1、數控機床裝調維修技術與實訓 主編 王桂蓮1模塊四 進給伺服系統系統的 連接、調試與維修3b-4a任務一進給伺服驅動系統及其連接【職業知識目標】了解伺服驅動系統的功用和分類、組成以及伺服放大器的維護方法。掌握FANUC系統進給伺服硬件以及i系列伺服放大器的連接方法。 熟悉數控機床進給系統速度和位置檢測裝置?！韭殬I技能目標】知道FANUC系統進給伺服硬件以及i系列伺服放大器的連接方法。認識數控機床進給系統速度和位置檢測裝置,會維護伺服放大器。3b-4a【職業素養目標】在學習過程中體現團結協作意識,愛崗敬業的精神。培養學生的綜合職業能力、認真負責的工作態度、較強的語言表達能力和動手能力。培養7S或1

2、0S的管理習慣和理念。3b-4a 1.工作對象(設備)FANUC 0i-D數控系統的伺服系統。2.工具和學習材料電筆、萬用表和各種螺釘旋具等。教師準備好學生要填寫的考核表格(表1-1)。3.教學方法應用模擬工廠生產實際的教學模式,采用項目教學法、小組互動式教學法、講授、演示教學法等進行教學。3b-4a 一、伺服驅動系統概述1.伺服系統的組成如圖4-1所示,數控機床的伺服系統一般由驅動單元、機械傳動部件、執行元件和檢測反饋環節等組成。驅動控制單元和驅動元件組成伺服驅動系統,機械傳動構件和執行元件組成機械傳動系統,檢測元件和反饋電路組成檢測裝置(也稱檢測系統)。3b-4a圖4-1伺服系統的組成3b

3、-4a2.伺服系統的分類(1)按伺服系統的控制方式分類1)開環控制伺服系統。2)半閉環控制伺服系統。3)全閉環控制伺服系統。(2)按伺服電動機的類型分類1)步進伺服系統。2)直流伺服系統。3)交流伺服系統4)直線伺服系統3b-4a(3)按反饋比較控制方式分類1)脈沖數字比較伺服系統。2)相位比較伺服系統。3)幅值比較伺服系統(4)按伺服驅動對象分類1)進給伺服驅動系統。2)主軸伺服系統。3b-4a3.進給伺服驅動系統簡介數控機床進給伺服系統一般由伺服放大器、伺服電動機、機械傳動組件和檢測裝置等組成,如圖4-2所示。1)伺服放大器。2)伺服電動機。3b-4a圖4-2數控機床進給伺服系統的組成a)

4、伺服放大器b)伺服電動機c)機械傳動組件(絲杠螺母副)d)檢測裝置(光柵尺)3b-4a圖4-3FANUC系統常用的伺服放大器3b-4a圖4-4伺服電動機外形圖3b-4a圖4-5FANUC系列進給伺服電動機內部組成a)定子部分b)轉子部分c)內裝編碼器3b-4a圖4-6所示為CAK6140/1000數控機床傳動系統圖。數控機床機械傳動組件的具體組成如圖4-7所示。圖4-6CAK6140/1000數控機床傳動系統圖1、2、3、4、5軸承6縱向進給絲杠7橫向進給絲杠4.機械傳動組件3b-4a圖4-7機械傳動組件a)電動機與滾珠絲杠直連b)電動機與同步帶輪相連接,同步帶輪連接滾珠絲杠c)滾珠絲杠螺母副

5、d)直線導軌e)滾動導軌3b-4a(1)伺服電動機與滾珠絲杠的連接裝置圖4-8滾珠絲杠螺母副(2)滾珠絲杠螺母副(3)直線滾動導軌(4)絲杠和導軌的潤滑3b-4a5.數控機床檢測裝置數控機床的進給系統速度和位置檢測裝置有伺服電動機內裝編碼器和分離型檢測裝置兩種形式。檢測裝置位置不同分為半閉環控制和全閉環控制兩種形式。(1)半閉環控制(2)全閉環控制分離型位置檢測裝置有旋轉式位置檢測裝置(如旋轉編碼器)和直線式位置檢測裝置(如光柵尺)兩種,如圖4-9所示。3b-4a圖4-9位置檢測裝置a)編碼器外形圖b)光柵尺外形圖3b-4a二、FANUC交流進給伺服系統1.FANUC數控系統伺服控制一般典型數

