數(shù)控機床故障診斷與維修單元六課件

1、單元六6.1進給驅(qū)動系統(tǒng)6.1.1進給驅(qū)動系統(tǒng)的特點1.進給驅(qū)動系統(tǒng)的性能進給伺服系統(tǒng)包括進給驅(qū)動單元及進給伺服電動機,它們應該在以下三個方面滿足數(shù)控機床整機的要求。 1)精度高。要有較好的靜態(tài)特性和較高的伺服剛度,以保證機床具有較高的定位精度和輪廓加工精度,定位精度一般為0.010.001mm,甚至達到0.1m。同時伺服系統(tǒng)還應具有較好的動態(tài)性能,以保證機床具有較高的輪廓跟隨精度。2)快速響應、無超調(diào)。為了提高生產(chǎn)率,進給伺服系統(tǒng)起、制動時,要有足夠的加速度,以縮短過渡過程時間,減小輪廓過渡誤差。伺服電動機從零轉(zhuǎn)速升到最高轉(zhuǎn)速,或從最高轉(zhuǎn)速降至零轉(zhuǎn)速的時間要小于200ms。要求快速響應、無超

2、調(diào),避免形成過切,影響加工質(zhì)量。同時,當負載突變時,要求恢復速度穩(wěn)定的時間極短,且不能有振蕩,這樣才能得到光滑的加工表面。勻、穩(wěn)定、無爬行條件下具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍 3)調(diào)速范圍寬。在數(shù)控加工中,由于所用刀具、被加工材料、主軸轉(zhuǎn)速以及進給速度等工藝條件各不相同,為保證任何情況下都能得到最佳切削條件,要求進給驅(qū)動系統(tǒng)在速度均 進給驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式主要按檢測信號的反饋形式劃分,即全閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制、開環(huán)控制。1)全閉環(huán)控制。當反饋信號從安裝在工作臺上的位置檢測器取出后送到數(shù)控裝置的位置偏差檢測器時,即構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng),主要應用在精度較高的數(shù)控機床上,如圖6-1a所示。2.進給驅(qū)動系統(tǒng)的控制

3、方式 圖6-1進給驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式2)半閉環(huán)控制。當反饋信號從安裝在伺服電動機上或與傳動絲杠連接的位置檢測器取出后送到數(shù)控裝置的位置偏差檢測器時,即構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng),如圖6-1b所示。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋信號取出點與運動部件的實際位置之間存在著聯(lián)軸器間隙、絲杠的螺距誤差、絲杠扭轉(zhuǎn)和絲杠軸向彈性變形等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差,因此其定位控制精度低于全閉環(huán)系統(tǒng)。對于一般精度的數(shù)控機床,通過對機械零件的嚴格選擇,必要時再加上采取螺距誤差補償和反向間隙補償?shù)却胧?是可以滿足精度要求的。如果機械零件的剛度選擇適當,裝配滿足技術(shù)要求,即使在沒有補償?shù)那闆r下,定位精度也可達(610)m/300mm。 3)開環(huán)控

4、制。開環(huán)控制沒有位置反饋,結(jié)構(gòu)簡單,一度在數(shù)控機床發(fā)展初期和通用機床數(shù)控化改造中起到了極其重要的作用。開環(huán)控制系統(tǒng)通常由步進電動機及驅(qū)動器組成,由于受步進電動機本身矩頻特性的約束,機床進給控制性能不是很高。現(xiàn)在隨著交流驅(qū)動系統(tǒng)性能的提升,其價格也在下降,在數(shù)控機床中的使用越來越普遍,許多原來使用步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)的機床已采用數(shù)字型交流驅(qū)動系統(tǒng)進行更新改造,改善了機床的進給控制性能。6.1.2進給驅(qū)動系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)速度控制是進給驅(qū)動系統(tǒng)的主要任務,速度控制單元是進給驅(qū)動系統(tǒng)的核心,速度環(huán)是精準控制電動機轉(zhuǎn)速的保證。根據(jù)伺服電動機的不同,進給驅(qū)動有直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)之分。在直流伺服系統(tǒng)中,采

