數(shù)控機床故障診斷與維修第章伺服單元結(jié)構(gòu)工作及故障原理

第3章伺服系統(tǒng)的故障分析與維修

山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系

3.1.伺服系統(tǒng)概述

第3章伺服系統(tǒng)的故障分析與維修

伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

1.伺服的含義4.直流伺服系統(tǒng)5.交流伺服系統(tǒng)

2.伺服系統(tǒng)的分類3.三環(huán)結(jié)構(gòu)本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容第3章伺服系統(tǒng)的故障分析與維修

１.伺服的含義伺服是英文單詞Servo的諧音，意為“侍侯”及“聽話”等，引進到控制技術(shù)中來，指受控制部件服從指揮，如工作臺讓走到哪里就走到哪里。3.1.伺服系統(tǒng)概述

數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)（ServoSystem）就是為了實現(xiàn)各軸向上速度及位置等的精確控制，如主軸速度控制和定位控制，特別是X.Z等軸向工作臺的進給伺服控制，控制好定位精度為切削精度提供了保證。伺服系統(tǒng)中的電動機又被稱為伺服電動機。主軸上早期采用直流電動機，現(xiàn)在采用交流異步電動機。由于進給系統(tǒng)要求更高,依次采用了步進電動機.直流伺服電動機和交流永磁同步式伺服電動機。因交流電動機無換向裝置，幾乎免維修，且成本相對較低，現(xiàn)在廣泛使用。

3.1.伺服系統(tǒng)概述1.按不同控制方式開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)2.按驅(qū)動系統(tǒng)主軸驅(qū)動系統(tǒng)進給軸驅(qū)動系統(tǒng)模擬控制數(shù)字控制2.伺服系統(tǒng)分類：3.1.伺服系統(tǒng)概述3.電氣控制原理和伺服電機不同類型直流驅(qū)動系統(tǒng)交流驅(qū)動系統(tǒng)3.1.伺服系統(tǒng)概述3.三環(huán)結(jié)構(gòu)通過長期的生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，伺服系統(tǒng)中采用三環(huán)結(jié)構(gòu)是目前實現(xiàn)高精度控制的最好方法，即位置環(huán).速度環(huán).電流環(huán)。又分別被稱為外環(huán).中環(huán).內(nèi)環(huán)。這三環(huán)是相互制約關(guān)系，使控制達到了極其完善

。

3.1.伺服系統(tǒng)概述提示:對于主軸驅(qū)動而言，要求有較大調(diào)速范圍和較大轉(zhuǎn)矩，其精度要求低于進給系統(tǒng)，常常只需控制速度的穩(wěn)定性且無需位置環(huán)。所以伺服系統(tǒng)的講解以進給系統(tǒng)為主進行。3.1.伺服系統(tǒng)概述