6、控系統伺服控制中有三個控制環,即位置環、速度環和電流環。2.FANUC伺服放大器與伺服電動機FANUC伺服電動機采用交流永磁式同步電動機,由定子部分、轉子部分和內置編碼器組成。伺服電動機分為增量式位置/速度反饋和絕對式位置/速度反饋兩種類型。FANUC數控系統與伺服放大器及伺服電動機的配套關系見表4-1。3b-4a表4-1FANUC數控系統與伺服放大器及伺服電動機的配套關系3b-4a3.FANUC數字伺服(1)伺服放大器多伺服軸/主軸一體型iSVSP伺服放大器與i系列伺服電動機的外觀如圖4-10所示。圖4-10iSVSP伺服放大器與i系列伺服電動機的外觀3b-4a圖4-11iSV伺服放大器的外

7、觀3b-4a圖4-12is系列伺服電動機外觀及接口(2)is系列伺服電動機is系列伺服電動機是FANUC公司推出的用于普通數控機床的高速小慣量伺服電動機,其外觀及接口如圖4-12所示。3b-4a圖4-13i系列伺服放大器各模塊組合連接圖(3)i系列伺服放大器 i系列伺服放大器各模塊組合連接圖如圖4-13所示,其接口說明如圖4-14所示。3b-4a(4)i系列伺服電動機圖4-14i系列伺服放大器各模塊接口說明a)電源模塊b)伺服驅動模塊3b-4a 一、FANUC進給伺服硬件連接FANUC進給伺服單元有i系列和i系列。1.i伺服單元接口i伺服單元由電源模塊、伺服放大器模塊和主軸單元模塊等組成。i伺

8、服單元各部件示意圖如圖4-15所示,其功能見表4-2。2.i電源模塊與伺服放大器模塊的連接i電源模塊(Power Supply Module,PSM)與伺服放大器模塊(ServoAmplifierModule,SVM)的連接圖如圖4-16所示。3b-4a圖4-15i伺服單元各部件的示意圖3b-4a圖4-17i伺服單元總體連接圖(以兩軸為例)4b-5a 伺服系統的維護伺服放大器是精密的電子部件,對工作環境要求較高,必須按照FANUC公司的維護要求進行日常和定期維護。FANUC伺服放大器雖然分為i和i系列,但是其維護的主要內容是一樣的。1.伺服放大器的日常維護(表4-4)2.伺服放大器絕對式編碼器

9、電池的更換3.伺服電動機的維護4.串行編碼器的維護4b-5a任務二進給伺服驅動系統的參數設定【職業知識目標】掌握伺服參數的設定以及FSSB電纜的連接方法。熟悉伺服系統的構成和伺服增益的調整方法【職業技能目標】能對伺服系統進行構成分析和伺服增益進行調整。能舉例說明FSSB連接及伺服參數設定。4b-5a【職業素養目標】在學習過程中體現團結協作意識,愛崗敬業的精神。 培養學生的綜合職業能力、認真負責的工作態度、較強的語言表達能力和動手能力。培養7S或10S的管理習慣和理念。4b-5a 1.工作對象(設備)FANUC0i-D伺服系統。2.工具和學習材料電筆、萬用表和螺釘旋具。教師準備好學生要填寫的考核

10、表格(表1-1)。3.教學方法應用模擬工廠的生產實際的教學模式,采用項目教學法、小組互動式教學法、講授、演示教學法等進行教學。4b-5a 一、伺服參數的初始設定1.伺服系統的構成分析FANUC伺服系統的控制框圖如圖4-18所示,主要由以下幾個部分組成。(1)位置控制部分(2)速度控制部分(3)電流控制部分4b-5a圖4-18FANUC伺服系統的控制框圖4b-5a3.伺服增益的調整(1)速度環增益(2)位置環增益4. FSSB電纜連接FSSB是Fanuc Scrial Scrvo Bus(FANUC串行伺服總線)的縮寫,該總線用來連接FANUC 0i系統和伺服系統、主軸系統,是傳輸伺服信號的總線