5、用了脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)速控制方法;在交流伺服系統(tǒng)中,采用了變頻調(diào)速(PWM)調(diào)速控制方法。 1.直流伺服系統(tǒng)20世紀7080年代期間,直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)曾在數(shù)控機床控制領(lǐng)域占主導地位。大慣量直流電動機具有良好的寬調(diào)速特性,輸出轉(zhuǎn)矩大,過載能力強。由于電動機自身慣量與機床傳動部件的慣量相當,因此,所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)只要安裝前調(diào)整好,安裝到機床上幾乎不需再做調(diào)整,使用十分簡便。 直流伺服晶閘管SCR全控橋調(diào)速系統(tǒng)如圖6-2所示。直流伺服系統(tǒng)中采用脈寬調(diào)制調(diào)速(PWM)方法時功率放大電路的大功率晶體管處在開關(guān)狀態(tài)下,開關(guān)頻率保持恒定,用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)晶體管導通時間的方法供給電動機能量, 圖6-2直

6、流伺服晶閘管SCR全控橋調(diào)速系統(tǒng)從而使電動機電樞兩端獲得寬度隨時間變化的電脈沖,即通過脈寬連續(xù)變化,使電樞電壓的平均值也連續(xù)變化,實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)整。直流伺服系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制調(diào)速(PWM)框圖如圖6-3所示,其外形如圖6-4所示。 圖6-3直流伺服系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制調(diào)速(PWM)框圖 圖6-4直流伺服系統(tǒng)外形直流伺服電動機使用機械換向(電刷、換向器),因此存在一些磨損、需定期維護等方面的問題。而直流伺服電動機優(yōu)良的調(diào)速特性正是通過機械換向得到的,從而使這些缺點無法克服。2.交流伺服系統(tǒng)二十多年前,人們一直試圖用交流電動機代替直流電動機,但困難在于交流電動機很難達到直流電動機的調(diào)速性能。20

7、世紀90年代以后,由于交流伺服電動機結(jié)構(gòu)、控制方法以及制造材料的改進,尤其微電子技術(shù)和功率半導體器件應用技術(shù)的突破性進展,使交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展很快,現(xiàn)在已逐漸取代了直流伺服系統(tǒng)。 交流伺服電動機與直流伺服電動機相比的優(yōu)點不僅是制造簡單、體積小、重量輕、不需要維護,而且適于在惡劣的環(huán)境下工作。目前交流伺服控制系統(tǒng)已實現(xiàn)了全數(shù)字化,即除了驅(qū)動級外,全部功能均由微處理器完成,能高速度、實時地實現(xiàn)前饋控制、補償、最優(yōu)控制、自學習等功能。 圖6-6所示為雙極性SPWM通用型主電路,圖6-7所示為交流伺服系統(tǒng)框圖,圖6-8所示為交流伺服系統(tǒng)外形。 圖6-5交流伺服PWM原理 圖6-6雙極性SPWM通用型

8、主電路 圖6-7交流伺服系統(tǒng)框圖 圖6-8交流伺服系統(tǒng)外形圖6-9所示為6SC610系列模擬式交流伺服進給系統(tǒng)框圖,該系統(tǒng)由1FT5永磁式同步交流電動機和6SC610系列脈寬調(diào)制變頻器組成,變頻器采用模塊化的設(shè)計,額定電流為390A。交流電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?再經(jīng)逆變器(IGBT功率放大器)變成頻率變化的脈沖交流電,驅(qū)動交流伺服電動機運動,這種方式稱為交-直-交變頻調(diào)速。 圖6-96SC610系列模擬式交流伺服進給系統(tǒng)框圖3.數(shù)字型交流伺服進給系統(tǒng)數(shù)字型交流伺服進給系統(tǒng)的控制、運算、調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)全部由標準化微處理器電路來完成,形成數(shù)字轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)。6.1.3進給伺服單元的連接維修進給伺服系統(tǒng)

9、必須熟悉電路的連接,所有輸入/輸出信號的功能、信號的類型、性質(zhì),以及系統(tǒng)運行中各種狀態(tài)變化的情況。以下按模擬式和數(shù)字式伺服單元分別進行介紹。1.模擬式伺服單元連接(1)基本結(jié)構(gòu)模擬式伺服單元在一些數(shù)控機床上現(xiàn)在仍在使用。模擬式伺服系統(tǒng)位置環(huán)是由CNC裝置中大規(guī)模專用位置控制芯片LSI來控制的,速度控制和驅(qū)動電流控制在速度控制單元內(nèi)用IC等完成。速度控制單元的連接一般由電源、速度指令(VCMD)、速度反饋、設(shè)定、使能(ENABLE)、準備完成(READY)等信號組成。圖6-10所示為模擬式交流伺服單元的外連接。 圖6-10模擬式交流伺服單元的外連接 圖6-11模擬式伺服從CNC裝置到速度控制單元