位置環(huán)速度環(huán)電流環(huán)轉(zhuǎn)換驅(qū)動工作臺電流反饋速度反饋位置反饋MG

位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)均由：調(diào)節(jié)控制模塊、檢測和反饋部分組成。電力電子驅(qū)動裝置由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和功率放大器組成。嚴格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。3.1.伺服系統(tǒng)概述位置環(huán)環(huán)（外外環(huán)））：輸輸入信信號為為CNC的指令令和位位置檢檢測器器反饋饋的位位置信信號速度環(huán)環(huán)（中中環(huán)））：輸輸入信信號為為位置置環(huán)的的輸出出和測測速發(fā)發(fā)電機機(多數(shù)為為光電電編碼碼器)經(jīng)反饋饋網(wǎng)絡(luò)絡(luò)處理理后的的信號號電流環(huán)環(huán)（內(nèi)內(nèi)環(huán)））：輸輸入信信號為為速度度環(huán)的的輸出出信號號和經(jīng)經(jīng)電流流互感感器得得到的的電動動機電電樞回回路電電流信信號在三環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)中，，位置置環(huán)的的輸出出是速速度環(huán)環(huán)的輸輸入；；速度度環(huán)的的輸出出是電電流環(huán)環(huán)的輸輸入；；電流環(huán)環(huán)的輸輸出再去直直接控控制功功率變變換單單元，，這三三個環(huán)環(huán)的反反饋信信號都都是負負反饋饋。3.1.伺服系系統(tǒng)概概述位置環(huán)速度環(huán)電流環(huán)轉(zhuǎn)換驅(qū)動工作臺電流反饋速度反饋位置反饋MG從電路路結(jié)構(gòu)構(gòu)看，三個環(huán)環(huán)的控控制模模塊都都是調(diào)調(diào)節(jié)器器，有有時采采用比比例調(diào)調(diào)節(jié)器器(P調(diào)節(jié)器器)，有時采采用比比例積積分調(diào)調(diào)節(jié)器器(PI調(diào)節(jié)器器)，有時為為比例例積分分微分分調(diào)節(jié)節(jié)器(PID調(diào)節(jié)器器)。從具體體電路路來講講，有有時相相當(dāng)復(fù)復(fù)雜，，有時時簡單單到只只有一一個電電位器器或濾濾波電電路。最近發(fā)發(fā)展技技術(shù)是是利用用CNC內(nèi)部硬硬件或或軟件件形式式完成成三環(huán)環(huán)的工工作，提高了了控制制精度度且降降低了了維修修難度度，如位置置環(huán)上上的故故障我我們著著重去去檢查查位置置檢測測器了了。3.1.伺服系系統(tǒng)概概述現(xiàn)代技技術(shù)中中位置置環(huán)控控制模模塊交交給CNC實現(xiàn)(硬件或或軟件件方法法)3.1.伺服系系統(tǒng)概概述位置環(huán)環(huán)是進進給伺伺服系系統(tǒng)中中十分分重要要的環(huán)環(huán)節(jié)，根據(jù)位位置環(huán)環(huán)上有有無檢檢測器器及檢檢測方方式的的不同同可分分為:開環(huán)控控制(早期，，精度度低，，使用用步進進電動動機)半閉環(huán)控控制(間接檢測測反饋，精度較高高)閉環(huán)控制制(直接檢測測反饋，精度高，，機床不不易調(diào)整，易易出現(xiàn)工工作臺振振蕩或爬爬行)3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述一.伺服系統(tǒng)統(tǒng)基礎(chǔ)知知識開環(huán)進給給伺服系系統(tǒng)示意意圖半閉環(huán)控控制系統(tǒng)統(tǒng)示意圖圖3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述閉環(huán)控制制系統(tǒng)示示意圖3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述速度環(huán)檢檢測元器器件：測測速發(fā)電電機和光光電編碼碼器(有的在電動機出出廠前己己安裝在在其內(nèi)部部)電流環(huán)檢檢測元器器件：電電流互感感器位置環(huán)檢檢測元器器件:用于半閉閉環(huán)的有有脈沖編碼碼器(又分為光電式.接觸式和和電磁感感應(yīng)式三三種).旋轉(zhuǎn)變壓壓器和旋旋轉(zhuǎn)式感感應(yīng)同步步器等.用于閉環(huán)環(huán)的有光柵尺.磁柵尺和和直線式感應(yīng)同同步器等等。3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述編碼器光柵尺光柵尺工工作原理理光柵尺工工作原理理:標尺光柵柵和指示示光柵都都是由窄窄的矩形形不透明明的線紋紋和其等等寬的透透明間隔隔所組成成的，標標尺光柵柵不動，，指示光光柵沿標標尺光柵柵移動時時，光電電元件所所產(chǎn)生出出來的光光電流變變化也是是連續(xù)的的，近似似于正弦弦波，根根據(jù)波形形數(shù)量可可確定移移動距離離。并且且指示光光柵的線線紋部分分分成兩兩相，彼彼此錯開開1/4柵距，并并配上兩兩相物鏡鏡和光電電元件使使其輸出出信號在在相位上上相差90度，其中一一相作為為參考信信號，則則根據(jù)另另一相信信號超前前或滯后后參考信信號90度，可用來來確定指指示光柵柵向哪一一方向移移動。3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述4.直流伺服服系統(tǒng)直流伺服服系統(tǒng)是是以直流流電動機機為控制制對象的的系統(tǒng)，，是由三三環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu).功率變換換單元.伺服驅(qū)動動單元.直流電動動機等組組成。直流電機機有起動動轉(zhuǎn)矩大大，調(diào)速速方便等等優(yōu)點，，早期數(shù)數(shù)控機床床上得到到廣泛應(yīng)應(yīng)用，但但其有換換向器及及電刷，，極易出出故障且且成本高高，現(xiàn)在在逐步被被交流電電動機所所取代，，交流伺服服的很多多控制方方法與直直流伺服服大到相相同，所以有有必要加加以學(xué)習(xí)習(xí)。3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述0直流伺服服系統(tǒng)中中直流電電動機的的速度控控制主電電路主要要有兩種種:早期的晶晶閘管(SCR俗稱可控控硅)控制和現(xiàn)現(xiàn)代較普普遍采用用的大功功率晶體體管控制制。晶閘管控控制多采采用三相相全控橋橋式整流流電路，，輸出一一個可變變電壓的的直流電電源，通通過調(diào)節(jié)節(jié)晶閘管管的觸發(fā)發(fā)角就可可改變輸輸出電壓壓值，從從而使電電動機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速發(fā)生生變化。。3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述采用大功功率晶體體管控制制主要為為脈沖寬寬度調(diào)制制(PWM)技術(shù)。脈沖寬度度調(diào)制就就是調(diào)節(jié)節(jié)輸出信信號的占占空比，，晶體管管通就是是給電動動機提供供電能，，斷就是是停止供供給電能能，因此此調(diào)節(jié)占空空比就能能調(diào)節(jié)加加在電動動機電樞樞兩端的的平均電電壓值，達到控控制速度度的目的的。3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述5.交流伺服服系統(tǒng)雖然交流流電動機機成本低低，結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單維維修方便便，但早早期交流流電動機機調(diào)速非非常困難難，難于于實現(xiàn)無無極調(diào)速速且起動動轉(zhuǎn)矩小小，因此此在數(shù)控控機床上上無法使使用。隨著電力力電子技技術(shù).計算機科科學(xué)技術(shù)術(shù)的飛速速發(fā)展，，出現(xiàn)了了電力半半導(dǎo)體變變頻電源源，用變變頻器可可以很方方便地調(diào)調(diào)節(jié)交流流電動機機速度。。特別是是西門子子公司的的交流矢矢量變換換調(diào)速技技術(shù)出現(xiàn)現(xiàn)，又開開辟了一一條新的的途徑，，隨著交交流永磁磁同步電電動機的的大力發(fā)發(fā)展，交交流伺服服系統(tǒng)取取代直流流伺服系系統(tǒng)已成成定局。。3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述入交流異步步電機主主要用于于速度要要求稍低低的主軸軸系統(tǒng)驅(qū)驅(qū)動異步—轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速度總總是低于于旋轉(zhuǎn)磁磁埸的同同步轉(zhuǎn)速速同步—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速速與定子子上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場同同步轉(zhuǎn)速速相同同步電動動機主要要用于進進給伺服服系統(tǒng)當(dāng)當(dāng)中現(xiàn)代使用用永磁材材料制成成轉(zhuǎn)子的的交流永永磁同步步電機結(jié)結(jié)構(gòu)更為為簡單交流電動動機調(diào)速速方法交流電動動機調(diào)速速方法有有:改變定子子上磁極極對數(shù).改變電源源的頻率率和改變變轉(zhuǎn)差率率(針對線繞繞式)。