伺服系统的故障诊断与维修.pptx

4.1,概 述,4.1.1,伺服驱动控制的基本要求 对进给伺服控制的基本要求是：位移精度高，快速响应好，系统稳定性好，高性能的伺服电动机及低速大转矩等。,4.1.2,伺服驱动控制的分类,1,开环伺服控制,#,第四章,伺服系统的故障诊断与维修,伺服系统的故障诊断与维修,伺服系统的故障诊断与维修,第1页,从检测装置来反馈信号与指令脉冲信号进行比较，得到位置偏差控制信号，经伺服放大器对偏差信号进行调整运算和功率放大，控制工作台修正偏差，按照指令脉冲运动，称为闭环伺服控制。,2,闭环伺服控制,伺服系统的故障诊断与维修,第2页,4.1.3,伺服控制主要故障形式,伺服控制主要有主轴伺服控制和进给伺服控制两种,:,主轴伺服控制系统故障形式主要有：,主轴定位不准；,主轴过载；,主轴振动及噪声；,主轴转速与坐标运动不匹配等。,进给伺服控制系统故障形式主要有以下几个,:,（,1,）伺服电动机过载；,（,2,）低速爬行,；,（,3,）振动与噪声；,（,4,）位置误差。,伺服系统的故障诊断与维修,第3页,4.2.1,常见主轴驱动系统,数控设备常见主轴伺服驱动主要有直流驱动方式和交流驱动方式两大类。直流主轴电动机有,SIEMENS,企业,1GG5,1GF5,1GL5,和,1GH5,等,4,个系列，配套驱动装置为,6RA24,6R27,，采取晶闸管控制系统。交流主轴电动机有,FUNUC,企业推出,S,系列电动机，其功率范围为,1.5,37kW,，采取晶体管,PWM,逆变器实现驱动控制。,SIEMENS,企业也推出了,1PH5,及,1PH6,系列交流伺服电动机，其功率为,3,100kW,，采取晶体管,SPWM,变频驱动控制。我国产品主要有上海开通企业,KT,系列全数字交流伺服驱动控制系统。,返 回,伺服系统的故障诊断与维修,第4页,4.2.2,主轴伺服驱动控制连接,KT270,伺服驱动系统与,KT590,数控系统连接图,如图所表示：,返 回,伺服系统的故障诊断与维修,第5页,4.2.3,交流伺服控制系统调试,下面以华中世纪星数控系统（,HNC-21TF,）与松下,MSDA,型交流伺服控制驱动器、,MSMA,型交流伺服电动机连接控制为例，说明该系统调试内容和方法。,HNC-21TF,数控系统与伺服控制器、交流伺服电动机连接,伺服系统的故障诊断与维修,第6页,4.2.4,交流主轴伺服系统主要故障及诊疗,常见交流主轴伺服系统主要故障有以下几个。,1,过载；,2,主轴定位抖动,；,3,主轴转速与进给不匹配。,4.3,进给伺服控制系统故障诊疗,4.3.1,常见进给伺服控制系统,常见进给伺服控制方式主要有直流进给伺服驱动、交流进给伺服驱动以及步进电动机进给伺服驱动等。,4.3.2,步进电动机进给伺服控制,1,步进电动机主要性能参数,（,1,）步距角误差 步进电动机步距角公式：,=360,/,mZK,伺服系统的故障诊断与维修,第7页,（,2,）开启频率；,（,3,）矩频特征与动态转矩,；,（,4,）静态转矩与矩角特征,。,矩频特征曲线 步进电动机静态矩角特征,伺服系统的故障诊断与维修,第8页,步进电机外观图,伺服系统的故障诊断与维修,第9页,4.4,位置检测装置安装调整与故障诊疗,4.4.1,位置检测装置基础要求及分类,1,位置检测装置基础要求,能满足移动部件精度和速度要求；,使用、维护简单、方便，成本低；,寿命长，抗各种干扰能力强，能适应生产现场工作环境；,在检测范围内，能满足精度和速度要求,。,2,位置检测装置分类,按测量方式不一样，位置检测装置可分为增量式和绝对式检测装置。按被测量不一样，位置检测装置可分为数字量和模拟量检测装置。,伺服系统的故障诊断与维修,第10页,常见位置检测装置分类,回转型检测装置,直线型检测装置,数字式检测装置,模拟式检测装置,数字式检测装置,模拟式检测装置,光电盘,同时分解器,直线光栅,直线感应同时器,数码盘,圆形感应同时器,多通道透射光栅,直磁尺,圆光栅,圆形磁尺,计量光栅,绝对值式磁尺,伺服系统的故障诊断与维修,第11页,4.4.2,光栅检测装置,1,光栅检测装置组成,光栅是在一块长条形光学玻璃上用摄影腐蚀法制成许多密集线纹。线纹间距和宽度相等并与运动方向垂直，形成连续透光区和不透光区。线纹之间间距称为栅距，常见光栅有每毫米刻,50,条、,100,条及,200,条。,1,光电池；,2,4,聚光镜；,3,夹缝；,5,光源；,G,1,标尺光栅；,G,2,指示光栅,图透射光栅和反射光栅,1,光电池；,2,4,聚光镜；,3,夹缝；,5,光源；,G,1,标尺光栅；,G,2,指示光栅,图,4.13,透射光栅和反射光栅,伺服系统的故障诊断与维修,第12页,光栅尺及数显表,伺服系统的故障诊断与维修,第13页,光栅尺在机床导轨上安装,伺服系统的故障诊断与维修,第14页,2,光栅尺安装与调整,1,床身；,2,光栅尺；,3,扫描头；,4,滚珠丝杠螺母副；,5,床鞍,光栅尺在机床上安装示意图,伺服系统的故障诊断与维修,第15页,4.4.3,感应同时器检测装置,1,感应同时器结构,感应同时器由定尺和滑尺两个别组成。