数控机床伺服驱动系统故障维修资料优秀PPT.ppt

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1、第五章第五章 数控机床典型结构与修理数控机床典型结构与修理 第第4节节数控机床伺服驱动系统数控机床伺服驱动系统故障修理故障修理老师：李爽老师：李爽时间：时间：2014/11/13目目录录一、伺服系统概述一、伺服系统概述一、伺服系统概述一、伺服系统概述二、二、二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统主轴驱动系统主轴驱动系统v 主轴驱动系统、故障形式、故障诊断主轴驱动系统、故障形式、故障诊断三、三、三、三、进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统v 进给驱动系统、伺服系统结构形式、故障诊断进给驱动系统、伺服系统结构形式、故障诊断四、四、四、四、位置检测装置位置检测装置位置检测装置位置检测装置一、伺

2、服系统概述一、伺服系统概述v1.1伺服系统概念伺服系统概念v数数控控机机床床的的伺伺服服系系统统是是指指以以机机床床移移动动部部件件的的位位置置和和速速度度作作为为限限制制量量的的自自动限制系统，又称随动系统。动限制系统，又称随动系统。v假假如如说说数数控控系系统统是是数数控控机机床床的的大大脑脑，是是发发布布“吩吩咐咐”的的指指挥挥机机构构，那那么么伺伺服服系系统统就就是是数数控控机机床床的的“四四肢肢”，是是执执行行机机构构，它它忠忠实实而而精精确确地地执执行行由由数数控控系系统统发发来来的的吩吩咐咐，限限制制数数控控机机床床的的运运动动部部件件的的位位置置和和速速度度，加加工工出出所所需

3、需工工件件的的外外形形和尺寸。和尺寸。v伺服系统机床CNC系统指令动作脉冲频率脉冲频率脉冲数量脉冲数量速度速度位置位置伺服系统的作用示意图伺服系统的作用示意图伺服限制系统的性能干脆影响数控机床的精度、稳定性、牢靠性伺服限制系统的性能干脆影响数控机床的精度、稳定性、牢靠性和生产效率，因此伺服系统的性能确定了数控机床的性能。在实际应和生产效率，因此伺服系统的性能确定了数控机床的性能。在实际应用中，数控机床伺服系统出现故障的概率较高，因此充分相识伺服系用中，数控机床伺服系统出现故障的概率较高，因此充分相识伺服系统的重要性，驾驭伺服系统的故障诊断与修理方法是很有必要的。统的重要性，驾驭伺服系统的故障诊

4、断与修理方法是很有必要的。v1.2伺服系统组成伺服系统组成v数数控控机机床床的的伺伺服服系系统统一一般般由由驱驱动动限限制制单单元元、驱驱动动元元件件（如如电电机机）、机机械械传传动动部部件件、执执行行元元件件和和检检测测反反馈馈装装置置等等组成。组成。v驱驱动动限限制制单单元元和和驱驱动动元元件件组组成成伺伺服服驱驱动动系统；系统；v机机械械传传动动部部件件和和执执行行元元件件组组成成机机械械传传动动系统；系统；v检测元件和反馈电路组成检测系统。检测元件和反馈电路组成检测系统。一、伺服系统概述一、伺服系统概述v1.3伺服系统的分类伺服系统的分类v数控机床伺服系统分类方法有多种。数控机床伺服系

5、统分类方法有多种。v按按限限制制方方式式的的不不同同，可可分分为为开开环环限限制制系系统统、闭闭环环限限制制系系统统、半半闭闭环环限限制制系系统统和和混混合合限限制制系系统统4种。种。v按按其其作作用用和和限限制制功功能能的的不不同同，伺伺服服驱驱动动系系统统可可分为主轴伺服驱动系统和进给伺服驱动系统。分为主轴伺服驱动系统和进给伺服驱动系统。v按按电电气气限限制制原原理理和和伺伺服服电电机机类类型型的的不不同同，还还可可分为直流伺服系统和沟通伺服系统。分为直流伺服系统和沟通伺服系统。v依依据据限限制制信信号号的的不不同同形形式式，伺伺服服系系统统可可分分为为模模拟限制和数字限制两种；拟限制和数