改變電源源頻率可可以做到到無極調(diào)調(diào)速，過過去是采采用變頻頻機組來來改變頻頻率，投投資大體體積也大大，現(xiàn)在在使用以以電力半半導(dǎo)體為為核心，，微電腦腦控制的的變頻器器，為了了給電動動機提供供足夠電電能其中中還包含含有功率率轉(zhuǎn)換模模塊。3.1.伺服系統(tǒng)統(tǒng)概述3.2主軸伺服服系統(tǒng)故故障分析析維修主軸驅(qū)動動系統(tǒng)就就是在系系統(tǒng)中完完成主運運動的動動力裝置置部分。它帶動動工件或或刀具作作相應(yīng)的的旋轉(zhuǎn)運運動，從從而能配配合進給給運動，，加工出出理想的的零件。。主軸驅(qū)動動變速目目前主要要有兩種種形式:一是主軸軸電動機機齒輪換換檔，目的在在于降低低主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，增增大傳動動比，放放大主軸軸功率以以適應(yīng)切切削的需需要；二是主軸電動動機通過過同步齒齒形帶或或皮帶驅(qū)驅(qū)動主軸軸，該類主主軸電動動機又稱稱寬域電電機或強強切削電電動機，，具有恒恒功率寬寬的特點點。由于于無需機機械變速速，主軸軸箱內(nèi)省省去了齒輪和和離合器器，主軸軸箱實際際上成了了主軸支支架，簡簡化了主主傳動系系統(tǒng)，從從而提高高了傳動動鏈的可可靠性。。主軸驅(qū)動動早期使使用直流流電動機機，直流流主軸控控制系統(tǒng)統(tǒng)類似于于前面直直流速度度控制系系統(tǒng)，直直流電動動機易出出故障成成本高，，并且功功率一大大，就會會出現(xiàn)換換向困難難等問題題。由于于主軸控控制沒有有進給伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)那么高高的性能能要求，，加之變變頻器的的發(fā)展，，現(xiàn)在采采用交流流異步電電動機作作為主軸軸電機，，已能足足夠滿足足數(shù)控主主軸驅(qū)動動的要求求。主軸驅(qū)動動早期直直流電動動機現(xiàn)在交交流異步步電動機機驅(qū)動裝置置變變頻器雙環(huán)控制制速速度環(huán)環(huán)和電流流環(huán)進給伺服服系統(tǒng)早期步步進電電動機中期小小慣量大大慣量直直流電動動機現(xiàn)在交交流永磁磁同步電電動機驅(qū)動裝置置步步進電電機驅(qū)動動器伺服驅(qū)動動器三環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)位位置置環(huán).速度環(huán).電流環(huán)變頻器．．步進電電機驅(qū)動動器和伺伺服驅(qū)動動器內(nèi)部部都有功功率轉(zhuǎn)換換模塊，為為電動機機提供足足夠電能能．有時時又稱為為主軸放放大器和和伺服放大器等等．主軸驅(qū)動動系統(tǒng)分分類：一）直流流主軸驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)二）主軸軸通用變變頻器控控制系統(tǒng)統(tǒng)三）交流流主軸驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)SIMODRIVE611變頻器系系統(tǒng)SIMODRIVE611模模擬式式變頻器器系統(tǒng)SIMODRIVE611數(shù)數(shù)字式式變頻器器系統(tǒng)帶帶SINUMERIK840DSiemens1PH7主軸電機機1PH7電機(AH100至AH160和AH180/AH225)1PH7空氣冷卻卻主軸電電機具有有以下特特點電機的總總長度縮縮短集成的終終端外殼殼設(shè)計(AH100至AH160)將噪音曲曲線降至至最低速度高達達9000轉(zhuǎn)/分(可選用12000轉(zhuǎn)/分)持續(xù)提供供各種額額定轉(zhuǎn)矩矩即使停停止時對SIMODRIVE611的各種功功率級別別進行最最優(yōu)配置置1PH7空氣冷卻卻型交流流主軸電電機是一一種轉(zhuǎn)動動平穩(wěn)無無須維護護的四極極鼠籠式式異步電電機。專專門設(shè)計計用于與與SIMODRIVE611變頻器系系統(tǒng)相連連接。一臺提供供單獨供供風(fēng)的風(fēng)風(fēng)機沿軸軸向安裝裝在電動動機的尾尾部。氣流的正正常流向向是從驅(qū)驅(qū)動端到到非驅(qū)動動端，以便讓機機床中的的廢氣更更好的排排走。電機配置置了一個個內(nèi)置的的編碼系系統(tǒng)，用用來感應(yīng)應(yīng)電機的的轉(zhuǎn)速和和間接的的位置。。這個編編碼器能能夠使C軸做為標標準操作作。也就就是說，，不再需需要額外外的編碼碼器來控控制C軸。應(yīng)用小型而且且結(jié)構(gòu)緊緊湊的機機床(AH100至AH160)復(fù)雜的加加工中心心和車床床專用機床床1PH4主軸電機機規(guī)格說明明1PH4水冷卻主主軸電機機具有如如下性能能設(shè)備體積積小功率率強度大大最高速度度可達9000轉(zhuǎn)/分(可選12000轉(zhuǎn)/分)即使在設(shè)設(shè)備停止止時也可可輸出各各種轉(zhuǎn)矩矩經(jīng)過冷卻卻處理的的凸緣能能有效避避免由于于機械傳傳動系所引起的的熱應(yīng)力力噪音低防護級別別高(IP65軸蓋為IP55)旋轉(zhuǎn)精度度高由于現(xiàn)代代機械設(shè)設(shè)備設(shè)計計結(jié)構(gòu)緊緊湊，從從電氣驅(qū)驅(qū)動部件件中產(chǎn)生生的熱量量會對機機械的精精度產(chǎn)生生副作用用。對于于功率密密度高，，而且冷冷卻效果果好的電電機的要要求，促促使了1PH4系列水冷冷型交流流主軸電電機的發(fā)發(fā)展。而且同時時滿足高高轉(zhuǎn)矩和和設(shè)備體體積小(從而質(zhì)量量慣性小小)的雙重性性能的這這一復(fù)合合產(chǎn)品的的加速和和剎車時時間都短短從而減減少了作作無用功功的時間間。1PH4電機是一一種性能能堅固，，4極感應(yīng)的的鼠籠式式電動機機。專門門設(shè)計用用于與SIMODRIVE611變頻系統(tǒng)統(tǒng)進行連連接，其其功率損損失和噪噪音級別別都降低低到很低低水平。。由于這這一系列列電動機機的設(shè)計計緊湊，，使得在在使用中中，可以以獲得較較高的最最大運行行速度。。電機配備備了一套套編碼器器系統(tǒng)，，用來感感應(yīng)電機機的運行行速度，，以及間間接了解解轉(zhuǎn)子的的所處位位置。這這一編碼碼器可以以進行額額定狀況況下的C軸運行模模式，也也就是說說，對于于C軸運行不不需要額額外的編編碼器應(yīng)用全封閉式式的銑床床高負荷的的銑床車床中的的反向軸軸數(shù)控機床床對主軸軸傳動系系統(tǒng)的要要求:一）輸出出功率大大、抗過過載能力力強二）調(diào)速速范圍寬寬、恒功功率范圍圍要寬調(diào)速范圍圍寬為保證加加工時選選用合適適的切削削用量，，以獲得得最佳的的生產(chǎn)率率、加工工精度和和表面質(zhì)質(zhì)量，特特別對于于具有自自動換刀刀功能的的數(shù)控加加工中心心，為適適應(yīng)各種種刀具、、工序和和材料的的加工要要求，對對主軸的的調(diào)速范范圍提出出了更高高的要求求，要求求主軸能能在較寬寬的轉(zhuǎn)速速范圍內(nèi)內(nèi)根據(jù)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的指令令自動實實現(xiàn)無級級調(diào)速，，并減少少中間傳傳動環(huán)節(jié)節(jié)。目前前主軸驅(qū)驅(qū)動裝置置的恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩調(diào)速速范圍已已可達1：100，恒恒功率調(diào)調(diào)速范圍圍也可達達1：30，過過載1.5倍時時仍可持持續(xù)工作作達30min。恒功率范圍要要寬要求主軸在調(diào)調(diào)速范圍內(nèi)均均能提供所需需的切削功率率，并盡可能能在調(diào)速范圍圍內(nèi)提供主軸軸電機的最大大功率。由于于主軸電機與與驅(qū)動裝置的的限制，主軸軸在低速段均均為恒轉(zhuǎn)矩輸輸出。為滿足足數(shù)控機床低低速、強力切切削的需要，，常采用分段段無級變速的的方法（即在在低速段采用用機械減速裝裝置），以擴擴大輸出轉(zhuǎn)矩矩。三）具有四象象限驅(qū)動能力力要求主軸在正正、反向轉(zhuǎn)動動時均可進行行自動加、減減速控制，并并且加、減速速時間要短。。目前一般伺伺服主軸可以以在1S內(nèi)從靜止加速速到6000r/min。。四）具有位置置控制能力即進給功能（（C軸功能）和定定向功能（準準停功能），，以滿足加工工中心自動換換刀、剛性攻攻絲、螺紋切切削以及車削削中心的某些些加工工藝的的需要。五）可靠性高高，低嘈聲，，體積小，質(zhì)質(zhì)量輕，溫升低1.FANUC2.SIEMENS3.MITSUBISHI3.2.1常用主軸伺服服系統(tǒng)隨著數(shù)控控制制的SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)數(shù)控機床主軸軸驅(qū)動采用通通用變頻器控控制也越來越越多。所謂““通用”包含含著兩方面的的含義：一是可以和通通用的籠型異異步電動機配配套應(yīng)用；二二是具有多種種可供選擇的的功能，可應(yīng)應(yīng)用于各種不不同性質(zhì)的負負載。如三菱FR-A500系列變頻器既既可以通過2、5端，用用CNC系統(tǒng)輸出的模模擬信號來控控制電動機的的轉(zhuǎn)速，也可可通過撥碼開開關(guān)的編碼輸輸出或CNC系統(tǒng)的數(shù)字信信號輸出值RH、RM和RL端，通過變頻頻器的參數(shù)設(shè)設(shè)置，實現(xiàn)從從最低速到最最高速的變速速。3.2.2主軸通用變頻頻器值得注意的是是，變頻器的的冷卻方式都都采用風(fēng)扇強迫冷卻卻。如果通風(fēng)不不良，器件的的溫度將會升升高，有時即即使變頻器并并沒有跳閘，，但器件的使使用壽命已經(jīng)經(jīng)下降。所以以，應(yīng)注意冷冷卻風(fēng)扇的運運行狀況是否否正常，經(jīng)常常清拭濾網(wǎng)和和散熱器的風(fēng)風(fēng)道，以保證證變頻器的正正常運轉(zhuǎn)。變頻器連接圖圖腳號