11、。FSSB總線是通過光纜傳輸的。FANUC公司伺服放大器與控制器之間的FSSB電纜連接如圖4-22所示。4b-5a圖4-19“參數設定支援”頁面4b-5a圖4-20“伺服增益調整”菜單4b-5a圖4-21伺服電動機設定頁面伺服電動機設定頁面如圖4-21所示。4b-5a圖4-22FSSB電纜連接4b-5a二、FSSB的初始設定FANUC 0i-D系統通過高速串行伺服總線(FSSB)連接CNC控制器和伺服放大器,這些放大器和分離式檢測器接口單元稱為從控裝置。FSSB配置示例如圖4-23所示。4b-5a圖4-23FSSB配置示例4b-5a圖4-24參數設定頁面參數設定頁面如圖4-24所示4b-5a圖

12、4-26軸設定頁面軸設定頁面如圖4-26所示4b-5a三、伺服參數調整和診斷頁面1.伺服參數調整頁面的含義2.伺服參數調整頁面中維修用檢測內容3.常見伺服參數的調整4b-5a圖4-27伺服參數調整頁面4b-5a FSSB連接及伺服參數設定分析(以850型數控加工中心為例)步驟1:FSSB的設定。該機床的FSSB連接及伺服軸號分配如圖4-28所示。1)按下急停按鈕后,接通電源。2)設定參數1902#1、1902#0為0,重新上電。3)進行FSSB的放大器設定。4)進行FSSB的軸設定。5)FSSB的設定結束,確認參數1902#1(ASE)變為1。4b-5a圖4-28FSSB連接及伺服軸號分配4b

13、-5a(1)準備“伺服設定”頁面如圖4-29所示，此后的參數設定就在該頁面中進行。步驟2:伺服設定。(2)初始設定1)初始化設定位。2)電動機代碼的設定。表4-8常用電動機代碼3)AMR的設定。4)指令倍乘比的設定。5)柔性齒輪比的設定(以X軸為例)。柔性齒輪比的設定見表4-10。6)方向的設定。表4-11方向的設定4b-5a圖4-29“伺服設定”頁面4b-5a“伺服設定”頁面中的各項目對應的參數見表4-7。表4-7“伺服設定”頁面中的各項目對應的參數4b-5a表4-9機床電動機代碼表4-10柔性齒輪比的設定表4-11方向的設定4b-5a7)速度反饋脈沖數、位置反饋脈沖數的設定。表4-12反饋

14、脈沖數的設定8)參考計數器容量的設定(以X軸為例)。表4-13參數計數器容量的設定9)設定完成后的參數列表如圖4-30所示。10)CNC重新上電。11)按照前述順序操作,顯示“伺服設定”頁面,確認初始化設定位(從右邊數第二位)為1,完成設定,即初始化設定位為4b-5a表4-12反饋脈沖數的設定表4-13參數計數器容量的設定4b-5a圖4-30設定完成后的參數列表4b-5a 數控機床故障排除應遵循的原則在檢測故障的過程中,應充分利用數控系統的自診斷功能,如系統的開機診斷、運行診斷、PLC的監控功能,根據需要隨時檢測有關部分的工作狀態和接口信息,同時還應靈活應用數控系統故障檢查的一些行之有效的方法

15、,如交換法和隔離法等,還應掌握以下原則。(1)先方案后操作(或先靜后動)(2)先安檢后通電(3)先軟件后硬件(4)先外部后內部(5)先機械后電氣(6)先公用后專用(7)先簡單后復雜(8)先一般后特殊4b-5a任務三伺服系統故障診斷與排除 【職業知識目標】了解伺服系統故障的類型。 熟悉伺服放大器故障的種類。掌握伺服單元的故障節點以及i和i伺服單元及伺服放大器故障的報警內容及維修方法。【職業技能目標】知道伺服系統故障的類型和伺服放大器故障的種類。能判斷i和i伺服單元及伺服放大器故障節點,并可以進行維修。4b-5a【職業素養目標】在學習過程中體現團結協作意識,愛崗敬業的精神。培養學生的綜合職業能力、

