ISO14000公开文件-企业为什么要接受咨询机构的指导

第4章伺服系统的故障诊断及维修4.1伺服系统数控机床的伺服系统是以直线运动或旋转运动作为控制对象的自动控制系统，习惯上又称为驱动系统。它接受来自数控装置的位移、速度指令，经变换、调节和放大后驱动执行元件，转化为各进给轴及主轴的直线或旋转运动，是联系数控装置(CNC)和机床的中间环节，是数控机床的重要组成部分。4.1.1伺服系统工作原理半闭环伺服系统机械执行部件电机实际位置反馈位置/速度检测与反馈+位置调节位置控制单元-CNC插补指令速度控制单元速度调节+-实际速度反馈电流调节转换驱动电流反馈+-如图所示是数控机床的半闭环伺服系统，反馈信号取自伺服电机，通过采样其旋转角度进行检测，而不是直接检测最终运动部件的实际位置全闭环伺服系统+位置调节位置控制单元-CNC插补指令速度控制单元速度调节+-实际速度反馈电流调节转换驱动电流反馈+-速度检测与反馈位置检测与反馈实际位置反馈机械执行部件电机4.1.1伺服系统工作原理如图所示是数控机床的全闭环伺服系统，位置反馈信号取自最终运动部件，直接采样其直线位移信号进行检测。1.检测信号的反馈形式CNC伺服驱动装置编码器SMTG（1）.转速、位置信号检测、处理分离（2）.转速、位置信号处理均由CNC完成CNC伺服驱动装置编码器SM（3）.转速、位置信号处理分离CNC伺服驱动装置编码器SM(4).数字式伺服系统CNC伺服驱动装置编码器SM2.数控机床对伺服系统的要求（1）精度高（2）调速范围宽（3）快速响应（4）低速大转矩4.1.2常用检测反馈元件类型数字式模拟式回转型旋转编码器旋转变压器、圆形磁栅、圆感应同步器直线型光栅尺、激光干涉仪直线感应同步器、磁栅尺检测装置是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分。它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号。检测系统的精度和数控机床的加工精度紧密相关，高精度的数控机床必须有高精度的检测元件作为保证。1.旋转变压器旋转变压器是一种常用的角位移检测元件，由于它结构简单，工作可靠，且其精度能满足一般的检测要求，因此曾被广泛应用在数控机床上。1壳体2旋转变压器本体定子3附加变压器定子4附加变压器原边线圈5附加变压器转子线圈6附加变压器次边线圈7旋转变压器本体转子8转子轴无刷式旋转变压器旋转变压器的输出为模拟量信号，精度不如数字量输出的检测元件，但结构简单、坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、信号输出幅度大、成本低，适用于恶劣环境。2.旋转编码器旋转编码器是一种旋转式脉冲发生器，用于角位移的测量，同时也作为速度检测装置旋转编码器光电式旋转编码器的结构示意图增量式旋转编码器的结构如图所示。在一个圆盘的圆周上刻有相等间距的线纹，称为圆光栅。圆光栅和工作轴一起旋转。与圆光栅相对的，平行放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅。上面制有相差1/4节距的两个狭缝，称为辨向狭缝。此外，还有一个零位狭缝（一转发出一个脉冲）。90°AB90°节距PiABωt光电式旋转编码器的输出波形如图所示，A和B信号的相位相差90°，经放大整形后成为方波形信号。通过判断A、B两相信号的相位，可以确定电机的旋转方向，通过对脉冲计数，可以知道电机转过的角度。格雷码盘二进制编码盘绝对式旋转编码器是一种直接编码、直接测量的检测装置，它能指示绝对位置，没有累积误差。二进制码盘的计数图案的改变按二进制规律变化。格雷码的计数图案的切换每次只改变一位，误差可以控制在一个单位内。型号分辨率(ppr)绝对/增量型号分辨率(ppr)绝对/增量αiA1600016000000绝对βiA6465536(216)绝对αiA10001000000绝对αiM4096主轴用编码器（不带一转信号）αiI10001000000增量αiMZ4096主轴用编码器（带一转信号）βiA128131072(217)绝对αiBZ360000内装主轴用编码器（带一转信号）αiCZ3600000高精度轮廓控制用编码器（带一转信号）FANUC控制用编码器型号中字母“A”表示绝对值编码器，字母“I”的为增量式编码器。