伺服系統(tǒng)的故障診斷與維修.pptVIP

4.1 概 述,4.1.1 伺服驅(qū)動(dòng)控制的基本要求 對(duì)進(jìn)給伺服控制的基本要求是：位移精度高，快速響應(yīng)好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，高性能的伺服電動(dòng)機(jī)及低速大轉(zhuǎn)矩等 1開環(huán)伺服控制 開環(huán)伺服控制指數(shù)控設(shè)備的伺服控制中沒有檢測(cè)和反饋裝置，數(shù)控指令脈沖是單方向傳遞。開環(huán)伺服控制多采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件。,從檢測(cè)裝置來的反饋信號(hào)與指令脈沖信號(hào)進(jìn)行比較，得到位置偏差控制信號(hào)，經(jīng)伺服放大器對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算和功率放大，控制工作臺(tái)修正偏差，按照指令脈沖運(yùn)動(dòng)，稱為閉環(huán)伺服控制。,2閉環(huán)伺服控制,4.1.3 伺服控制的主要故障形式,伺服控制主要有主軸伺服控制和進(jìn)給伺服控制兩種: 主軸伺服控制系統(tǒng)的故障形式主要有： 主軸定位不準(zhǔn)； 主軸過載； 主軸振動(dòng)及噪聲； 主軸轉(zhuǎn)速與坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)不匹配等。 進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)的故障形式主要有以下幾種: （1）伺服電動(dòng)機(jī)過載； （2）低速爬行 ； （3）振動(dòng)與噪聲； （4）位置誤差。,4.2.1 常用主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控設(shè)備常用的主軸伺服驅(qū)動(dòng)主要有直流驅(qū)動(dòng)方式和交流驅(qū)動(dòng)方式兩大類。直流主軸電動(dòng)機(jī)有SIEMENS公司1GG5, 1GF5, 1GL5和1GH5等4個(gè)系列，配套的驅(qū)動(dòng)裝置為6RA24, 6R27，采用晶閘管控制系統(tǒng)。交流主軸電動(dòng)機(jī)有FUNUC公司推出的S系列電動(dòng)機(jī)，其功率范圍為1.537kW，采用晶體管PWM逆變器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制。SIEMENS公司也推出了1PH5及1PH6系列交流伺服電動(dòng)機(jī)，其功率為3100kW，采用晶體管SPWM變頻驅(qū)動(dòng)控制。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品主要有上海開通公司的KT系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。,返 回,4.2.2 主軸伺服驅(qū)動(dòng)控制的連接 KT270伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與KT590數(shù)控系統(tǒng)的連接圖 如圖所示：,返 回,4.2.3 交流伺服控制系統(tǒng)的調(diào)試 下面以華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)（HNC-21TF）與松下MSDA型交流伺服控制驅(qū)動(dòng)器、MSMA型交流伺服電動(dòng)機(jī)的連接控制為例，說明該系統(tǒng)的調(diào)試的內(nèi)容和方法。,HNC-21TF數(shù)控系統(tǒng)與伺服控制器、交流伺服電動(dòng)機(jī)的連接,4.2.4 交流主軸伺服系統(tǒng)的主要故障及診斷,常見交流主軸伺服系統(tǒng)的主要故障有以下幾種。 1過載； 2主軸定位抖動(dòng) ； 3主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給不匹配。 4.3 進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)的故障診斷 4.3.1 常見進(jìn)給伺服控制系統(tǒng) 常見的進(jìn)給伺服控制方式主要有直流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)、交流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)等。 