10、的電纜插座內(nèi)部信號(3)模擬式速度控制單元面板LED亮時表示的報警狀態(tài)及處理 1)BRK報警(斷路器分斷)。故障原因及排除方法:如果斷路器已分斷,則先關(guān)斷電源,再將斷路器按鈕按下使其復位,待10min后再合上電源;如合上電源后斷路器又分斷,應檢查整流二極管模塊或電路板上的其他元件是否已損壞;檢查機械負載是否過大,以確認電動機負載電流是否超過額定值。 2)HVAL報警(高電壓報警)。輸入的交流電源電壓過高;或印制電路板不良。3)HCAL報警(大電流報警)。如有報警,則多為速度控制單元上的功率晶體管損壞。用萬用表測量晶體管的集電極、發(fā)射極之間的電阻,如果阻值小于100,則表明該晶體管已損壞。 4)

11、OVC報警(過載報警)。先確認機械負載是否正常,或可能是伺服電動機故障。5)LVAL報警(電源電壓低報警)。交流電源電壓低于正常值的15%;或伺服變壓器與速度控制單元連接不良。6)TGL5報警(速度反饋信號斷線報警)。確認是否有速度反饋電壓或反饋信號線斷線,或印制電路板設(shè)定錯誤,如將測速發(fā)電機設(shè)定為脈沖編碼器,也會產(chǎn)生斷線報警。7)DCAL報警(放電報警)。如果接通電源立即出現(xiàn)DCAL報警,多為續(xù)流二極管損壞;或印制電路板設(shè)定錯誤,應重新設(shè)定有關(guān)的短路棒;或伺服系統(tǒng)的加減速頻率太高。通常情況下,快速移動定位次數(shù)每秒不應超過12次。(1)基本結(jié)構(gòu)數(shù)字式交流伺服一般是用正弦波SPWM控制由IGBT

12、驅(qū)動的系統(tǒng)。速度控制由速度環(huán)完成,電流控制在速度環(huán)之內(nèi)由電流調(diào)節(jié)器閉合完成,位置環(huán)需要在CNC系統(tǒng)內(nèi)閉合,控制單元外部連接與模擬式不同。圖6-12所示為日本富士FALDIC-W系列數(shù)字式交流速度控制單元的交流電源、輸入/輸出信號、控制信號以及電動機的連接 2.數(shù)字式交流伺服單元連接 圖6-12FALDIC-W系列數(shù)字式交流速度控制單元的連接(3)面板如圖6-13所示,面板上有4個按鍵和4只7段LED顯示器,面板的功能如下:圖6-13FALDIC-W系列數(shù)字式交流控制單元的面板 1)顯示運行狀態(tài)。2)顯示故障信息。3)設(shè)定、修改驅(qū)動器參數(shù),模式內(nèi)容如圖6-13所示。3.全數(shù)字式交流伺服連接方式(

13、1)基本結(jié)構(gòu)在全數(shù)字伺服系統(tǒng)中,速度環(huán)和電流環(huán)都采用單片機控制,如FANUC-0系統(tǒng)將位置、速度和電流的控制設(shè)計在CNC內(nèi)部,即稱為軸卡(AXES CARD),如圖6-14a所示,將調(diào)制后的PWM信號輸出到伺服放大器,使伺服放大器成為簡單的功率放大器,如圖6-14b所示。 圖6-14型全數(shù)字式交流伺服框圖a)軸卡框圖b)功率放大器框圖 圖6-15型全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)圖度反饋。由圖6-15可見,全數(shù)字伺服模塊中的三環(huán)控制均在CNC內(nèi)閉合,由軟件調(diào)節(jié)。位置環(huán)比例增益參數(shù)、速度環(huán)及電流環(huán)的比例及積分參數(shù)可供用戶選擇。另外還有速度前饋參數(shù),其目的是減少系統(tǒng)靜態(tài)誤差,提高精度。系統(tǒng)采樣周期亦可由用戶自