16、認真負責的工作態度、較強的語言表達能力和動手能力。培養7S或10S的管理習慣和理念。4b-5a 1.工作對象(設備)FANUC 0i-D伺服系統。2.工具和學習材料電筆、萬用表、千分尺和螺釘旋具等。教師準備好學生要填寫的考核表格(表1-1)。3.教學方法應用模擬工廠生產實際的教學模式,采用項目教學法、小組互動式教學法、講授、演示教學法等進行教學。4b-5a 一、伺服系統故障的類型當伺服系統出現故障時,通常有三種類型:在顯示屏上或操作面板上顯示報警內容或報警信息;在進給伺服驅動單元上用警告燈或數碼管顯示故障;運動不正常,但無任何報警。4b-5a二、伺服放大器故障的種類和故障節點1.i系列伺服單元

17、故障報警及維修(1)i系列伺服單元故障報警及維修的分析方法FANUC公司已經為用戶提供了常見故障的報警內容,用戶只要根據表4-15羅列的報警內容進行分析,一般就能找到故障原因和維修的方法。表4-15i系列伺服單元故障報警內容及維修方法4b-5a(2)i伺服放大器模塊故障報警i伺服放大器模塊與外圍硬件的連接如圖4-17所示,其接口位置如圖4-15所示。i伺服放大器模塊與外界硬件的連接主要分以下幾種。1)直流母線,即電源模塊與伺服放大器模塊的連接。2)從電源模塊CXA2A到伺服放大器模塊CXA2B的串行信號互連線。3)伺服放大器模塊輸出到伺服電動機的動力電纜。4)伺服電動機上的編碼器速度和位置信號

18、反饋電纜。5)伺服放大器模塊與CNC通過的FSSB光纜。6)絕對式編碼器用電池與伺服放大器模塊的連接。4b-5a表4-16 i伺服放大器模塊部分故障的報警內容與故障解決方法4b-5a(3)FANUC i系列伺服單元故障節點i系列伺服單元故障節點如圖4-35所示,具體內容見表4-17。診斷和判別i系列伺服單元故障節點需要利用FANUC數控系統軟件和伺服診斷軟件進行綜合判斷。4b-5a表4-17i系列伺服單元故障節點的具體內容4b-5a表4-17i系列伺服單元故障節點的具體內容4b-5a2.i伺服放大器故障報警及維修(1)i伺服放大器硬件連接i伺服放大器硬件連接如圖4-36所示,硬件連接按功能主要

19、分為以下幾部分。(2)i系列伺服放大器故障節點i系列伺服放大器故障節點如圖4-36所示,其具體內容見表4-18。具體診斷和判別i系列伺服放大器故障節點,4b-5a4b-5a三、伺服單元的報警代碼及故障原因分析1.伺服單元過電壓報警“1”伺服單元過電壓報警是指伺服單元的DC 300V超過了規定值,產生此故障的原因可能如下:1)輸入的交流電源電壓過高。2)制動電阻損壞或連接不良。3)伺服單元本身不良。4b-5a2.伺服單元控制電壓低報警“2”伺服單元控制電壓低報警是指伺服單元控制電路電壓過低報警,產生此故障的可能原因如下:1)伺服單元輸入的控制電壓低。2)伺服單元內部控制電路低電壓故障(如內部電器

20、元件短路)。3)伺服單元外部連接有短路故障,如急停開關回路短路或伺服電動機編碼器內部短路。4)伺服單元本身不良。4b-5a3.伺服單元主電路低電壓報警“3”伺服單元主電路低電壓報警是指伺服單元的DC 300V電壓低或為0V報警,產生此故障的可能原因如下:1)交流電源輸入電壓過低。2)伺服單元的斷路器跳閘。3)伺服單元本身不良。4.伺服單元過熱報警“5”4b-5a5.伺服單元過電流報警“8”“9”“b”伺服單元過電流報警是指伺服單元的第1軸、第2軸及第3軸等檢測出過電流,產生此故障的可能原因如下:1)伺服電動機短路。2)伺服單元的逆變塊擊穿短路。3)伺服單元本身不良。4b-5a6.伺服單元的智能

21、功率模塊(IPM)報警“8”“9”“b”伺服單元的智能功率模塊報警是指智能功率模塊過熱報警、過電流報警及伺服單元控制電路低電壓報警。產生此故障的可能原因如下:1)伺服單元過熱(如伺服單元散熱風扇損壞)。2)伺服單元的逆變塊擊穿短路或電動機短路。3)伺服電動機編碼器內部短路。4)伺服單元本身不良。4b-5a一、進給伺服系統故障的現象、原因及其排除方法1.超程解除報警。超程故障的可能原因及排除方法見表4-19。2.過載4b-5a表4-19超程故障的可能原因及排除方法4b-5a故障的可能原因及排除方法見表4-20。4b-5a3.振動分析機床振動周期是否與進給速度有關:若與進給速度有關,一般與該軸的速