描述

說明

P24

為邏輯輸入提供+24V

24V直流，最大電流30mA（禁止與端子L短接）1,2,3,4,5,6,

獨立的邏輯輸入

使用p24或相當(dāng)于L的外部輸入

L（上端）

邏輯輸入地

輸入1-6的電流和（流入）

11,12

分離邏輯輸出

閉合狀態(tài)下最大電流為50mA50mACM2

邏輯輸出地

100mA：11、12的電流和（流入）

FM

PWM（模擬/數(shù)字）輸出

0–10VDC，1mA，PWM和占空比為50％的數(shù)字量

L(下端)

模擬輸入地

OI、O、H的電流和（流入）

OI

模擬電流輸入

范圍為4–19.6mA，標稱值為20mAO

模擬電壓流入

范圍為0–9.6VDC，標稱值為10VDC，輸入阻抗為10K

H

+10V模擬基準源

標稱值為10V，最大電流為10mA

腳號

描述

說明

AL0

通用繼電器

250VAC,，最大電流2.5A（電阻負載）250VAC,，最大電流0.2A（感性負載，功率因數(shù)為0.4）100VDC，最小電流10mA30VDC，最大電流3A（電阻負載）30VAC，最大電流0.7A（感性負載，功率因數(shù)為0.4）5VDC，最小電流100mA

AL1

繼電器，運行中為常閉

AL2繼電器，運行中為常開

+1,RB

直流母線抑制器

配件（提供動態(tài)制動，抑制干擾等）

+,-

制動電阻

L1,L2,L3

主電源供電輸入

主電路強電部分

T1,T2,T3

電機供電輸出

主軸通用變頻頻器常見報警警及故障處理理一）通用變頻頻器常見報警警及保護。為了保證驅(qū)動動器的安全，，可靠的運行行，在主軸伺伺服系統(tǒng)出現(xiàn)現(xiàn)故障和異常常等情況時，，設(shè)置了較多多的保護功能能，這些保護護功能與主軸軸驅(qū)動器的故故障檢測與維維修密切相關(guān)關(guān)。當(dāng)驅(qū)動器器出現(xiàn)故障時時，可以根據(jù)據(jù)保護功能的的情況，分析析故障原因。。故障現(xiàn)象