14、己選擇,典型的CNC采樣周期為10ms。全數(shù)字式交流伺服中,光電編碼器既作為位置反饋,又作為速 圖6-16型全數(shù)字式交流伺服信號a)CNC軸卡側(cè)b)功率放大器側(cè)(2)相關(guān)的連接信號FANUC 型全數(shù)字式交流伺服信號如圖6-16所示。 圖6-17型全數(shù)字式交流伺服外形6.1.4進給伺服電動機現(xiàn)代數(shù)控機床上常用的進給伺服電動機有直流伺服電動機和交流伺服電動機兩種。1.直流伺服電動機的特點直流伺服電動機具有良好的調(diào)速特性,數(shù)控機床選用的有小慣量直流伺服電動機和永磁直流伺服電動機(也稱大慣量寬調(diào)速直流伺服電動機)。尤其永磁直流伺服電動機的低速運轉(zhuǎn)性能良好,能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長時間工作,能與絲杠直接連接

15、而不需要中間傳動環(huán)節(jié)。2.交流伺服電動機的特點目前,數(shù)控機床上常用的交流伺服電動機為永磁同步電動機,電動機主要由三部分組成,即定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件,其中定子由定子沖片、三相繞組、支撐轉(zhuǎn)子的前后端蓋和軸承等組成。轉(zhuǎn)子主要由多對磁極的磁鋼、轉(zhuǎn)子沖片和電動機軸等組成,檢測元件由安在電動機非輸出端的脈沖編碼器組成,如圖6-18和圖6-19所示。 圖6-18永磁交流伺服電動機橫剖面1定子2轉(zhuǎn)子3壓板 4定子三相繞組5脈沖編碼器6出線盒 圖6-19永磁交流伺服電動機縱剖面1定子2永久磁鐵3軸向通風孔4轉(zhuǎn)軸交流伺服電動機克服了直流伺服電動機的部分缺點,而且轉(zhuǎn)子慣量比直流伺服電動機小,因此動態(tài)響應要好。另外在

16、相同體積下,交流伺服電動機的輸出功率比直流伺服電動機大,可以達到更高的轉(zhuǎn)速,因此近幾年交流伺服電動機成為數(shù)控機床的應用主流。交流伺服電動機一般可“免維護”,這是與直流電動機相比維護工作量大為減少的說法,并不是電動機絕對不出故障。6.2主軸驅(qū)動系統(tǒng)隨著生產(chǎn)力不斷提高、機床結(jié)構(gòu)的改進、加工范圍擴大的需求,機床主軸的速度和功率也要不斷提升,主軸驅(qū)動的轉(zhuǎn)速范圍也要擴大,主軸電動機的恒功率調(diào)速范圍更大,并要有自動換刀的主軸準停等控制功能。 6.2.1主軸驅(qū)動系統(tǒng)簡述1)主軸驅(qū)動最好采用無級調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動。一般情況下,主軸驅(qū)動只有速度控制要求,少量有C軸控制的要求,所以主軸控制系統(tǒng)多數(shù)只有速度控制環(huán)。2)由

17、于機床主軸需要恒功率、調(diào)速范圍大,通常不采用永磁式電動機,往往采用他勵式直流電動機和交流籠型感應電動機。 3)數(shù)控機床主旋轉(zhuǎn)運動無需絲杠或其他直線運動的機構(gòu),機床主軸驅(qū)動與進給驅(qū)動的結(jié)構(gòu)有很大的差別。4)同進給伺服系統(tǒng)情況一樣,數(shù)控機床采用直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)時,由于直流電動機受到換向器的限制,恒功率調(diào)速范圍較小。隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的發(fā)展,20世紀80年代初期開始,數(shù)控機床的主軸驅(qū)動普遍采用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的新型數(shù)控機床基本都采用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng),而且將完全取代直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)。這是因為交流電動機不像直流電動機那樣在高轉(zhuǎn)速和大容量方面受到限制,而且交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的