6、字限制两种；v按按反反馈馈比比较较限限制制方方式式不不同同，可可分分为为脉脉冲冲比比较较伺伺服服系系统统、相相位位比比较较伺伺服服系系统统和和幅幅值值比比较较伺伺服服系系统。统。一、伺服系统概述一、伺服系统概述二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统vv2.12.1主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述主轴驱动系统概述vv主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。中完成主运动的动力装置部分。中完成主运动的动力装置部分。中完成主运动的动力装置部分。vv主轴驱动系统通

7、过该传动机构转变成主轴主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，协作进给运动，加工出志向的零件。协作进给运动，加工出志向的零件。协作进给运动，加工出志向的零件。协作进给运动，加工出志向的零件。vv它是零件加工的成型运动之一，它的精度它是零件加工的成型运动之一，它的精度它是零件加工的成型运动之一，它的精度它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。对零

8、件的加工精度有较大的影响。对零件的加工精度有较大的影响。对零件的加工精度有较大的影响。二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统 随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已不能满足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求：（1）调速范围宽并实现无极调速 对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴能在较宽的转速范围内依据数控系统的指令自动实现无级调速，并削减中间传动环节，简化主轴箱。（2）恒功率范围要宽 2.2.2.2.2 2 2 2数控机床对主轴驱动系统的要求数控机床对主轴驱动系统的要求数控机床对主轴驱动系统的要求数控机床对主轴驱动系

9、统的要求（3 3 3 3）具有具有具有具有4 4 4 4象限驱动实力象限驱动实力象限驱动实力象限驱动实力 要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速限制，并且加、减速时间要短。限制，并且加、减速时间要短。限制，并且加、减速时间要短。限制，并且加、减速时间要短。（4 4 4 4）具有位置限制实力具有位置限制实力具有位置限制实力具有位置限制实力 要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速要求主轴在正、反向转动时均可进行自

10、动加、减速要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速限制，并且加、减速时间要短。限制，并且加、减速时间要短。限制，并且加、减速时间要短。限制，并且加、减速时间要短。（5 5 5 5）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低（6 6 6 6）良好的抗振性和热稳定性。良好的抗振性和热稳定性。良好的抗振性和热稳定性。良好的抗振性和热稳定性。二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统 2.2.2.2.2 2 2 2数控机床对主轴驱动系统的要求数控机床对主轴驱动系统的要求数控机床对主轴驱动系统的要求数

11、控机床对主轴驱动系统的要求1、FANUC（法那科）公司主轴驱动系统 从80年头起先，该公司已运用了沟通主轴驱动系统，直流驱动系统已被沟通驱动系统所取代。目前三个系列沟通主轴电动机为：S系列电动机，额定输出功率范围1.537KW；H系列电动机，额定输出功率范围1.522KW；P系列电动机，额定输出功率范围3.737KW。该公司沟通主轴驱动系统的特点为：接受为处理器限制技术，进行矢量计算，从而实现最佳限制。主回路接受晶体管PWM逆变器，使电动机电流特别接近正弦波性。具有主轴定向限制、数字和模拟输入接口等功能。二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统 2.2.2.2.3 3 3 3常用的主轴驱动系统介绍常用

12、的主轴驱动系统介绍常用的主轴驱动系统介绍常用的主轴驱动系统介绍2 2、SIEMENSSIEMENS（西门子）公司主轴驱动系统（西门子）公司主轴驱动系统（西门子）公司主轴驱动系统（西门子）公司主轴驱动系统SIEMENSSIEMENS公司生产的直流主轴电动机有公司生产的直流主轴电动机有公司生产的直流主轴电动机有公司生产的直流主轴电动机有1GG51GG5、1GF51GF5、1GL51GL5和和和和1GH51GH5四个系列，与这四个系列电动机配套的四个系列，与这四个系列电动机配套的四个系列，与这四个系列电动机配套的四个系列，与这四个系列电动机配套的6RA246RA24、6RA276RA27系列驱动装置

13、接受晶闸管限制。系列驱动装置接受晶闸管限制。系列驱动装置接受晶闸管限制。系列驱动装置接受晶闸管限制。8080年头初期，该公司又推出了年头初期，该公司又推出了年头初期，该公司又推出了年头初期，该公司又推出了1PH51PH5和和和和1PH61PH6两个系列的两个系列的两个系列的两个系列的沟通主轴电动机，功率范围为沟通主轴电动机，功率范围为沟通主轴电动机，功率范围为沟通主轴电动机，功率范围为3 3100KW100KW。驱动装置为。驱动装置为。驱动装置为。驱动装置为6SC6506SC650系列沟通主轴驱动装置或系列沟通主轴驱动装置或系列沟通主轴驱动装置或系列沟通主轴驱动装置或6SC611A6SC611