故障原因

報警號

內(nèi)容

引起故障可能的原因

F0001過電流1)電動機的功率（P0307）與變頻器的功率（P0206）不對應(yīng)，電動機功率大于變頻器功率；2)電動機的導(dǎo)線短路；3)有接地故障。F0002過電壓1)供電電源電壓過高；2)斜坡下降太快，再生制動引起過電壓；3)負載慣量太大，制動時引起過電壓。F0003

欠電壓

1)供電電源電壓太低；2)供電電源有短路時掉電或瞬時電壓跌落。變頻器（440系列）的的主要報警及及故障診斷如如下表：F0004F0005變頻器過熱1）冷卻風(fēng)機運行不正常；2）環(huán)境溫度過高；3）變頻器過載。F0022

功率模塊故障1）IGBT短路；2）接地故障。F0030冷卻風(fēng)機故障風(fēng)機不在工作。F0041電動機參數(shù)自動檢測失敗1）變頻器與電動機連接不正確；2）電動機參數(shù)不正確，參數(shù)值太小或太大。3.2.3主軸伺服系統(tǒng)統(tǒng)常見故障分分析排除一)當(dāng)主軸伺伺服系統(tǒng)發(fā)生生故障時，通通常有兩種表表現(xiàn)形式:1.無報警：主軸軸工作不正常常，但無任何何報警信息。。2.有報警（1）CRT或操作面板上上顯示報警內(nèi)內(nèi)容或報警信信息。（2）是在主軸軸驅(qū)動裝置上上用報警指示示燈或數(shù)碼管管顯示主軸驅(qū)動動裝置的故障障。二)主軸伺服服系統(tǒng)常見故故障有：1.過載原因：切削用用量過大，頻頻繁正、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)等均可引起起過載報警。。具體表現(xiàn)為：：主軸電動機機過熱主軸驅(qū)驅(qū)動裝置顯示示過電流報警警等。2.主軸電機故障障①主軸出現(xiàn)異異常聲音與振振動a.機床使用久，，電機軸承潤潤滑不良或損損壞，出現(xiàn)此此故障，應(yīng)盡盡快檢查軸承承潤滑狀況或或更換電機軸軸承，否則主主軸可能損壞壞。b.機床使用久，，電機安裝基基礎(chǔ)松動。c.風(fēng)扇電機異常常。清掃風(fēng)道道，定期給風(fēng)風(fēng)扇電機軸承承加長效潤滑滑脂，避免軸軸承損壞。d.主軸放大器異異常。②冷缺風(fēng)道不不暢或堵塞灰塵堆積在冷冷卻風(fēng)道，定定期清掃。③電機表面粘粘有切削液加工時切削液液調(diào)整不當(dāng)，，噴射到電機機。④風(fēng)扇電機故故障a.風(fēng)扇電機不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)此故障應(yīng)應(yīng)將主軸電機機停轉(zhuǎn)，否則則主軸電機可可能損壞?！わL(fēng)扇電機無無電源。·異物堵塞。?！わL(fēng)扇電機損損壞。b.出現(xiàn)異常雜音音·風(fēng)扇電機軸軸承潤懷不良良或損壞?！び挟愇??！わL(fēng)扇電機安安裝松動。⑤電機內(nèi)部損損壞電機內(nèi)部短路路或斷路，進進油，進水。。⑥電機軸承損損壞，從電機機軸中發(fā)出雜雜音a.機床使用久軸軸承自然磨損損。b.電機軸承潤滑滑不良。⑦主軸電機軸軸繡死，軸變變形等3.主軸電機不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)①切削參數(shù)選選擇不當(dāng)，負負載過重電機機堵轉(zhuǎn)。②CNC系統(tǒng)指令未加加到主軸速度度單元上。(模擬速度信信號為0)。。③未給主軸正正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)指指令。④出現(xiàn)各類報報警，主軸速速度單元的使使能失效。⑤輸入了停止止指令或緊停停信號。⑥參數(shù)設(shè)定有有錯。⑦主軸速度控控制單元故障障或報警。⑧主軸電機損損壞。⑨主軸編碼器器反饋異常。。⑩電源模塊故故障或電源模模塊電源無法法接通。4.主軸電機轉(zhuǎn)速速異?；蜣D(zhuǎn)速速不穩(wěn)當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超超過技術(shù)要求求所規(guī)定的范范圍，原因：：①CNC系統(tǒng)輸出的主主軸轉(zhuǎn)速模擬擬量(通常為為0～±10v)沒有達到與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速指令對應(yīng)應(yīng)的值，或速速度指令錯誤誤。②CNC系統(tǒng)中D/A變換器故障。。③主軸轉(zhuǎn)速模模擬量中有干干擾噪聲。④測速裝置有有故障或速度度反饋信號斷斷線。⑤電動機過載載。⑥電動機不良良（包括勵磁磁喪失）。⑦主軸驅(qū)動裝裝置故障。5.主軸旋轉(zhuǎn)時機機械噪聲大（（無報警）主軸機械摩擦擦或主軸電機機故障。①觀察主軸診診斷畫面，如如果電機速度度穩(wěn)定，而電電機負載有變變化，則可能能是主軸機械械摩擦，可能能主軸軸承已已經(jīng)損壞。②如果速度和和負載都穩(wěn)定定，則可能是是電機的軸承承損壞，更換換電機軸承或或送修電機。。③如果速度和和負載都有變變化（低速時時），可能是是主軸模塊的的驅(qū)動部分損損壞。④主軸參數(shù)未未進行初始化化，或初始化化時電機代碼碼不對。⑤主軸部分機機械故障。a.皮帶松動。b.皮帶磨損。c.主軸軸承損傷傷。d.變速齒輪損傷傷。e.主軸組件動平平衡不良。6.主軸精度超標標①主軸軸承損損壞或調(diào)整不不當(dāng)。②主軸內(nèi)孔磨磨損。③主軸溫升過過高，引起熱熱變形。④鎖緊螺母松松動。7.主軸振動或噪噪聲太大首先要區(qū)別噪噪聲及振動發(fā)發(fā)生在主軸機機械部分還是是電氣部分。。檢查方法有有：①在減速過程程中發(fā)生，一一般是由驅(qū)動動裝置造成的的，如交流驅(qū)驅(qū)動中的再生生回路故障。。②在恒轉(zhuǎn)速時時，可通過觀觀察主軸電動動機自由停車車過程中是否否有噪聲和振振動來區(qū)別，，如存在，則則主軸機械部部分有問題。。③檢查振動的的周期是否與與轉(zhuǎn)速有關(guān)，，如無關(guān)，一一般是主軸驅(qū)驅(qū)動裝置未調(diào)調(diào)整好；如有有關(guān)，應(yīng)檢查查主軸機械部部分是否良好好，測速裝置置是否不良。。電氣方面的原原因：①電源缺相或或電源電壓不不正常。②控制單元上的的電源開關(guān)設(shè)設(shè)定(50/60Hz切換)錯錯誤誤。③伺服單元上上的增益電路路和顫抖電路路調(diào)整不好(或設(shè)置不當(dāng)當(dāng))。④電流反饋回回路未調(diào)整好好。⑤三相輸入的的相序不對。。機械方面的原原因：①主軸箱與床床身的連接螺螺釘松動。②軸承預(yù)緊力力不夠或預(yù)緊緊螺釘松動，，游隙過大，，使之產(chǎn)生軸軸向竄動，應(yīng)應(yīng)重新調(diào)查。。③軸承損壞，，應(yīng)更換軸承承。④主軸部件上上動平衡不好好，應(yīng)重新調(diào)調(diào)整動平衡。。⑤齒輪有嚴重重損傷，或此此輪嚙合間隙隙過大，應(yīng)更更換此輪或調(diào)調(diào)整嚙合間隙隙。⑥潤滑不良，，因油不足，，應(yīng)改善潤滑滑條件，使?jié)櫇櫥统渥?。。⑦主軸與主軸軸電機的連接接皮帶過緊，，應(yīng)移動電機機座調(diào)整皮帶帶使松緊度合合適。⑧連接主軸與與電機的聯(lián)軸軸器故障。⑨主軸負荷太太大。例：配套某系系統(tǒng)的數(shù)控車車床，在加工工過程中，發(fā)現(xiàn)在端端面加工時，，表面出現(xiàn)周周期性波紋。。分析與處理過過程：數(shù)控車車床端面加工工時，表面出現(xiàn)皺紋紋的原因很多多，在機械方方面如：刀具具、絲杠、主軸軸等部件的安安裝不良、機機床的精度不不足等等都可能能產(chǎn)生以上問問題。但該機床為周周期性出現(xiàn)，，且有一定規(guī)規(guī)律，根據(jù)通通常的情況，，應(yīng)于主軸的的位置監(jiān)測系系統(tǒng)有關(guān)，但但仔細檢查機機床主軸各部部分，卻未發(fā)發(fā)現(xiàn)任何不良良。檢查該機床的的機械傳動裝裝置，其結(jié)構(gòu)構(gòu)是伺服電動動機與滾珠絲絲杠間通過齒齒形帶進行聯(lián)聯(lián)接，位置反反饋編碼器采采用的是分離離型布置。檢查發(fā)現(xiàn)X軸的分離是編編碼器安裝位位置與絲杠不不同心，存在在偏心，即：：編碼器軸心心線與絲杠中中心不在同一一直線上，從從而造成了X軸移動過程中中的編碼器的的旋轉(zhuǎn)不均勻勻，反映到加加工中，則出出現(xiàn)周期性波波紋。重新安裝、調(diào)調(diào)整編碼器后后，機床恢復(fù)復(fù)正常。①減速極限電電路調(diào)整不良良。②電流反饋回回路不良。③加/減速回回路時間常數(shù)數(shù)設(shè)定和負載載貫量不匹配配。④驅(qū)動器再生生制動電路故故障。⑤傳動帶連接接不良。8.主軸加/減速速時工作不正正常主要原因有：：當(dāng)進行螺紋切切削或用每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進給指令切切削時，會出出現(xiàn)停止進給給、主軸仍繼續(xù)運運轉(zhuǎn)的故障。。要執(zhí)行每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進給的指令令，主軸必須須有每轉(zhuǎn)一個個脈沖的反饋饋信號，一般般情況下為主主軸編碼器有有問題。可以以用以下方法法來確定：1）CRT畫面有報警顯顯示。2）通過PLC狀態(tài)顯示觀察察編碼器的信信號狀態(tài)。3）用每分鐘鐘進給指令代代替每轉(zhuǎn)進給給指令來執(zhí)行行程序，觀察察故障是否消消失。9.主軸與進給不不匹配（螺紋紋加工時）數(shù)控車床加工工螺紋，其實實質(zhì)是主軸的的角位移與Z軸進給之間進進行插補，主主軸的角位移移是通過主軸軸編碼器進行測量的的，一般螺紋紋加工時，系系統(tǒng)進行的是是主軸每轉(zhuǎn)進給動作作，要執(zhí)行每每轉(zhuǎn)進給的指指令，主軸必必須有每轉(zhuǎn)一個脈沖沖的反饋信號號，“亂牙””往往是由于于主軸與Z軸進給不能實實現(xiàn)同步引起起的，此外，，還有以下原原因：①主軸編碼器器或Z軸“零位脈沖沖”不良或受受到干擾。