文档介绍：常州轻工职业技术学院
数控机床故障诊断及维护课程授课教案 NO: 09
授课日期
授课班级
03机电331
03机电332
课题
伺服系统故障诊断(一)
授课类型
讲授
课时数
教学
目的
重点
难点
教具
挂图
教学过程
及
时间分配
主要教学内容
教学方法
的运用
数控机床中的伺服系统取代了传统机床的机械传动,这是数控机床重要特征之一。由于伺服系统包含了众多的电子电力器件,并应用反馈控制原理将它们有机地组织起来,因此在一定意义上,伺服系统的高性能和高可靠性决定了整台数控机床的性能和可靠性。
C位置控制部分构成位置伺服系统。伺服系统如果离开了高精度的位置检测装置,就满足不了数控机床的要求。数控机床的驱动系统主要有两种:进给驱动系统和主轴驱动系统。从作用看,前者是控制机床各坐标的进给运动,后者是控制机床主轴旋转运动。驱动系统的性能,在较大程度上决定了现代数控机床的性能。数控机床的最大移动速度、C位置控制部分的动态和静态性能。另外,对某些加工中心而言,刀库驱动也可认为是数控机床的某一伺服轴,用以控制刀库中刀具的定位。
不论是进给驱动系统还是主轴驱动系统,从电气控制原理来分都可分为直流和交流驱动。直流驱动系统在70年代初至80年代中期在数控机床上占据主导地位,这是由于直流电动机具有良好的调速性能,输出力矩大,过载能力强,精度尚,控制原理简单,易于调整。随着微电子技术的迅速发展,加之交流伺服电动机材料、结构及控制理论有丁突破性的进展,80年代初期出了交流驱动系统,标志着新一代驱动系统的开始。由于交流驱动系统
保持了直流驱动系统的优越性,而且交流电动机无需维护,便于制造,不受恶劣环境影响,所以目前直流驱动系统已逐步被交流驱动系统所取代。从90年代开始,交流伺服驱动系统已走向数字化,驱动系统中的电流环、速度环的反馈控制已全部数字化,系统的控制模型和动态补偿均出高速微处理器实时处理,增强了系统自诊断能力,提高了系统的快速性和
精度。
1 主轴驱动系统
数控机床对主轴要求在很宽范围内转速连续可调,恒功率范围宽。当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时,就要对主轴提出4H应的进给控制和位置控制要求:此时,主轴驱动系统也可称为主轴伺服系统,相应的主轴电动机装配有编码器作为主轴位置检测;另一种方法就是在主轴上直接安装外置式的编码器,这在机床改造和经济型数控车床中用得较多。
主轴驱动变速目前主要有两种形式;一是主轴电动机带齿轮换档,目的在于降低主轴转速,增大传动比,放大主轴功率以适应切削的需要;二是主轴电动机通过同步齿形带或皮带驱动主铀,该类主轴电动机又称宽域电机或强切削电动机,具有恒功率宽的特点。由于无需机械变速,主轴箱内省却了齿轮和离合器,主轴箱实际上成为主轴支架,简化了主传动系统,从而提高了传功链的可靠性。
常用主轴驱动系统介绍
FANUC公司主轴驱动系统
从80年代开始,该公司已使用了交流主轴驱动系统、直流驱动系统已被交流驱动系统所取代。目前三个系列交流主轴电动机为:s系列电动机,~37kw; H系列电动机,~22kw;P系列电动机,~37kw:该公司交流主轴驱动系统的特点为:①采用微处理器控制技术,进行矢量计算,从而实现最佳控制。②主回路采用晶体管PWM逆变器,使电动机电流非常接近正弦波形。③具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。
SIEMENS 公司主轴驱动系统
SIEMENS公司生产的直流主轴电动机有1GG5、IGF5、1GL5和1GH5四个系列,与上述四个系列电动机配套的6RA24、6RA27系列驱动装置采用晶间管控制。
80年代初期,该公司又推出了1PH5和1PH6两个系列的交流主轴电动机,功率范围为3~100kW。驱动装置为6SC650系列交流主轴驱动装置或6SC611A(SIMODRIVE 611A)主轴驱动模块,主回路采用晶体管SPWM变频控制的方式,具有能量再生制动功能。另外,采用微处理器80186可进行闭环转速、转矩控制及磁场计算,从而完成矢量控制。通过选件实现C轴进给控制,C的帮助下,实现主轴的定位控制。
主轴伺服系统的故障形式及诊断方法
当主轴伺服系统发生故障时,通常有三种表现形式:一是在CRT或操作面板上显示报警内容或报警信息;二是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;三是主轴工作不正常,但无任何报警信息。主轴伺服系统常见故障有:
外界干扰
由于受电磁干扰,屏蔽和接地措施不良,主轴转速指令倍号或反馈信号受到干扰,使主轴驱动出现随机和无规律性的波动。判别有无干