14、A（SIMODRIVE611ASIMODRIVE611A）主轴驱动模块，主回路）主轴驱动模块，主回路）主轴驱动模块，主回路）主轴驱动模块，主回路接受晶体管接受晶体管接受晶体管接受晶体管SPWMSPWM变频器限制的方式，具有能量再生制动变频器限制的方式，具有能量再生制动变频器限制的方式，具有能量再生制动变频器限制的方式，具有能量再生制动功能。另外，接受为处理器功能。另外，接受为处理器功能。另外，接受为处理器功能。另外，接受为处理器8018680186可进行闭环转速、转矩可进行闭环转速、转矩可进行闭环转速、转矩可进行闭环转速、转矩限制及磁场计算，从而完成矢量限制。同过选件实现限制及磁场计算，从而完

15、成矢量限制。同过选件实现限制及磁场计算，从而完成矢量限制。同过选件实现限制及磁场计算，从而完成矢量限制。同过选件实现C C轴轴轴轴进给限制，在不须要进给限制，在不须要进给限制，在不须要进给限制，在不须要CNCCNC的帮助下，实现主轴的定位限制。的帮助下，实现主轴的定位限制。的帮助下，实现主轴的定位限制。的帮助下，实现主轴的定位限制。二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统 2.2.2.2.3 3 3 3常用的主轴驱动系统介绍常用的主轴驱动系统介绍常用的主轴驱动系统介绍常用的主轴驱动系统介绍 驱动系统包括主轴驱动器和主轴电动机。数控机床主轴的无级调速则是由主轴驱动器完成。主轴驱动系统分为直流驱动系统和沟

16、通驱动系统，目前数控机床的主轴驱动多接受沟通主轴驱动系统，即沟通主轴电动机配备变频器或主轴伺服驱动器限制的方式。二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统 2.2.2.2.4 4 4 4主轴驱动系统主轴驱动系统主轴驱动系统主轴驱动系统的分类的分类的分类的分类 （1 1）直流主轴驱动装置）直流主轴驱动装置 直直流流主主轴轴电电动动机机的的结结构构与与永永磁磁式式伺伺服服电电动动机机不不同同，要要求求能能输输出出大大的的功功率率，所所以以一一般般是是他他磁磁式式。为为缩缩小小体体积积，改改善善冷冷却却效效果果，以以免免电电动动机机过过热热，常常接接受受轴轴向向强强迫迫风风冷冷或或接接受热管冷却技术。受热管冷

17、却技术。（2 2）沟通主轴驱动装置）沟通主轴驱动装置 沟通异步伺服系统沟通异步伺服系统 沟通同步伺服系统沟通同步伺服系统二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：CRTCRTCRTCRT或操作面板上显示报警内容或报警信息；或操作面板上显示报警内容或报警信息；或操作面板上显示报警内容或报警信息；或操作面板上显示报警内容或报警信息；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；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；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；在主轴驱动装置上用报

18、警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障；主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴工作不正常，但无任何报警信息。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：主轴伺服系统常见故障有：(1)(1)(1)(1)过载过载过载过载 (2)(2)(2)(2)转速偏离指令值转速偏离指令值转速偏离指令值转速偏离指令值 (3)(3)(3)(3)主轴定位抖动主轴定位抖动主轴定位抖动主轴定位抖动 (4)(4)(4)(4)主轴振动或噪声太大主轴振动或噪声太大主轴振动或噪声太大主轴振动或噪声太大 (5)(5)(5)(5)主轴转速与进给不匹配主轴转速与进给不匹配主轴转速与进给不匹配

19、主轴转速与进给不匹配 (6)(6)(6)(6)外界干扰外界干扰外界干扰外界干扰2.2.2.2.5 5 5 5主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断二、二、主轴驱动系统主轴驱动系统vv（1）外界干扰）外界干扰vv故障现象：主轴在运转过程中故障现象：主轴在运转过程中出现随机和无规律性的振动或转动。出现随机和无规律性的振动或转动。vv缘由分析：主轴速度指令信号或缘由分析：主轴速度指令信号或反馈信号受到电磁波、供电线路或反馈信号受到电磁波、供电线路或信号传信号传输干扰而出现误动作。输干扰而出现误动作。vv检查方法：令主轴转速指令为零，检查方法：令主轴转速指令为