4.3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給伺服控制 1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能參數(shù) （1）步距角誤差 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角公式： = 360/ mZK,（2）啟動(dòng)頻率； （3）矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 ； （4）靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性 。 矩頻特性曲線 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)靜態(tài)矩角特性,步進(jìn)電機(jī)的外觀圖,4.4 位置檢測(cè)裝置的安裝調(diào)整與故障診斷,4.4.1 位置檢測(cè)裝置的基本要求及分類 1位置檢測(cè)裝置的基本要求 能滿足移動(dòng)部件精度和速度的要求； 使用、維護(hù)簡(jiǎn)單、方便，成本低； 壽命長(zhǎng)，抗各種干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境； 在檢測(cè)范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求。 2位置檢測(cè)裝置的分類 按測(cè)量方式不同，位置檢測(cè)裝置可分為增量式和絕對(duì)式檢測(cè)裝置。按被測(cè)量的不同，位置檢測(cè)裝置可分為數(shù)字量和模擬量檢測(cè)裝置。,常用位置檢測(cè)裝置的分類,4.4.2 光柵檢測(cè)裝置,1光柵檢測(cè)裝置的組成 光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上用照相腐蝕法制成許多密集線紋。線紋的間距和寬度相等并與運(yùn)動(dòng)方向垂直，形成連續(xù)的透光區(qū)和不透光區(qū)。線紋之間的間距稱為柵距，常用光柵有每毫米刻50條、100條及200條的。 1光電池；2, 4聚光鏡；3夾縫；5光源；G1標(biāo)尺光柵；G2指示光柵 圖透射光柵和反射光柵,1光電池；2, 4聚光鏡；3夾縫；5光源；G1標(biāo)尺光柵；G2指示光柵 圖4.13 透射光柵和反射光柵,光柵尺及數(shù)顯表,光柵尺在機(jī)床導(dǎo)軌上的安裝,2光柵尺的安裝與調(diào)整,1床身；2光柵尺；3掃描頭； 4滾珠絲杠螺母副；5床鞍 光柵尺在機(jī)床上的安裝示意圖,4.4.3 感應(yīng)同步器檢測(cè)裝置,1感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) 感應(yīng)同步器由定尺和滑尺兩部分組成。定尺安裝在移動(dòng)部件的導(dǎo)軌上，其長(zhǎng)度應(yīng)大于被檢測(cè)件的長(zhǎng)度；滑尺較短，安裝在運(yùn)動(dòng)部件上。定尺和滑尺均由基板（鋼或鋁合金板）、平面繞組和保護(hù)屏蔽層等部分組成。,2感應(yīng)同步器的工作原理,1、對(duì)滑尺上的繞組通以交流電，根據(jù)電磁原理，將在定尺繞組上感應(yīng)出電壓，定尺繞組中感應(yīng)電壓是滑尺上正弦繞組和余弦繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的矢量和?；呙恳苿?dòng)一個(gè)節(jié)距，定尺上感應(yīng)電壓按余弦規(guī)律變化一周。 2、由于定尺上感應(yīng)電壓變化的周期與滑尺相對(duì)定尺移動(dòng)的節(jié)距2 對(duì)應(yīng)，而節(jié)距又與工作臺(tái)的實(shí)際位移x有關(guān)，從而可以間接對(duì)工作臺(tái)的位移進(jìn)行檢測(cè)，這就是感應(yīng)同步器的工作原理。,3感應(yīng)同步器的安裝與調(diào)整,1、感應(yīng)同步器的定尺安裝在移動(dòng)部件的導(dǎo)軌上，其長(zhǎng)度應(yīng)大于被檢測(cè)件的長(zhǎng)度，滑尺較短，安裝在運(yùn)動(dòng)部件上。感應(yīng)同步器安裝時(shí)，兩尺保持平行，兩尺之間間隙為（0.250.05）mm，一般定尺每段長(zhǎng)250mm。 2、為保證檢測(cè)精度，要求定尺側(cè)母線與機(jī)床導(dǎo)軌基準(zhǔn)面的平行度允差在全長(zhǎng)內(nèi)為0.1mm，滑尺側(cè)母線與機(jī)床導(dǎo)軌基準(zhǔn)面的平行度允差在全長(zhǎng)內(nèi)為0.02mm，定尺與滑尺之間的間隙應(yīng)保證在（0.250.05）mm之內(nèi)。 