FANUC编码器并没有输出常见的A、B、Z、并行六脉冲信号，只有两根信号线RD、*RD，这是串行输出，编码器和伺服驱动装置之间有专门的通讯协议，为串行编码器。由于编码器是光电元件，在使用过程中要注意以下几点：1)编码器安装后的径向跳动要小于0.1mm；2)编码器安装环境不能有强烈的振动，避免敲击；3)编码器不能承受过大的径向力；4)编码器安装环境不能有严重的粉尘、油雾污染。3.光栅尺海德汉公司的封闭式直线光栅尺光栅尺是高精度的直线位移测量元件，在高精度的数控机床上，常使用光栅尺作为位置检测装置。海德汉封闭式直线光栅尺结构示意图光栅尺由标尺光栅和扫描单元两部分组成，铝制外壳可以保护光栅尺、扫描单元和轨道免受灰尘、切屑和切削液的影响。标尺光栅一般安装在机床的活动部件上，如工作台。扫描单元安装在机床固定部件上。扫描光栅安装在扫描单元中。扫描单元的工作原理扫描单元的工作原理LED光源聚光镜扫描光栅光电池光栅尺I0ºI180ºI1=I0º－I180º未显示I90º和I270º扫描单元由光源、聚光镜、扫描光栅、光敏元件和驱动电路等组成光栅在使用过程中要注意以下几点：1)光栅尺在使用过程中，要避免受到灰尘、油液、冷却液的污染，造成信号丢失，影响位置控制精度。2)光栅尺拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏。4.磁栅尺磁栅又叫磁尺，是一种直线位移检测装置，它由磁性标尺、拾磁磁头和检测电路组成。磁栅测量精度较高、安装调整方便，对使用环境要求低，如对周围的电磁场的抗干扰能力较强，在油污和粉尘较多的场合使用有较好的稳定性，长度在2米以上性价比优势愈加明显。5.激光尺利用激光干涉的原理，但是比激光干涉仪更适合于工业应用而不是标定。适用于半导体、量规及机床等精度要求高的场合。4.2FANUC伺服驱动系统故障诊断及维修目前，在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有模拟形式、数字形式和软件形式三种类型。常用的交流主轴驱动系统有变频驱动和伺服驱动，习惯上又称为变频主轴和伺服主轴。主轴驱动交流主轴驱动系统直流主轴驱动系统变频主轴驱动系统伺服主轴驱动系统4.2.1FANUC伺服驱动系统1.分类FANUC伺服驱动系统包括伺服放大器和伺服电机，不同系列的伺服放大器产品有一体式和模块式两种形式。FANUC伺服放大器模块化形式（PSM/SVM/SPM）一体化形式（SVU）α系列伺服单元β系列伺服单元βi/βis系列伺服单元α系列伺服模块αi系列伺服模块2FANUC伺服驱动系统的连接FANUCαi系列伺服放大器各模块之间的连接FANUCαi系列伺服放大器各模块之间的连接示意图电源模块PSM主轴放大器模块SPM伺服放大器模块SVM2轴型伺服放大器模块SVM1轴型绝对式编码器电池绝对式编码器电池至CNCCOP10A至光栅接口板伺服电机伺服电机编码器主轴电机风扇电机至CNCJA7A电抗器接触器MCC断路器1断路器2电源断路器3MCC电源急停至CNC控制电源1）.FANUCαi系列伺服放大器电源模块（PSM）端子及接口STATUS（1位7段LED）：电源模块状态显示。“—”：电源模块未起动就绪。“O”：电源模块起动就绪。“#”：电源模块报警代码。CX1A：交流200V电压输入/输出端子。CXA2A：模块信息信号、+24V-OV及系统急停信号。与伺服模块CXA2B连接。CX3：主电源MCC控制信号的连接器。CX4：ESP急停信号连接器。L1、L2、L3：电源模块电源输入端子（有标准型AC200V和高压型AC400V）。2）.FANUCαi系列伺服放大器主轴模块(SPM)端子及接口TBl：直流电源输入端。该接口与电源模块直流电源输出端、伺服模块的直流输入端连接。STATUS：用于表示主轴模块所处的状态，出现异常时，显示相关的报警代码。CXA2B：直流24V输入接口。一般该接口与电源模块的CXA2A连接，接收急停信号。