18、性能已達到直流驅(qū)動系統(tǒng)的水平,甚至在噪聲方面還有所降低,價格也比直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)低。6.2.2直流主軸伺服系統(tǒng)1.直流主軸控制直流主軸伺服系統(tǒng)由他勵式直流電動機和直流主軸速度控制單元組成。直流主軸速度單元是由速度環(huán)和電流環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)速度控制系統(tǒng),系統(tǒng)的主電路采用反并聯(lián)可逆整流電路,因為主軸電動機的容量大,所以主電路的功率開關(guān)器件大都采用晶閘管,控制主軸電動機的電樞電壓進行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 2.直流主軸電動機直流電動機具有調(diào)速性能良好、精度高、輸出力矩大、過載能力強、控制原理簡單、易于調(diào)整等優(yōu)點,采用直流主軸速度控制單元之后,只需23級機械變速即可滿足數(shù)控機床主軸調(diào)速要求,在一些大型、重型數(shù)控車床

19、的主軸驅(qū)動上仍然使用。6.2.3交流主軸伺服系統(tǒng) 1.交流主軸伺服系統(tǒng)的特點1)驅(qū)動系統(tǒng)采用微處理器控制,因此其運行平穩(wěn)、振動和噪聲小。2)驅(qū)動系統(tǒng)一般都具有再生制動功能,在制動時,既可將電動機能量反饋回電網(wǎng),起到節(jié)能的效果,又起到加快起動、制動速度的作用。3)全數(shù)字式主軸驅(qū)動系統(tǒng)可直接使用CNC的數(shù)字量輸出信號進行控制,不必經(jīng)過D-A轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)速控制精度得到了提高。4)在數(shù)字式主軸驅(qū)動系統(tǒng)中,采用參數(shù)設(shè)定方法對系統(tǒng)進行靜態(tài)調(diào)整與動態(tài)優(yōu)化,系統(tǒng)設(shè)定靈活,調(diào)整準確。5)由于交流主軸電動機無換向器,通常不需要進行維修。6)主軸電動機轉(zhuǎn)速的提高不受換向器的限制,最高轉(zhuǎn)速通常比直流主軸電動機更高,可達到

20、每分鐘幾萬轉(zhuǎn)。交流主軸速度控制系統(tǒng)外形如圖6-20所示。圖6-20交流主軸速度控制系統(tǒng)外形2.交流主軸電動機交流主軸伺服電動機均采用三相交流籠型異步電動機。三相交流籠型異步電動機裝有對稱的三相繞組,而在圓柱體的轉(zhuǎn)子鐵心上嵌有均勻分布的導條,導條兩端分別把它們聯(lián)成一體,稱為籠型轉(zhuǎn)子。 3.交流主軸的速度控制交流主軸伺服系統(tǒng)由交流主軸速度控制單元和交流主軸伺服電動機組成,如圖6-20所示。交流主軸速度控制單元采取數(shù)字式控制形式時,由微處理器擔任轉(zhuǎn)差頻率矢量控制器和晶體管逆變器控制異步電動機的速度,速度傳感器一般采用脈沖編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。 在這個過程中要進行復雜的運算和坐標變換計算,所以矢量控制必

21、須由微處理器系統(tǒng)來完成,如圖6-21所示。圖6-21交流主軸驅(qū)動原理框圖 交流主軸驅(qū)動中采用的主軸定向準停控制方式與直流驅(qū)動系統(tǒng)相同,如圖6-22所示。圖6-22主軸定向控制示意圖 4.典型的數(shù)字式交流主軸電動機控制隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,目前數(shù)控機床的主軸驅(qū)動多采用交流主軸電動機配變頻器控制的方式。變頻器的控制方式從最初的電壓空間矢量控制(磁通軌跡法)到矢量控制(磁場定向控制),發(fā)展至今為直接轉(zhuǎn)矩控制,從而能方便地實現(xiàn)無速度傳感器化;脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)從正弦PWM發(fā)展至優(yōu)化PWM技術(shù)和隨機PWM技術(shù) 圖6-23西門子6SC650系列交流主軸驅(qū)動裝置原理控制調(diào)節(jié)器將整流電壓從535V上調(diào)到