②主軸編碼器器或聯(lián)軸器松松動（斷裂））。③主軸編碼器器信號線接地地或屏蔽不良良，被干擾。。④主軸轉(zhuǎn)速不不穩(wěn)，有抖動動。⑤主軸轉(zhuǎn)速尚未未穩(wěn)定，就執(zhí)執(zhí)行了螺紋加加工指令(G32)，導(dǎo)致了主軸與與Z軸進給不能實實現(xiàn)同步，造造成“亂牙”。。例：配套某系系統(tǒng)的數(shù)控車車床，在G32車螺紋時，出現(xiàn)起始段段螺紋“亂牙牙”的故障。。分析與處理過過程：數(shù)控車車床加工螺紋紋，其實質(zhì)是是主軸的角位位移與Z軸進給之間進進行的插補，，“亂牙”是由由于主軸與Z軸進給不能實實現(xiàn)同步引起起的。由于該機床使使用的是變頻頻器作為主軸軸調(diào)速裝置，，主軸速度為開開環(huán)控制，在在不同的負載載下，主軸的的起動時間不同，且且起動時的主主軸速度不穩(wěn)穩(wěn)，轉(zhuǎn)速亦有有相應(yīng)的變化，導(dǎo)致致了主軸與Z軸進給不能實實現(xiàn)同步。解決以上故障障的方法有如如下兩種：①通過在主軸軸旋轉(zhuǎn)指令（（M03）后、螺紋加工工指令（G32）前增加G04延時指令，保保證在主軸速速度穩(wěn)定后，再開始螺螺紋加工。②更改螺紋加加工程序的起起始點，使其其離開工件一一段距離，保證在主主軸速度穩(wěn)定定后，再真正正接觸工件，，開始螺紋的加工。。通過采用以上上方法的任何何一種都可以以解決該例故障，實現(xiàn)正正常的螺紋加加工。主軸準停用于于刀具交換、、精鏜進、退退刀及齒輪換檔等場合，，有三種實現(xiàn)現(xiàn)方式：①機械準停控控制由帶V型槽的定位盤盤和定位用的的液壓缸配合合動作。②磁性傳感器器的電器準停?？刂瓢l(fā)磁體安裝在在主軸后端，，磁傳感器安安裝在主軸箱箱上，其安裝裝位置決定了了主軸的準停停點，發(fā)磁體體和磁傳感器器之間的間隙隙為（1.5±0.5））mm。③編碼器的準準?？刂仆ㄟ^主軸電動動機內(nèi)置安裝裝或在機床主主軸上直接安安裝一個光電電編碼器來實實現(xiàn)準停控制制，準停角度度可任意設(shè)定定。9.主軸定位點不不穩(wěn)定或主軸軸不能定位（（定位抖動））上述準停均要要經(jīng)過減速的的過程，如減減速或增益等等參數(shù)設(shè)置不當(dāng)當(dāng)，均可引起起定位抖動。。另外，準定定方式（1）中定位位液壓缸活塞塞移動的限位位開關(guān)失靈，，準停方式（2）中中發(fā)磁體和磁磁傳感器之間間的間隙發(fā)生生變化或磁傳感器失失靈均可引起起定位抖動。。例1：某加工工中心，配套套6SC6502主軸驅(qū)動器，，在調(diào)試時，出出現(xiàn)主軸定位位點不穩(wěn)定的的故障。分析與處理過過程：維修時時通過多次定定位進行反復(fù)復(fù)試驗，確認本本故障的實際際故障現(xiàn)象為為：①該機床可以以在任意時刻刻進行主軸定定位，定位動動作正確。②只要機床不不關(guān)機，不論論進行多少次次定位，其定定位點總是保保持不變。③機床關(guān)機后后，再次開機機執(zhí)行主軸定定位，定位位位置與關(guān)機前前不同，在完完成定位后，，只要不開機機以后每次定定位總是保持持在該位置不不變。④每次關(guān)機后后，重新定位位，其定位點點都不同，主主軸可以在任任意位置定位位。因為主軸軸定位的過程程，事實上是是將主軸停止止在編碼器““零位脈沖””不固定引起起的。分析可可能引起以上上故障的原因因有：1）編碼器固固定不良，在在旋轉(zhuǎn)過程中中編碼器于主主軸的相對位位置在不斷變變化2）編碼器不不良，無“零零位脈沖”輸輸出或“零位位脈沖”受到到干擾3）編碼器器連接錯誤誤根據(jù)以上可可能的原因因，逐一檢檢查，排除除了編碼器器固定不良良、編碼器器不良的原原因。進一一步檢查編編碼器的連連接，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)該編碼器器內(nèi)部的““零位脈沖沖”Ua0與-Ua0引出線接反反，重新連連接后，故故障排除。。例2DM4600加工中心，，在更換了了主軸編碼碼器后，出出現(xiàn)主軸定定位時不斷斷振蕩，無無法完成定定位的故障障。分析：由于于該機床更更換了主軸軸位置編碼碼器，機床床在執(zhí)行主主軸定位時時減速動作作正確，分分析故障原原因應(yīng)與主主軸位置反反饋極性有有關(guān)，當(dāng)位位置反饋極極性設(shè)定錯錯誤時，必必然引起以以上現(xiàn)象。。更換主軸編編碼器極性性可以通過過交換編碼碼器的輸出信號Ua1/Ua2，Ua1’’/Ua2’進行，當(dāng)編編碼器定位由CNC控制時，也也可以通過過修改CNC機床參數(shù)進進行，在本機機床上通過過修改主軸軸位置反饋饋極性參數(shù)數(shù)（硬件配置置參數(shù)中主主軸編碼器器的部件號號），主軸軸定位恢復(fù)正正常。3.3.1對伺服進給給系統(tǒng)的要要求1.快速響響應(yīng)，無超超調(diào)為了保證生生產(chǎn)率和加加工質(zhì)量，，除了要求求有較高的的定位精度度外，還要要求有良好好的快速響響應(yīng)特性，，即要求跟跟蹤指令信信號的響應(yīng)應(yīng)要快，因因為數(shù)控系系統(tǒng)在啟動動、制動時時，要求加加、減加速速度足夠大大，縮短進進給系統(tǒng)的的過渡過程程時間，減減小輪廓過過渡誤差。。2.調(diào)速范圍寬寬3.3進給伺服系系統(tǒng)的故障障分析維修修3.低速大轉(zhuǎn)矩矩，過載能能力強一般來說，，伺服驅(qū)動動器具有數(shù)數(shù)分鐘甚至至半小時內(nèi)內(nèi)1.5倍倍以上的過過載能力，，在短時間間內(nèi)可以過過載4～6倍而不損損壞。4.有足夠的傳傳動剛性和和高的速度度穩(wěn)定性5.精度高一一般為1um或0.1um6.可靠性高要求數(shù)控機機床的進給給驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)可靠性高高、工作穩(wěn)穩(wěn)定性好，，具有較強強的溫度、、濕度、振振動等環(huán)境境適應(yīng)能力力和很強的的抗干擾的的能力。7.對對電機機的要求1）從最低低速到最高高速電機都都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動動要小，尤尤其在低速速如0.1r/min或更低速時時，仍有平平穩(wěn)的速度度而無爬行行現(xiàn)象。2）電機應(yīng)應(yīng)具有大的的較長時間間的過載能力，以滿足低低速大轉(zhuǎn)矩矩的要求。。一般直流流伺服電機機要求在數(shù)數(shù)分鐘內(nèi)過過載4～6倍而不損損壞。3）為了滿滿足快速響應(yīng)的要求，電電機應(yīng)有較較小的轉(zhuǎn)動動慣量和大大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具具有盡可能能小的時間間常數(shù)和啟啟動電壓。。4）電機應(yīng)應(yīng)能承受頻繁啟、制制動和反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。數(shù)控機床所采用的伺服進給系統(tǒng)按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制以及混合控制4種。無位置反饋裝置的伺服進給系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。使用步進電機（包括電液脈沖馬達）作為伺服執(zhí)行元件，是其最明顯的特點。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，數(shù)控裝置輸出的脈沖，經(jīng)過步進驅(qū)動器的環(huán)形分配器或脈沖分配軟件的處理，在驅(qū)動電路中進行功率放大后控制步進電機，最終控制了步進電機的角位移。步進電機再再經(jīng)過減速速裝置（或或直接連接接）帶動了了絲杠旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，通過絲絲杠將角位位移轉(zhuǎn)移。。因此，控控制步進電電機的轉(zhuǎn)角角與轉(zhuǎn)速，，就可以以間接控制制移動部件件的移動速速度與位移移量。如圖圖3-1為為開環(huán)控制制驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原原理圖。圖3-1開開環(huán)環(huán)控制伺服服驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原原理圖為半閉環(huán)控控制系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)原理理圖。圖3-2半半閉閉環(huán)控制系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原原理圖圖3-3全全閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理理圖采用開環(huán)控控制系統(tǒng)的的數(shù)控機床床結(jié)構(gòu)簡單單，制造成成本低，但但是由于系系統(tǒng)對移動動部件的實實際位移量量不進行檢檢測，因此此無法通過過反饋自動動進行誤差差檢測和校校正。步進電機的的步距角誤誤差、齒輪輪與絲杠等等部件的傳傳動誤差,最終都都將影響被被加工零件件的精度；；特別是在在負載轉(zhuǎn)矩矩超過電動動機輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時，將將導(dǎo)致步進進電機的““失步”，，使加工無無法進行。。