CXA2A：直流24V输出接口。一般该接口与下一伺服模块地CXA2B连接，输出急停信号。直流回路连接充电状态LED：在该指示灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行各种操作，否则有触电危险。JX1A：模块连接接口。该接口一般与电源的JX1B连接，作通信用。JA7B：通信串行输入连接接口。该接口与控制单元的JA7A(SPDL—1)接口相连。JA7A：通信串行输出连接接口。该接口与下一主轴(如果有的话)的JA7B接口连接。JYA2：脉冲发生器，内置探头和电机CS轴探头连接接口。JYA3：主轴位置编码器接口。3）.FANUCαi系列伺服放大器伺服模块(SVM)端子及接口BATTERY：伺服电动机绝对编码器的电池盒（DC6V）。STATUS：伺服模块状态指示窗口。CX5X：绝对式编码器电池接口。C0P10A：伺服高速串行总线（HSSB）输出接口。与下一个伺服单元的C0P10B连接（光缆）。C0P10B：伺服高速串行总线（HSSB）输入接口。与CNC系统的C0P10A连接（光缆）。JX5：伺服检测板信号接口。JF1、JF2：伺服电动机编码器信号接口。CZ2L、CZ2M：伺服电动机动力线连接插口。适用与FANUC0iMate系统的βi伺服单元(a)βis系列单轴型伺服单元(b)βiSVSP一体型伺服单元(SVSP)FANUCβi系列伺服单元端子及接口βis系列单轴型伺服单元的连接βiSVSP一体型伺服单元的连接3主轴准停功能主轴准停又称为主轴定向，是指主轴周向的准确定位功能。主轴准停功能的作用主要有:1)自动换刀的数控铣镗类机床,为保证自动换刀时主轴停止在某一固定的位置上（刀柄上的键槽必须与主轴的凸键对准）；2)在精镗时为不使刀尖划伤已加工的表面,退刀时要让刀尖在固定位置退出加工表面一个微小量。1)通过主轴外接编码器实现主轴准停控制。主轴电机与主轴之间可以采用任意传动比，主轴具有刚性攻丝功能。主轴定向是对主轴位置的简单控制,可以选用以下几种元件作为位置信号:SPMJYA2JYA3主轴电机主轴电机内装Mi或Mzi编码器主轴直连或采用1：1传动的齿轮、齿形带连接任意传动比α位置编码器用主轴外接编码器实现准停2）通过主轴电机内装编码器实现主轴准停控制，主轴电动机与主轴必须直连或采用1：1传动比的齿轮、齿形带连接。主轴电机内装Mzi编码器主轴主轴电机JYA2SPM直连或采用1：1传动的齿轮、齿形带连接用主轴电机内装编码器实现准停3）通过外装主轴一转信号（接近开关）和电机内装传感器实现主轴准停控制,主轴电机与主轴之间可以采用任意传动比。JYA3SPMJYA2外部一转信号（接近开关）任意传动比主轴主轴电机主轴电机内装Mi或MZi编码器用外部一转信号和主轴电机内装编码器实现准停M03M04M05复位急停M19主轴停止定向指令信号主轴准停的PMC程序准停指令M19经CNC译码后，经PLC的DECB指令分配到R0002.3，如图所示。F45.1是主轴停止的检测信号，当主轴实际速度小于参数4024的设定值时，该位为“1”，G70.6为“1”，向CNC发出定向指令信号。如果主轴手动控制准停有效，而自动(M19)无效时，可以通过系统梯形图，查看主轴准停信号G70.6为1及M19执行的条件是否满足。4FANUC伺服有关参数的设置1).伺服初始化的准备首先确认以下基本数据，以便进行初始化工作。i.数控系统的型号。ii.伺服电动机的型号、规格、电机代码。iii.电动机内装的脉冲编码器的型号、规格。iv.伺服系统是否使用外部位置检测器件，如使用，需要确认其规格型号。v.电动机每转对应的工作台移动距离。vi.机床的检测单位及数控系统的指令单位。2).伺服初始化的步骤选择MDI方式，按下功能键。按下软键[SETING]显示设置数据画面，用光标键移动光标到PARAMETERWRITE。按软键[OPRT]和[1:ON]使参数写入开关置1，于是参数可以写入。此时，CNC出现报警P/S[No.100]。数据设定画面OFFSETSETTING确认PRM31111的＃0（SVS）=1,才可以显示伺服设定画面。按功能键，再按