22、5752%V,并在變流器進行逆變工作方式時,完成電容器C對整流電路的極性變換。負載端逆變器是由帶反并聯(lián)續(xù)流二極管的6只功率晶體管組成的。通過磁場計算機的控制,負載端逆變器輸出三相正弦脈寬調(diào)制(SPWM)電壓,使電動機獲得所需的轉(zhuǎn)矩電流和勵 磁電流。輸出的三相SPWM電壓幅值控制在0430V,頻率控制在0300Hz。 以及磁場計算機由兩片16位微處理器(80186)所組成的控制組件完成。圖6-24所示為6SC650系列主軸驅(qū)動器的組成原理。 圖6-246SC650系列主軸驅(qū)動器的組成原理6.2.4主軸伺服驅(qū)動接口連接以日本安川YASKAWAVS626MT主軸伺服驅(qū)動的連接為例,其原理如圖6-25

23、所示。 1.模擬指令電壓信號數(shù)控系統(tǒng)通過其主軸模擬電壓輸出接口輸出-1010V模擬電壓至NCOM端,電壓正負控制電動機轉(zhuǎn)向,電壓大小控制電動機轉(zhuǎn)速。如果數(shù)控系統(tǒng)輸出的電壓為單極性010V,則可通過FORWARD RUN(正轉(zhuǎn))與REVERS RUN(反轉(zhuǎn))開關(guān)量指定正反轉(zhuǎn)。2. 12位二進制指令信號數(shù)控系統(tǒng)通過輸出12位二進制代碼(共12根信號)至主軸驅(qū)動,開關(guān)量全部有效時對應主軸最高轉(zhuǎn)速。3. 2位BCD碼指令信號數(shù)控系統(tǒng)通過輸出0099二位BCD碼(共8根信號)指定主軸轉(zhuǎn)速,BCD碼99對應主軸電動機最高轉(zhuǎn)速。4. 3位BCD碼指令信號數(shù)控系統(tǒng)通過輸出000999三位BCD碼(共12根信號

24、)指定主軸轉(zhuǎn)速,BCD碼999對應主軸電動機最高轉(zhuǎn)速。 5.開關(guān)量控制信號不同驅(qū)動裝置開關(guān)量信號差異較大,以下以安川YASKAWAVS626MT為例介紹。1)RDY準備好信號。欲使主軸驅(qū)動工作時,可閉合RDY觸點,主軸驅(qū)動進入正常工作狀態(tài)。2)EMG急停信號。當EMG常閉觸點打開時,電動機立即制動至停轉(zhuǎn)。 3)FOR、REV信號。用于指定主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn),其與模擬量極性組合見表6-1。4)TLH、TLL力矩極限限制。用于臨時限制主軸電動機輸出的最大力矩,以避免機械損壞。例如在機械主軸準停時,可使用該功能。最大輸出力矩可設(shè)定為額定力矩的5%100%。5)SSC軟起動。使用該信號可使主軸切換工作處于

25、通常的主軸驅(qū)動狀態(tài)和進入伺服狀態(tài),從而可實現(xiàn)位置閉環(huán)控制。6)PPI速度調(diào)節(jié)器。用于選擇使用PI(比例積分)調(diào)節(jié)器或P(比例)調(diào)節(jié)器。7)DAS速度設(shè)定方式。用于選擇模擬量速度控制或數(shù)字量速度控制(12位二進制或2位BCD碼或3位BCD碼)。8)ZSPD零速輸出。當主軸轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的值(如30r/min)時,則ZSPD信號輸出,表明電動機已停轉(zhuǎn)。9)AGR速度到達輸出。當主軸電動機實際轉(zhuǎn)速到達所設(shè)定的轉(zhuǎn)速時,AGR信號輸出。該信號可作為CNC系統(tǒng)主軸S指令的完成應答信號。10)NDET速度檢測輸出。當主軸低于某設(shè)定轉(zhuǎn)速時,NDET輸出。該信號可用于齒輪移動換擋、離合器離合動作等場合。11)TL

26、E力矩極限輸出。當外部力矩極限TLL和TLH輸入信號有效,即進入力矩極限臨時限制狀態(tài)時,TLE信號輸出。12)ALM報警信號輸出。當主軸驅(qū)動報警時,報警信號ALM輸出,同時報警代碼(ALM LMCODE)通過AC0、AC1、AC2、AC3編碼輸出,指示報警內(nèi)容。 圖6-25YASKAWAVS626MT主軸驅(qū)動原理圖TDET輸出,該信號用于檢測主軸負載的狀況。14)模擬量輸出。兩路模擬量輸出用于外接轉(zhuǎn)速與負載表,其輸出直流電壓與實際轉(zhuǎn)速及負載成正比。13)TDET力矩檢測輸出。當主軸輸出力矩低于某一定值時, 6.2.5通用型交流變頻器驅(qū)動主軸圖6-26通用變頻器的外形目前經(jīng)濟型數(shù)控機床主軸驅(qū)動廣