因此，開環(huán)環(huán)控制僅適適用于加工工精度要求求不高，負負載較輕且且變化不大大的簡易、、經(jīng)濟型數(shù)數(shù)控機床上上。采用半閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)的數(shù)控機機床，電氣氣控制與機機械傳動間間有明顯的的分界，因因此調(diào)試維維修與故障障診斷較方方便且機械械部分的間間隙摩擦死死區(qū)剛度等等非線性環(huán)環(huán)節(jié)都在閉閉環(huán)以外，，因此系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)定性性較好。伺服電機和和光電編碼碼器通常做做成一體，，電動機和和絲杠間可可以直接聯(lián)聯(lián)接或通過過減速裝置置聯(lián)接；位位置檢測單單位和實際際最小移動動單位間的的匹配，可可以通過數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的參數(shù)（電電子齒輪比比）進行設(shè)設(shè)置。它具具有傳動系系統(tǒng)簡單、、結(jié)構(gòu)緊湊湊、制造成成本低、性性能價格比比高等特點點，從而在在數(shù)控機床床上得到廣廣泛應(yīng)用。。如圖3-2為半閉閉環(huán)控制系系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)原理圖。。采用閉環(huán)控控制系統(tǒng)的的數(shù)控機床床的特點是是：機床移移動部件上上直接安裝裝有直線位位移檢測裝裝置，檢測測裝置檢測測最終位移移輸出量。。實際位移移值被反饋饋到數(shù)控裝裝置或伺服服驅(qū)動中，，它可以直直接與輸入入的指令位位移值進行行比較，用用誤差進行行控制，最最終實現(xiàn)移移動部件的的精確運動動和定位。。從理論上上說，對于于這樣的閉閉環(huán)系統(tǒng)，，其運動精度度僅取決于于檢測裝置置的檢測精精度，它與與機械傳動動的誤差無無關(guān)，顯然，其精精度將高于于半閉環(huán)系系統(tǒng)。而且且它可以對對傳動系統(tǒng)統(tǒng)的間隙、、磨損自動動補償，其其精度保持持性要比半半閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)好得多。。圖3-3為全閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原原理圖。由于閉環(huán)控控制系統(tǒng)的的工作特點點，它對機機械結(jié)構(gòu)以以及傳動系系統(tǒng)的要求求比半閉環(huán)環(huán)更高，傳傳動系統(tǒng)的的剛度、間間隙、導(dǎo)軌軌的爬行等等各種非線線性因素將將直接影響響系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定性，嚴嚴重時甚至至產(chǎn)生振蕩蕩。解決以上問問題的最佳佳途徑是采采用直線電電動機作為為驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)的執(zhí)行器器件。采用用直線電動動機驅(qū)動，，可以完全全取消傳動動系統(tǒng)中將將旋轉(zhuǎn)運動動變?yōu)橹本€線運動的環(huán)環(huán)節(jié)，大大大簡化機械械傳動系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，，實現(xiàn)了所所謂的“零零傳動”。。它從根本本上消除了了傳動環(huán)節(jié)節(jié)對精度、、剛度、快快速性、穩(wěn)穩(wěn)定性的影影響，故可可以獲得比比傳統(tǒng)進給給驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)更高的定定位精度、、快進速度度和加速度度。從原理上說說，數(shù)控機機床的伺服服系統(tǒng)應(yīng)包包括從位置置指令脈沖沖給定到實實際位置輸輸出的全部部環(huán)節(jié)，即即包括位置置控制、速速度控制、、驅(qū)動電動動機、檢測測元器件等等部分。但但在很多系系統(tǒng)中，為為了制造方方便，通常常將伺服系系統(tǒng)的位置置控制部分分與CNC裝置制成一一體，所以以，人們平平時習(xí)慣上上所說的機機床伺服進進給系統(tǒng)，，一般是指指伺服進給給系統(tǒng)的速速度控制單單元、伺服服電動機、、檢測元器器件部分，，而不包括括位置控制制部分。步進電機是是一種能以以數(shù)字脈沖沖進一個步步距角增量量，因此，，步進電機機能很方便便地將電脈脈沖轉(zhuǎn)換為為角位移，，具有較好好的定位精精度，無漂漂移和無積積累定位誤誤差的優(yōu)點點，能跟蹤蹤一定頻率率范圍的脈脈沖列，可可作同步電電動機使用用，廣泛地地應(yīng)用于各各種小型自自動化設(shè)備備及儀器。。3.3.1、步進伺伺服步進電機的的分類：按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生生的原理可可分為:1.反應(yīng)式式步進電機機;2.永磁式式步進電機機;3.混合式式步進電機機；可變磁阻阻式步進進電機又又稱為反應(yīng)式步步進電機機，工作原原理是由由改變電電動機的的定子和和轉(zhuǎn)子的的軟鋼齒齒之間的的電磁引引力來改改變定子子和轉(zhuǎn)子子的相對對位置，，這種電電動機結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單、步距距角小。。永磁式步步進電機機的轉(zhuǎn)子鐵鐵心上裝裝有多條條永久磁磁鐵，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動與定定位是由由定、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子之間間的電磁磁引力與與磁鐵磁磁力共同同作用的的。與反反應(yīng)式步步進電機機相比，，相同體體積的永永磁式步步進電動動機轉(zhuǎn)矩矩大，步步距角也也大?；旌鲜讲讲竭M電機機結(jié)合了反反應(yīng)式步步進電機機和永磁磁式步進進電機的的優(yōu)點，，采用永永久磁鐵鐵提高電電動機的的轉(zhuǎn)矩，，采用細細密的極極齒來減減小步距距角，是是目前數(shù)數(shù)控機床床上應(yīng)用用最多的的步進電電動機。。從控制繞繞組數(shù)量量上可分分為:1.二相相步進電電機。2.三相相步進電電機。3.四相相步進電電機。4.五相相步進電電機。5.六相相步進電電機。步進電機機的接線線圖（一）步步距角角和步距距誤差：：轉(zhuǎn)子每步步轉(zhuǎn)過的的空間機機械角度度，即步步距角β為β=360°/Z*N其中Z-轉(zhuǎn)子齒數(shù)數(shù)，N-運行拍數(shù)數(shù)。步進電機機每走一一步，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子實際際的角位位移與設(shè)設(shè)計的步步距角存存在有步步距誤差差。連續(xù)續(xù)走若干干步時，，上述誤誤差形成成累積值值。轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)過一一圈后，，回至上上一轉(zhuǎn)的的穩(wěn)定位位置，因因此步進進電機步步距的誤誤差不會會長期積積累。步步進電機機步距的的積累誤誤差，是是指一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)內(nèi)步距積積累誤差差的最大大值，步步距誤差差和積累累誤差通通常用度度、分或或者步距距角的百百分比表表示。影影響步距距誤差和和積累誤誤差的主主要因素素有:齒齒與磁磁極的分分度精度度；鐵心心迭壓及及裝配精精度；各各相矩角角特性之之間差別別的大小?。粴庀断兜牟痪鶆虺潭榷鹊?。步進電機機的主要要特性：：（二）靜靜態(tài)矩角角特性和和最大靜靜轉(zhuǎn)矩特特性：所謂靜態(tài)態(tài)是指電電機不改改變通電電狀態(tài)，，轉(zhuǎn)子不不動時的的工作狀狀態(tài)?？湛蛰d時，，步進電電機某相相通以直直流電流流時，該該相對應(yīng)應(yīng)的定、、轉(zhuǎn)子齒齒對齊，，這時轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子無轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩輸出出。如在在電機軸軸上加一一順時針針方向的的負載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，步步進電機機轉(zhuǎn)子則則按順時時針方向向轉(zhuǎn)過一一個小角角度θ，稱為失調(diào)調(diào)角,這這時轉(zhuǎn)子子電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T與負載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩相等等。矩角角特性是是描述步步進電機機穩(wěn)態(tài)時時，電磁磁轉(zhuǎn)矩與與失調(diào)角角θ之間關(guān)系系的曲線線，或稱稱為靜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩特性性。T0步進電機機矩角特特性（三）啟動慣頻頻特性在負載轉(zhuǎn)矩矩ML=0的條件下下，步進進電動機機由靜止止?fàn)顟B(tài)突突然啟動動，不丟丟步地進進入正常常運行狀狀態(tài)所允允許的最最高啟動動頻率，，稱為啟動頻率率或突跳頻頻率，超超過此值值就不能能正常啟啟動。啟啟動頻率率與機械械系統(tǒng)的的轉(zhuǎn)動慣慣量有關(guān)關(guān)，包括括步進電電動機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣量量，加上上其它運運動部件件折算至至步進電電動機軸軸上的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣量量。