20、零，视察主轴是否有往复摇摆，或通过视察主轴是否有往复摇摆，或通过调整零速平衡和漂移补偿看故障能调整零速平衡和漂移补偿看故障能否消退。否消退。2.2.2.2.5 5 5 5主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断vv（2）过载）过载vv故障现象：主轴电动机过热、主轴故障现象：主轴电动机过热、主轴驱动装置显示过电流报警等驱动装置显示过电流报警等vv缘由分析：切削用量过大，主轴频缘由分析：切削用量过大，主轴频繁正、反转，主轴润滑不良造成轴承繁正、反转，主轴润滑不良造成轴承咬死或轴承预紧力过大、电动机冷却咬死或轴承预紧力过大、电动机冷却系统不良或内置温控元件失效

21、、动力系统不良或内置温控元件失效、动力连线接触不良等，主轴伺服系统和连线接触不良等，主轴伺服系统和CNC装置通过检测，显示过载报警。装置通过检测，显示过载报警。vv检查方法：接受常规检查法针对上检查方法：接受常规检查法针对上述部位逐一进行检查。述部位逐一进行检查。vv实行措施：保持主轴电机通风系统实行措施：保持主轴电机通风系统良好，保持过滤网清洁；检查动力线良好，保持过滤网清洁；检查动力线接线端子接触状况，按设备操作规程接线端子接触状况，按设备操作规程正确合理操作和维护保养设备。正确合理操作和维护保养设备。2.2.2.2.5 5 5 5主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊

22、断主轴伺服系统故障诊断vv（3）主轴定位抖动）主轴定位抖动vv故障现象：主轴在准停时发生抖动故障现象：主轴在准停时发生抖动vv缘由分析：产生缘由因实现准停的方缘由分析：产生缘由因实现准停的方式不同而异，主轴准停有三种实现方式：式不同而异，主轴准停有三种实现方式：vv（1）机械准停限制，定位抖动多为）机械准停限制，定位抖动多为定位机械执行机构不到位，定位盘松动定位机械执行机构不到位，定位盘松动或有间隙引起；或有间隙引起；vv（2）磁性传感器的电气准停限制，）磁性传感器的电气准停限制，定位抖动多为传感器和发磁体之间间隙定位抖动多为传感器和发磁体之间间隙发生变更或传感器失灵引起。发生变更或传感器失灵

23、引起。vv（3）编码器型的准停限制，由于编）编码器型的准停限制，由于编码器的污染引起灵敏度下降或连接松动码器的污染引起灵敏度下降或连接松动也会造成定位抖动。也会造成定位抖动。vv此外主轴定位有一个减速过此外主轴定位有一个减速过程，假如减速或增益系数设置不当，会程，假如减速或增益系数设置不当，会引起主轴定位抖动。引起主轴定位抖动。vv检查方法：依据定位方式不同，主检查方法：依据定位方式不同，主要检查各定位、减速检测元件的工作状要检查各定位、减速检测元件的工作状况和安装固定状况，核对减速或增益系况和安装固定状况，核对减速或增益系数设置值等数设置值等vv实行措施：保证定位元件运转敏捷，实行措施：保证

24、定位元件运转敏捷，检测元件稳定牢靠。检测元件稳定牢靠。2.2.2.2.5 5 5 5主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断vv（4）主轴转速与进给不匹配）主轴转速与进给不匹配vv故障现象：当进行螺纹切削或用每转故障现象：当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时，会出现停止进给，主进给指令切削时，会出现停止进给，主轴仍接着运转的故障或加工螺纹出现乱轴仍接着运转的故障或加工螺纹出现乱牙现象。牙现象。vv缘由分析：进行螺纹加工要求主轴与缘由分析：进行螺纹加工要求主轴与进给严格保持主轴转一圈刀具进给一个进给严格保持主轴转一圈刀具进给一个螺纹导程的关系，而这必需依靠

25、主轴上螺纹导程的关系，而这必需依靠主轴上的脉冲编码器进行检测反馈信息。若编的脉冲编码器进行检测反馈信息。若编码器或连接电缆有问题，会引起上述故码器或连接电缆有问题，会引起上述故障。障。vv检查方法：检查方法：1.CRT画面有报警显示。画面有报警显示。vv2.通过通过CRT调用机床数据调用机床数据或或I/O状态，视察编码器的信号线的状态，视察编码器的信号线的vv通断状态。通断状态。vv3.取消主轴与进给的同步取消主轴与进给的同步协作，即用每分钟进给指令代替每协作，即用每分钟进给指令代替每vv转进给来执行程序，视转进给来执行程序，视察故障是否消逝。察故障是否消逝。vv实行措施：更换、修理编码器，检

