏差参数设得过小重新设定正确参数伺服单元电路板故障更换伺服单元在高速旋转时发生伺服电动机的U、V、W的配线不正常（缺线）修正电动机配线修正编码器配线伺服单元电路板故障更换伺服单元在发出位置指令时电动机不旋转的情况下发生伺服电动机的U、V、W的配线不良修正电动机配线伺服单元电路板故障更换伺服单元动作正常，但在长指令时发生伺服单元的增益调整不良上调速度环增益、位置环增益位置指令脉冲的频率过高缓慢降低位置指令频率加入平滑功能重新评估电子齿轮比负载条件（扭矩、转动惯量）与电动机规格不符重新评估负载或者电动机容量例：某采用SIEMENS 810M的龙门加工中心，配套611A伺服驱动器，在X轴定位是，发现X轴存在明显的位置“过冲”现象，最终定位位置正确，系统无报警。分析与处理过程：由于系统无报警，坐标轴定位正确，可以确认故障是由于伺服驱动器或系统调整不良引起的。X轴位置“过冲”的实质是伺服进给系统存在超调。解决超调的方法有多种，如：减小加减速时间、提高速度环比例增益、降低速度环积分时间等等。对本机床，通过提高驱动器的速度环比例增益，降低速度环积分时间后，位置超调消除。13.再生故障引起此故障的通常原因及常规处理见表5-12。 表5-12再生故障及排除综述警报内容警报发生状况可能原因处理措施再生故障再生异常在接通控制电源时发生伺服单元电路板故障更换伺服单元在接通主电路电源时发生6kw以上时未接再生电阻连接再生电阻检查再生电阻是否配线不良修正外接再生电阻的配线伺服单元故障（再生晶体管、电压检测部分故障）更换伺服单元在通常运行时发生检查再生电阻是否配线不良、是否脱落修正外接再生电阻的配线再生电阻断线（再生能量是否过大）更换再生电阻或者更换伺服单元（重新考虑负载、运行条件）伺服单元故障（再生晶体管、电压检测部分故障）更换伺服单元再生过载在接通控制电源时发生伺服单元电路板故障更换伺服单元在接通主电路电源时发生电源电压超过270V校正电压在通常运行时发生（再生电阻温度上升幅度大）再生能量过大（如放电电阻开路或阻值太大）重新选择再生电阻容量或者重新考虑负载条件、运行条件处于连续再生状态在通常运行时发生（再生电阻温度上升幅度小）参数设定的容量小于外接再生电阻的容量（减速时间太短）校正用户参数的设定值伺服单元故障更换伺服单元在伺服电动机减速时发生再生能力过大重新选择再生电阻容量或者重新考虑负载条件、运行条件14.编码器出错引起此故障的通常原因及常规处理见表5-13。 表5-13编码器出错及排除警报内容警报发生状况可能原因处理措施编码器出错编码器电池警报电池连接不良、未连接正确连接电池电池电压低于规定值更换电池、重新起动伺服单元故障更换伺服单元编码器故障无A和 B相脉冲；建议更换脉冲编码器引线电缆短路或破损而引起通信错误；客观条件接地、屏蔽不良处理好接地15.漂移补偿量过大的报警引起此故障的通常原因及常规处理见表5-14。 表5-14漂移补偿量过大的报警综述警报内容可能原因处理措施漂移补偿量过大连接不良动力线连接不良、未连接正确连接动力线检测元件之间的连接不良正确连接反馈元件连接线数控系统的相关参数设置错误CNC系统中有关漂移量补偿的参数设定错误引起的重新设置参数硬件故障速度控制单元的位置控制部分更换此电路板或直接更换伺服单元总结毕业论文是大专学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的润滑系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及专业能力水平，掌握了机床电气图形符号与电气制图标准，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，得到了丰富经验，这是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业论文内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种润滑系统的适用条件，各种设备的选用标准，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和指导老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现的更为出色。在这个毕业设计中我对专业知识进一步了解的同时也对本专业的发展前景充满信心，因为水平有限论文中也存在一定的不足，这些不足在一定程度上限制了我们的创造力。我想在今后的学习工作中我肯定能把这些不足补满，让自己的空间充满创新。致谢我非常珍惜我做毕业设计的这段日子，也许是即将离开学校，也许是毕业设计这个系统的设计方案让我一点点的温习着以前学到的知识，它使我更好的认识到了自己的实际学习情况，也客观的反映出了我的很多不足之处，在这段时间里我学到了很多实际运用的知识，系统的巩固了自己以往所学习的知识。在本次设计中我的指导老师杨红霞老师给了我很多帮助和建议，对我的毕业设计也给出了很多宝贵的意见和其独到的见解。这对引导我的思路开阔我的视野有着很大的帮助，杨老师宽大的知识面和循循善诱的教学态度也深深的感染了我，谢谢杨老师在我做毕业设计的这段时间里对我的帮助和关爱！同时也感谢所有帮助着我支持着我的老师和同学，谢谢你们！参考文献：