下圖圖表示啟啟動頻率率與負載載轉(zhuǎn)動慣慣量之間間的關(guān)系系。隨著著負載慣慣量的增增加，起起動頻率率下降。。若同時時存在負負載轉(zhuǎn)矩矩ML；則起動頻頻率將進進一步降降低。在在實際應(yīng)應(yīng)用中，，由于ML的存在，，可采用用的啟動動頻率要要比慣頻頻特性還還要低。。（四）步步進電機機矩頻特特性：矩頻特性性是用來來描述步步進電機機連續(xù)穩(wěn)穩(wěn)定運行行時輸出出轉(zhuǎn)矩寫寫連續(xù)運運行頻率率之間的的關(guān)系曲曲線。矩頻特特性曲線線上每一一頻率所所對應(yīng)的的轉(zhuǎn)矩稱稱為動態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)矩。。動態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩除了了和步進進電機結(jié)結(jié)構(gòu)及材材料有關(guān)關(guān)外，還還與步進進電機繞繞組連接接、驅(qū)動動電路、、驅(qū)動電電壓有密密切的關(guān)關(guān)系。下下圖是混混合式步步進電機機連續(xù)運運行時的的典型的的矩頻特特性曲線線。1.電機機不運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1）驅(qū)驅(qū)動器無無供電電電壓2）驅(qū)驅(qū)動器保保險絲熔熔斷3）驅(qū)驅(qū)動器報報警(過過電壓、、欠電壓壓、過電電流、過過熱)4）驅(qū)驅(qū)動器與與電機連連線斷線線5）系統(tǒng)參數(shù)數(shù)設(shè)置不不當(dāng)6）驅(qū)驅(qū)動器使使能信號號被封鎖鎖7）接接口信號號線接觸觸不良8）驅(qū)驅(qū)動器電電路故障障9）電電機卡死死或者出出現(xiàn)故障障10）電電動機生生銹11）指指令脈沖沖太窄、、頻率過過高、脈脈沖電平平太低3.3.4步步進電機機常見故故障及分分析：2.電機起動動后堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1）指令令頻率太太高2）負載載轉(zhuǎn)矩太太大3）加速速時間太太短4）負載載慣量太太大5）電源源電壓降降低3.電機機運轉(zhuǎn)不不均勻，，有抖動動1）指指令脈沖沖不均勻勻2）指指令脈沖沖太窄3）指指令脈沖沖電平不不正確4）指指令脈沖沖電平與與驅(qū)動器器不匹配配5）脈脈沖沖信號號存在在噪聲聲6）脈脈沖沖頻率率與機機械發(fā)發(fā)生共共振4.電電機機運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)不規(guī)規(guī)則，，正反反轉(zhuǎn)地地搖擺擺1）指指令脈脈沖頻頻率與與電機機發(fā)生生共振振2）外外部部干擾擾5.電電機機定位位不準準1）加加減減速時時間太太小2）存存在在干擾擾噪聲聲3）系系統(tǒng)屏屏蔽不不良6.電電機過過熱：：1）工工作環(huán)環(huán)境過過于惡惡劣，，環(huán)境境溫度度過高高2）參參數(shù)選選擇不不當(dāng)，，如電電流過過大，，超過過相電電流3）電電壓過過高7.工工作作過程程中停停車：：1）驅(qū)驅(qū)動動電源源故障障2）電電動動機線線圈匝匝間短短路或或接地地3）繞繞組組燒壞壞4）脈脈沖沖發(fā)生生電路路故障障5）雜雜物卡卡住8.噪噪聲聲大1）電電機運運行在在低頻頻區(qū)或或共振振區(qū)2）純純慣性性負載載、短短程序序、正正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頻繁繁3）磁磁路混混合式式或永永磁式式轉(zhuǎn)子子磁鋼鋼退磁磁后以以單步步運行行或在在失步步區(qū)4）永永磁單單向旋旋轉(zhuǎn)步步進電電機的的定向向機構(gòu)構(gòu)損壞壞9.失失步步或者者多步步1）負負載過過大，，超過過電動動機的的承載載能力力2）負負載忽忽大忽忽小3）負負載的的轉(zhuǎn)動動慣量量過大大，啟啟動時時失步步、停停車時時過沖沖4）傳傳動間間隙大大小不不均5）傳傳動間間隙產(chǎn)產(chǎn)生的的零件件有彈彈性變變形6）電電動機機工作作在震震蕩失失步區(qū)區(qū)7）電電路總總清零零使用用不當(dāng)當(dāng)8）干干擾9）定定、轉(zhuǎn)子子相檫檫10.無無力或或者是是出力力降低低1）驅(qū)驅(qū)動動電源源故障障2）電電動動機繞繞組內(nèi)內(nèi)部發(fā)發(fā)生錯錯誤3）電電動動機繞繞組碰碰到機機殼，，發(fā)生生相間間短路路或者者線頭脫脫落4）電電動動機軸軸斷5）電電動動機定定子與與轉(zhuǎn)子子之間間的氣氣隙過過大6）電電源源電壓壓過低低11.不能能啟動動1）工工作作方式式不對對2）驅(qū)驅(qū)動動電路路故障障3）遙遙控控時，，線路路壓降降過大大4）安安裝裝不正正確，，或電電動機機本身身軸承承、止口口等故故障使使電動動機不不轉(zhuǎn)5）N、S極接錯錯6）長長期期在潮潮濕場場所存存放，，造成成電動動機部部分生生銹3.4進給給伺服服驅(qū)動動系統(tǒng)統(tǒng)SIMODRIVE6IIU6IIU驅(qū)動器器模塊塊6IIUE驅(qū)動器器模塊塊SIMODRIVE6IIU系列適用于于SIMODRIVE611模擬型型的1FT5交流伺伺服電電機說明1FT5交流伺伺服電電機高動態(tài)態(tài)性能能減少少了非非生產(chǎn)產(chǎn)性時時間大量的的應(yīng)用用證明明了其其耐用用性電源和和信號號的安安裝連連接可可以用用于嚴嚴重污污染的的環(huán)境境連線較較少從從而簡簡化了了復(fù)雜雜的安安裝應(yīng)用范范圍廣廣廣泛的的選擇擇性諸諸如集集成內(nèi)內(nèi)置式式的編編碼器器齒輪輪單元元制動動機構(gòu)構(gòu)等1FT5交流伺伺服電電機在在整個個速度度設(shè)定定范圍圍內(nèi)都都能確確保恒恒定的的連續(xù)續(xù)扭矩矩和恒恒定的的過載載容量量。在設(shè)計計中，，特別別注重重用戶戶操作作的友友好性性，極極高的的可靠靠性和和非常常低的的維護護費用用。1FT5交流伺伺服電電機主主要是是針對對運行行時不不需要要外部部冷卻卻設(shè)備備而設(shè)設(shè)計的的，熱熱量會會通過過電機機的外外殼而而傳遞遞出去去。定定子繞繞組和和定子子鐵芯芯產(chǎn)生生的熱熱量可可以直直接通通過高高質(zhì)量量的熱熱傳導(dǎo)導(dǎo)傳到到電機機外殼殼。在在這里里，無無刷、、永磁磁同步步電機機顯示示了它它獨特特的優(yōu)優(yōu)點。。應(yīng)用:機床復(fù)雜的的加工工中心心和自自動車車床專用機機床傳送線線機器人人和機機械手手木工機機床一般的的自動動化任任務(wù)適用于于SIMODRIVE611的1FT6交流伺伺服電電機說明1FT6交流伺伺服電電機較高的的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度度(正弦電電流注注入)工件表表面質(zhì)質(zhì)量高動態(tài)態(tài)性能能決定定了較較短的的非生生產(chǎn)性性時間間電源和和信號號連接接可以以用于于嚴重重污染染的環(huán)環(huán)境使用單單一編編碼器器系統(tǒng)統(tǒng)從而而簡化化了電電纜電電路對側(cè)向向力有有較高高抵抗抗力1FT6交流伺伺服電電機是是高緊緊湊型型的永永磁同同步電電機可以使使用SIMODRIVE611數(shù)字/通用變變頻系系統(tǒng)控控制帶帶集成成式內(nèi)內(nèi)置編編碼器器的1FT6電機?？梢允故褂肐MODRIVE611模擬/通用變變頻系系統(tǒng)控控制帶帶旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓壓器的的1FT6電機。SIMODRIVE611變頻器器的全全數(shù)字字控制制系統(tǒng)統(tǒng)和1FT6伺服電電機的的新型型編碼碼器技技術(shù)可可以滿滿足動動態(tài)性性能速速度設(shè)設(shè)定范范圍旋旋轉(zhuǎn)和和位置置精度度方面面的最最高要要求。。這種電電機主主要是是針對對運行行時不不需要要外部部冷卻卻而設(shè)設(shè)計的的，熱熱量會會通過過電機機的外外殼而而傳遞遞。定定子繞繞組和和定子子鐵芯芯產(chǎn)生生的熱熱量可可以直直接通通過高高質(zhì)量量的熱熱量傳傳導(dǎo)傳傳到電電機外外殼。。在這這里，，無刷刷、定定場同同步電電機顯顯示了了它獨獨特的的優(yōu)點點。應(yīng)用高性能能機床床對動態(tài)態(tài)性能能和精精度有有較高高要求求的生生產(chǎn)機機械適用于于SIMODRIVE611的1FK6交流伺伺服電電機1FK6交流伺伺服電電機結(jié)構(gòu)緊緊湊安安裝空空間要要求較較小插頭方方向可可以定定向確確定的的安裝裝方式式為機機床的的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計計提供供了靈靈活性性連線少少安裝裝簡單單聯(lián)軸節(jié)節(jié)和法法蘭盤盤與1FT6電機兼兼容1FK6交流伺伺服電電機是是永磁磁同步步電機機1FK6電機裝裝備內(nèi)內(nèi)置式式光學(xué)學(xué)編碼碼器適適用于于SIMODRIVE611數(shù)字/通用變變頻系系統(tǒng)一一起使使用可可以使用SIMODRIVE611模擬/通用型型變頻頻系統(tǒng)統(tǒng)控制制帶旋轉(zhuǎn)變變壓器器的1FK6電機。。這個電電機主主要是是針對對運行行時不不需要要外部部冷卻卻而設(shè)設(shè)計的的。熱熱量會會通過過電機機的外外殼而而傳遞遞。定定子繞繞組和和定子子鐵芯芯產(chǎn)生生的熱熱量直直接傳傳到電電機外外殼。。在這這里，，無刷刷、永永磁同同步電電機顯顯示了了它獨獨特的的優(yōu)點點應(yīng)用機床木工機機床各種龍龍門結(jié)結(jié)構(gòu)的的機械械設(shè)備備機器人人和機機械手手