感應(yīng)同步器的安裝總圖：,4.4.4 編碼器檢測(cè)裝置,1光電盤編碼器工作原理 1印制電路板；2光源；3圓光柵；4指示光柵；5光電池組；6底座；7護(hù)罩；8軸 圖4.17 光電盤編碼器結(jié)構(gòu)圖,1印制電路板；2光源；3圓光柵；4指示光柵；5光電池組；6底座；7護(hù)罩；8軸 圖4.17 光電盤編碼器結(jié)構(gòu)圖,2編碼器的安裝與調(diào)整,編碼器的安裝主要采用與伺服電動(dòng)機(jī)同軸連聯(lián)的方式，也有采用安裝在傳動(dòng)鏈末端的方式，稱為外裝式安裝。編碼器安裝中的主要問題是防止連接松動(dòng)。對(duì)聯(lián)軸器的連接要求如下： 兩軸之間的誤差應(yīng)小于規(guī)定值； 夾緊螺釘?shù)霓D(zhuǎn)矩應(yīng)達(dá)到規(guī)定值，螺釘要用防松劑封固； 驅(qū)動(dòng)軸軸徑尺寸精度要求：普通型采用f7，精密型采用h6 。 對(duì)于外裝式安裝，要注意傳動(dòng)件的配合尺寸精度，同步帶張緊要合適，安裝時(shí)要注意消除傳動(dòng)的間隙。此外，安裝、拆卸編碼器時(shí)，要防止用力過大，以免軸變形。,4.4.5 旋轉(zhuǎn)變壓器,1旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)及工作原理 圖4.18 無刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)圖 旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的副邊。將勵(lì)磁電壓接到原邊時(shí)，轉(zhuǎn)子上感應(yīng)的輸出電壓與轉(zhuǎn)子的角位移成固定的函數(shù)關(guān)系，因此可以用做角度檢測(cè)。,2旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝,（1）安裝部位 旋轉(zhuǎn)變壓器安裝主要有兩種方式： 與電動(dòng)機(jī)同軸； 與最終傳動(dòng)環(huán)節(jié)同軸。 （2）軸連接方式 直接連接。通過各種聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器形式有錐銷套筒型、夾緊環(huán)型、波紋管型及膜片型等。 間接連接。通過齒輪或同步帶傳動(dòng)。,4.4.6 位置檢測(cè)裝置的維護(hù)與故障診斷,位置檢測(cè)裝置的維護(hù)包括以下幾方面內(nèi)容。 1光柵的維護(hù) （1）防污 （2）防震 2光電脈沖編碼器的維護(hù) （1）防震和防污 （2）防止連接松動(dòng) 3旋轉(zhuǎn)變壓器的維護(hù) 安裝接線時(shí)，一般定子電阻阻值稍大，有時(shí)補(bǔ)償繞組自行短接或接入一個(gè)阻值。 由于結(jié)構(gòu)上與繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)相似，因此，碳刷磨損到一定程度后要更換。 旋轉(zhuǎn)變壓器與伺服電動(dòng)機(jī)同軸連接時(shí)，要保證同軸連接的精度，對(duì)傳動(dòng)鏈中所有零件必須消除傳動(dòng)間隙。,4.5 伺服系統(tǒng)故障診斷與維修實(shí)例,【例1】 一數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)進(jìn)給軸飛車失控的故障。 該機(jī)床伺服系統(tǒng)為西門子6SC610驅(qū)動(dòng)裝置和1FT5交流伺服電動(dòng)機(jī)并配有ROD320編碼器。在排除數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置及速度反饋等故障因素后，將故障定位于位置檢測(cè)控制。經(jīng)檢查，編碼器輸出電纜及連接器均正常，拆開ROD320編碼器，發(fā)現(xiàn)一緊固螺釘脫落并置于+5V與接地端之間，造成電源短路，編碼器無信號(hào)輸出，數(shù)控系統(tǒng)處于位置環(huán)開環(huán)狀態(tài)，從而引起飛車失控的故障。,【例2】 有一臺(tái)德國(guó)SHIESS KOPP公司的FSK32.3凸輪磨床出現(xiàn)V軸失控，定位不準(zhǔn)故障,該類故障是由于機(jī)床在加工中砂輪高速旋轉(zhuǎn)，使切削液成霧狀，進(jìn)入Heidenhain光柵尺內(nèi)，使光柵污染，形成盲點(diǎn)造成的。經(jīng)過對(duì)光柵動(dòng)尺和靜尺進(jìn)行清洗，故障一般可排除。但此次清洗后故障不能排除，故懷疑是光柵尺或脈沖整形電路的問題。 由光柵尺來的正弦信號(hào)經(jīng)過EXE脈沖整