定尺安装在移动部件导轨上，其长度应大于被检测件长度；滑尺较短，安装在运动部件上。定尺和滑尺均由基板（钢或铝合金板）、平面绕组和保护屏蔽层等个别组成。,伺服系统的故障诊断与维修,第16页,2,感应同时器工作原理,1,、对滑尺上绕组通以交流电，依据电磁原理，将在定尺绕组上感应出电压，定尺绕组中感应电压是滑尺上正弦绕组和余弦绕组所产生感应电压矢量和。滑尺每移动一个节距，定尺上感应电压按余弦规律改变一周,。,2,、因为定尺上感应电压改变周期与滑尺相对定尺移动节距,2,对应，而节距又与工作台实际位移,x,相关，从而能够间接对工作台位移进行检测，这就是感应同时器工作原理。,伺服系统的故障诊断与维修,第17页,3,感应同时器安装与调整,1,、感应同时器定尺安装在移动部件导轨上，其长度应大于被检测件长度，滑尺较短，安装在运动部件上。感应同时器安装时，两尺保持平行，两尺之间间隙为（,0.250.05,）,mm,，普通定尺每段长,250mm,。,2,、为确保检测精度，要求定尺侧母线与机床导轨基准面平行度允差在全长内为,0.1mm,，滑尺侧母线与机床导轨基准面平行度允差在全长内为,0.02mm,，定尺与滑尺之间间隙应确保在（,0.250.05,）,mm,之内。,感应同时器安装总图：,伺服系统的故障诊断与维修,第18页,4.4.4,编码器检测装置,1,光电盘编码器工作原理,1,印制电路板；,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,图,4.17,光电盘编码器结构图,1,印制电路板；,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,图,4.17,光电盘编码器结构图,伺服系统的故障诊断与维修,第19页,2,编码器安装与调整,编码器安装主要采取与伺服电动机同轴连联方式，也有采取安装在传动链末端方式，称为外装式安装。编码器安装中主要问题是预防连接松动。对联轴器连接要求以下：,两轴之间误差应小于要求值；,夹紧螺钉转矩应到达要求值，螺钉要用防松剂封固；,驱动轴轴径尺寸精度要求：普通型采取,f7,，精密型采取,h6,。,对于外装式安装，要注意传动件配合尺寸精度，同时带张紧要适当，安装时要注意消除传动间隙。另外，安装、拆卸编码器时，要预防用力过大，以免轴变形。,伺服系统的故障诊断与维修,第20页,4.4.5,旋转变压器,1,旋转变压器结构及工作原理,图,4.18,无刷旋转变压器结构图,旋转变压器由定子和转子组成，定子绕组相当于变压器原边，转子绕组相当于变压器副边。将励磁电压接到原边时，转子上感应输出电压与转子角位移成固定函数关系，所以能够用做角度检测。,伺服系统的故障诊断与维修,第21页,2,旋转变压器安装,（,1,）安装部位,旋转变压器安装主要有两种方式：,与电动机同轴；,与最终传动步骤同轴。,（,2,）轴连接方式,直接连接。经过各种联轴器连接。联轴器形式有锥销套筒型、夹紧环型、波纹管型及膜片型等。,间接连接。经过齿轮或同时带传动。,伺服系统的故障诊断与维修,第22页,4.4.6,位置检测装置维护与故障诊疗,位置检测装置维护包含以下几方面内容。,1,光栅维护,（,1,）防污,（,2,）防震,2,光电脉冲编码器维护,（,1,）防震和防污,（,2,）预防连接松动,3,旋转变压器维护,安装接线时，普通定子电阻阻值稍大，有时赔偿绕组自行短接或接入一个阻值。,因为结构上与绕线转子异步电动机相同，所以，碳刷磨损到一定程度后要更换。,旋转变压器与伺服电动机同轴连接时，要确保同轴连接精度，对传动链中全部零件必须消除传动间隙。,伺服系统的故障诊断与维修,第23页,4.5,伺服系统故障诊疗与维修实例,【,例,1】,一数控设备出现进给轴飞车失控故障。,该机床伺服系统为西门子,6SC610,驱动装置和,1FT5,交流伺服电动机并配有,ROD320,编码器。在排除数控系统、驱动装置及速度反馈等故障原因后，将故障定位于位置检测控制。经检验，编码器输出电缆及连接器均正常，拆开,ROD320,编码器，发觉一紧固螺钉脱落并置于,+5V,与接地端之间，造成电源短路，编码器无信号输出，数控系统处于位置环开环状态，从而引发飞车失控故障。,伺服系统的故障诊断与维修,第24页,【,例,2,】,有一台德国,SHIESS KOPP,企业,FSK32.3,凸轮磨床出现,V,轴失控，定位不准故障,该类故障是因为机床在加工中砂轮高速旋转，使切削液成雾状，进入,Heidenhain,光栅尺内，使光栅污染，形成盲点造成。经过对光栅动尺和静尺进行清洗，故障普通可排除。但此次清洗后故障不能排除，故怀疑是光栅尺或脉冲整形电路问题。,由光栅尺来正弦信号经过,EXE,脉冲整形放大电路后，形成方波，经,J,3,送入,NC,控制系统。机床运行时，在,J,3,插件处测其输出方波，发觉有一路输出电压偏低,伺服系统的故障诊断与维修,第25页,