22、度環增益太高或速度反饋故障有關;若與進給速度無關,一般與位置環增益太高或位置反饋故障有關;如振動在加減速過程中產生,往往是系統加減速設定得過小造成的。工作過程中,振動引起故障的可能原因及排除方法見表4-21。表4-21振動引起故障的可能原因及排除方法4b-5a4.爬行爬行發生在啟動加速段或低速進給時,一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態不良、伺服系統增益過低及外加負載過大等所致。尤其要注意連接伺服電動機和滾珠絲杠的聯軸器,連接松動或聯軸器本身的缺陷,如裂紋等,會造成滾珠絲杠轉動和伺服電動機的轉動不同步,從而使進給運動忽快忽慢,產生爬行現象。其可能原因及排除方法見表4-22。表4-22爬行故障的可能原

23、因及排除方法4b-5a5.竄動在進給時出現竄動現象的原因:測速信號不穩定,如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等;速度控制信號不穩定或受到干擾;接線端子接觸不良,如螺釘松動等。當竄動發生在由正向運動向反向運動的瞬間時,一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統增益過大所致。其可能原因及排除方法見表4-23。表4-23進給過程中出現竄動的可能原因和排除方法4b-5a6.伺服電動機不轉數控系統傳至進給驅動單元的除了速度控制信號外,還有使能控制信號,一般為DC 24V繼電器線圈電壓。伺服電動機不轉故障的可能原因與排除方法見表4-24。7.位置誤差當伺服軸運動超過位置允差范圍時,數控系統就會產生位置誤差過大

24、的報警,包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。其主要原因是:系統設定的允差范圍過小;伺服系統增益設置不當;位置檢測裝置有污染;進給傳動鏈累積誤差過大;主軸箱垂直運動時平衡裝置(如平衡油缸等)不穩。報警的原因及排除見表4-25。4b-5a表4-24伺服電動機不轉故障的可能原因及排除方法4b-5a表4-25位置跟隨誤差超差報警的可能原因及排除方法4b-5a8.漂移當指令值為零時,坐標軸仍移動,從而造成位置誤差,通過漂移補償和驅動單元上的零速調整來消除。引起此故障的可能原因與排除方法見表4-26。表4-26漂移補償量過大報警的可能原因與排除方法4b-5a二、故障診斷及排除實例分析故障現象1:某數控機床

25、,其數控系統是FANUC 0i-TD系統,伺服系統配置i系列伺服單元,X軸伺服電動機是i8/3000電動機,數控系統顯示SV0434報警,整個系統處于急停狀態。SV0434報警頁面如圖4-37所示。圖4-37SV0434報警頁面4b-5a表4-27考核標準與成績評定項目表4b-5a1.數控機床對地基及環境和濕度的要求2.數控機床的安裝步驟(1)安裝準備(2)開箱驗收(3)機床吊裝與就位(4)機床組裝與連接(5)試車調整4b-5a任務四位置檢測裝置的調試與維護【職業知識目標】 掌握編碼器和光柵尺的調試和維護方法。 熟悉旋轉變壓器和感應同步器的維護方法?！韭殬I技能目標】 能調試和維護編碼器和光柵尺。 能維護旋轉變壓器和感應同步器。4b-5a【職業素養目標】 在學習過程中體現團結協作意識,愛崗敬業的精神。 培養學生的綜合職業能力、認真負責的工作態度、較強的語言表達能力和動手能力。 培養7S或10S的管理習慣和理念。4b-5a1.工作對象(設備)FANUC系統所應用的檢測裝置,如編碼器、光柵尺、旋轉變壓器和感應同步器等。2.工具和學習材料電筆、萬用表和螺釘旋具。教師準備好學生要填寫的考核表格(表1-1)。3.教學方法應用模擬工廠的生產實際的教學模式,采用項目教學法、小組互動式教學法、講授、演示教學法等進行教學。4b-5a 一、檢測裝置的