27、泛使用三相交流異步電動機,因此采用通用變頻器控制既能達到優(yōu)良的性能,又能降低使用成本。通用變頻器的外形如圖6-26所示。通用變頻器控制正弦波的產(chǎn)生是以恒電壓頻率比(U/f)保持磁通不變?yōu)榛A(chǔ)的,再經(jīng)SPWM驅(qū)動主電路,以產(chǎn)生U、V、W三相交流電驅(qū)動三相異步電動機。1.基頻以下調(diào)速基頻即50Hz工頻,基頻以下調(diào)速時的機械特性曲線如圖6-27所示,電動機最高轉(zhuǎn)速能達到額定轉(zhuǎn)速。如果電動機在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流,則電動機都能在溫升允許的條件下長期運行,這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。由于在基頻以下調(diào)速時磁通恒定,所以屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 圖6-27基頻以下恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速機械特性曲線2.基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)

28、速時,將使磁通隨頻率的升高而降低,相當于直流電動機弱磁升速的情況,電動機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速。當頻率升高時,同步轉(zhuǎn)速隨之升高,氣隙磁動勢減弱,最大轉(zhuǎn)矩減小,輸出功率基本不變,所以基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速,其機械特性曲線如圖6-28所示。 圖6-28基頻以上恒功率調(diào)速機械特性曲線 圖6-29通用變頻器電路原理圖通用變頻器電路原理圖如圖6-29所示。6.3運動驅(qū)動與電動機的故障檢測與維修6.3.1根據(jù)伺服驅(qū)動單元的報警診斷故障數(shù)字式交流伺服硬件結(jié)構(gòu)與模擬式伺服大同小異,但數(shù)字式交流伺服驅(qū)動單元由于控制電路的優(yōu)越性使得內(nèi)部故障檢測功能更強。數(shù)字式交流伺服面板上有報警顯示,通過不同的報警顯示,可

29、以給維修人員提供驅(qū)動器的故障原因,從而初步確定故障部位。 1.伺服驅(qū)動器上的LED狀態(tài)指示FANUC S系列伺服驅(qū)動器狀態(tài)指示能提示內(nèi)部故障的范圍,其中,OH、OFAL、FBAL為S系列伺服增添的報警指示燈。1)OH報警。OH為速度控制單元過熱報警,發(fā)生報警的可能原因有以下幾個。 印制電路板上S1設(shè)定不正確。 伺服單元過熱。散熱片上熱動開關(guān)動作,在驅(qū)動器無硬件損壞或不良時,可通過改變切削條件或負載排除報警。 再生放電單元過熱,可能是Q1不良。當驅(qū)動器無硬件不良時,可通過改變加減速頻率減輕負荷,排除報警。 電源變壓器過熱。當變壓器及溫度檢測開關(guān)正常時,可通過改變切削條件減輕負荷,排除報警,或更換

30、變壓器。 電柜散熱器的過熱開關(guān)動作,原因是電柜過熱。若在室溫下開關(guān)仍動作,則需要更換溫度檢測開關(guān)。2)OFAL報警。數(shù)字伺服參數(shù)設(shè)定錯誤,這時需改變數(shù)字伺服的有關(guān)參數(shù)的設(shè)定。對于FANUC 0系統(tǒng),相關(guān)參數(shù)是8100、8101、8121、8122、8123及81538157等;對于10/11/12/15系統(tǒng),相關(guān)參數(shù)為1804、1806、1875、1876、1879、1891及18651869等。3)FBAL報警。FBAL是脈沖編碼器連接出錯報警,出現(xiàn)報警的原因通常有以下幾種。 編碼器電纜連接不良或脈沖編碼器本身不良。 外部位置檢測器信號出錯。 速度控制單元的檢測回路不良。 電動機與機械連接的間隙太大。2.進給伺服驅(qū)動器上的7段數(shù)碼管報警FANUC C系列、/i系列數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器是通過驅(qū)動器上的一只7段數(shù)碼管進行顯示的。根據(jù)7段數(shù)碼管的不同狀態(tài)顯示,可以