26、查实行措施：更换、修理编码器，检查电缆接线状况及编码器安装是否松电缆接线状况及编码器安装是否松vv动，特殊留意信号线的防动，特殊留意信号线的防干扰措施。干扰措施。2.2.2.2.5 5 5 5主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断vv（5）转速偏离指令值）转速偏离指令值vv故障现象：主轴转速超过技术要求所规定故障现象：主轴转速超过技术要求所规定的指令值范围的指令值范围vv缘由分析：缘由分析：vv电动机负载过大引起转速降低或低速极限电动机负载过大引起转速降低或低速极限值设定太小，造成主轴电机过载。值设定太小，造成主轴电机过载。vvCNC系统输出的主轴转速

27、模拟量（通常为系统输出的主轴转速模拟量（通常为0+-10V）没有达到与转速指令对应的值。）没有达到与转速指令对应的值。vv测速装置有故障或速度反馈信号断线。测速装置有故障或速度反馈信号断线。vv主轴驱动装置故障，导致速度限制单元错主轴驱动装置故障，导致速度限制单元错误输出。误输出。vv检查方法：检查方法：vv（1）空载运转主轴，检测比较实际转速）空载运转主轴，检测比较实际转速值与指令值，推断故障是否由负载过大引值与指令值，推断故障是否由负载过大引起。起。vv（2）检查速度反馈装置及电缆，调整速）检查速度反馈装置及电缆，调整速度反馈量的大小，使实际主轴转速达到指度反馈量的大小，使实际主轴转速达到

28、指令值。令值。vv（3）检查信号电缆的连接状况，调整有）检查信号电缆的连接状况，调整有关参数使关参数使CNC系统输出的模拟量与转速指系统输出的模拟量与转速指令值相对应。令值相对应。vv实行措施：更换、修理损坏的部件、调整实行措施：更换、修理损坏的部件、调整的关参数的关参数2.2.2.2.5 5 5 5主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断vv（6）主轴异样噪声及振动）主轴异样噪声及振动vv缘由分析：首先要区分异样噪声及振动缘由分析：首先要区分异样噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。分。vv在减速过程中发生一

29、般是又驱动装置造在减速过程中发生一般是又驱动装置造成的，如沟通驱动中的再生回路故障。成的，如沟通驱动中的再生回路故障。vv在恒转速时产生，可通过视察主轴电动在恒转速时产生，可通过视察主轴电动机自由停车过程中是否有噪音和振动的机自由停车过程中是否有噪音和振动的来区分，如存在，则主轴机械部分有问来区分，如存在，则主轴机械部分有问题题vv检查方法：检查振动周期是否与转速有检查方法：检查振动周期是否与转速有关。如无关，一般是主轴驱动装置未调关。如无关，一般是主轴驱动装置未调整好；如有关，应检查主轴机械部分是整好；如有关，应检查主轴机械部分是否良好，测速装置是否不良。否良好，测速装置是否不良。2.2.2

30、.2.5 5 5 5主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断vv（7）主轴电动机不转）主轴电动机不转vv缘由分析：缘由分析：CNC系统至主轴驱动装系统至主轴驱动装置除了转速模拟量限制信号外，还有使置除了转速模拟量限制信号外，还有使能限制信号，一般为能限制信号，一般为DC+24V继电器线继电器线圈电压；主轴驱动装置故障；主轴电动圈电压；主轴驱动装置故障；主轴电动机故障。机故障。vv检查方法：检查检查方法：检查CNC系统是否有速系统是否有速度限制信号输出；检查能使信号是否接度限制信号输出；检查能使信号是否接通。通过通。通过CRT视察视察I/O状态，分析机床状

31、态，分析机床PLC图形（或流程图），以确定主轴的图形（或流程图），以确定主轴的启动条件，如润滑、冷却等是否满足。启动条件，如润滑、冷却等是否满足。2.2.2.2.5 5 5 5主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断主轴伺服系统故障诊断三、三、进给伺服系统进给伺服系统vv3.13.1进给驱动系统概述进给驱动系统概述进给驱动系统概述进给驱动系统概述vv进给驱动系统的性能在确定程度上确定了数控系统的性进给驱动系统的性能在确定程度上确定了数控系统的性进给驱动系统的性能在确定程度上确定了数控系统的性进给驱动系统的性能在确定程度上确定了数控系统的性能，确定了数控机床的档次，因此，在数

32、控技术发展的历程能，确定了数控机床的档次，因此，在数控技术发展的历程能，确定了数控机床的档次，因此，在数控技术发展的历程能，确定了数控机床的档次，因此，在数控技术发展的历程中，进给驱动系统的研制和发展总是放在首要的位置。中，进给驱动系统的研制和发展总是放在首要的位置。中，进给驱动系统的研制和发展总是放在首要的位置。中，进给驱动系统的研制和发展总是放在首要的位置。vv数控系统所发出的限制指令，是通过进给驱动系统来驱数控系统所发出的限制指令，是通过进给驱动系统来驱数控系统所发出的限制指令，是通过进给驱动系统来驱数控系统所发出的限制指令，是通过进给驱动系统来驱动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运

33、动的。动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运动的。动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运动的。动机械执行部件，最终实现机床精确的进给运动的。vv数控机床的进给驱动系统是一种位置随动与定位系统，数控机床的进给驱动系统是一种位置随动与定位系统，数控机床的进给驱动系统是一种位置随动与定位系统，数控机床的进给驱动系统是一种位置随动与定位系统，它的作用是快速、精确地执行由数控系统发出的运动吩咐，它的作用是快速、精确地执行由数控系统发出的运动吩咐，它的作用是快速、精确地执行由数控系统发出的运动吩咐，它的作用是快速、精确地执行由数控系统发出的运动吩咐，精确地限制机床进给传动链的坐标运动。它的性能确定了数

34、精确地限制机床进给传动链的坐标运动。它的性能确定了数精确地限制机床进给传动链的坐标运动。它的性能确定了数精确地限制机床进给传动链的坐标运动。它的性能确定了数控机床的很多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位控机床的很多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位控机床的很多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位控机床的很多性能，如最高移动速度、轮廓跟随精度、定位精度等。精度等。精度等。精度等。v3.23.2数控机床对进给驱动系统的要求数控机床对进给驱动系统的要求数控机床对进给驱动系统的要求数控机床对进给驱动系统的要求v（1 1）调速范围要宽；）调速范围要宽；）调速范围要宽；）调速范围要宽；v（

35、2 2）定位精度要高；）定位精度要高；）定位精度要高；）定位精度要高；v（3 3）快速响应，无超调；）快速响应，无超调；）快速响应，无超调；）快速响应，无超调；v（4 4）低速大转矩，过载实力强；）低速大转矩，过载实力强；）低速大转矩，过载实力强；）低速大转矩，过载实力强；v（5 5）牢靠性高；）牢靠性高；）牢靠性高；）牢靠性高；三、三、进给伺服系统进给伺服系统vv3.33.3进给驱动系统的分类进给驱动系统的分类进给驱动系统的分类进给驱动系统的分类vv按执行元件的类别，可分为：步进电动机、直流电按执行元件的类别，可分为：步进电动机、直流电按执行元件的类别，可分为：步进电动机、直流电按执行元件的

36、类别，可分为：步进电动机、直流电动机、沟通电动机进给驱动系统；动机、沟通电动机进给驱动系统；动机、沟通电动机进给驱动系统；动机、沟通电动机进给驱动系统；vv按有无检测元件和反馈环节，可分为为开环、闭环按有无检测元件和反馈环节，可分为为开环、闭环按有无检测元件和反馈环节，可分为为开环、闭环按有无检测元件和反馈环节，可分为为开环、闭环限制两类。限制两类。限制两类。限制两类。vv开环限制与闭环限制的主要区分为是否接受开环限制与闭环限制的主要区分为是否接受开环限制与闭环限制的主要区分为是否接受开环限制与闭环限制的主要区分为是否接受了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。了位置和速度检测反馈元件组成了反

37、馈系统。了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。了位置和速度检测反馈元件组成了反馈系统。vv开环限制一般接受步进电动机作为驱动元件，开环限制一般接受步进电动机作为驱动元件，开环限制一般接受步进电动机作为驱动元件，开环限制一般接受步进电动机作为驱动元件，没有位置和速度反馈限制回路。没有位置和速度反馈限制回路。没有位置和速度反馈限制回路。没有位置和速度反馈限制回路。vv闭环限制一般接受伺服电动机作为驱动元件，闭环限制一般接受伺服电动机作为驱动元件，闭环限制一般接受伺服电动机作为驱动元件，闭环限制一般接受伺服电动机作为驱动元件，依据位置检测元件所处在数控机床不同的位置，它依据位置检测元件所处在数控机

38、床不同的位置，它依据位置检测元件所处在数控机床不同的位置，它依据位置检测元件所处在数控机床不同的位置，它可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。可以分为半闭环、全闭环和混合闭环三种。三、三、进给伺服系统进给伺服系统vv步进驱动系统简洁来说，包括有步进电动机和步进驱动器。步进驱动系统简洁来说，包括有步进电动机和步进驱动器。步进驱动系统简洁来说，包括有步进电动机和步进驱动器。步进驱动系统简洁来说，包括有步进电动机和步进驱动器。vv步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换

39、为线步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动确定角度，带动机械移动一小段距离。确定角度，带动机械移动一小段距离。确定角度，带动机械移动一小段距离。确定角度，带动机械移动一小段距离。vv特点特点特点特点:(1):(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。vv(2)(2)限制脉冲频率

40、，可限制电机转速。限制脉冲频率，可限制电机转速。限制脉冲频率，可限制电机转速。限制脉冲频率，可限制电机转速。vv(3)(3)变更脉冲依次，可变更转动方向。变更脉冲依次，可变更转动方向。变更脉冲依次，可变更转动方向。变更脉冲依次，可变更转动方向。（1 1）步进步进步进步进电动机电动机电动机电动机驱动驱动驱动驱动的进给的进给的进给的进给系统系统系统系统 步进电动机驱动的进给系统步进电动机驱动的进给系统步进电动机驱动的进给系统步进电动机驱动的进给系统vv优点：能很便利地将电脉冲转换为角位移，具有较好的定位精度，无漂优点：能很便利地将电脉冲转换为角位移，具有较好的定位精度，无漂优点：能很便利地将电脉冲

41、转换为角位移，具有较好的定位精度，无漂优点：能很便利地将电脉冲转换为角位移，具有较好的定位精度，无漂移和无积累定位误差的优点，能跟踪确定频率范围的脉冲列，可作同步移和无积累定位误差的优点，能跟踪确定频率范围的脉冲列，可作同步移和无积累定位误差的优点，能跟踪确定频率范围的脉冲列，可作同步移和无积累定位误差的优点，能跟踪确定频率范围的脉冲列，可作同步电动机运用。电动机运用。电动机运用。电动机运用。vv缺点：缺点：缺点：缺点：由于步进电动机基本上是用开环系统，精度不高，不能应用于由于步进电动机基本上是用开环系统，精度不高，不能应用于由于步进电动机基本上是用开环系统，精度不高，不能应用于由于步进电动机

42、基本上是用开环系统，精度不高，不能应用于中高档数控机床；中高档数控机床；中高档数控机床；中高档数控机床；步进电动机耗能大，速度低步进电动机耗能大，速度低步进电动机耗能大，速度低步进电动机耗能大，速度低(远不如交、直流电动机远不如交、直流电动机远不如交、直流电动机远不如交、直流电动机)。vv因此，目前步进电动机仅用于小容量、低速、精度要求不高的场合，如因此，目前步进电动机仅用于小容量、低速、精度要求不高的场合，如因此，目前步进电动机仅用于小容量、低速、精度要求不高的场合，如因此，目前步进电动机仅用于小容量、低速、精度要求不高的场合，如经济型数控，打印机、绘图机等计算机的外部设备。经济型数控，打印

43、机、绘图机等计算机的外部设备。经济型数控，打印机、绘图机等计算机的外部设备。经济型数控，打印机、绘图机等计算机的外部设备。（2 2）伺服电动机）伺服电动机）伺服电动机）伺服电动机驱动驱动驱动驱动的进给的进给的进给的进给系统系统系统系统伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压限制信号转换为轴上输出的角位移和角入的电压限制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动限制对象。速度，驱动限制对象。交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机 直流伺服电动机直流伺

44、服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机 伺服电动机可控性好，反应快速。是自动控伺服电动机可控性好，反应快速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。伺服电动机驱动的进给系统伺服电动机驱动的进给系统伺服电动机驱动的进给系统伺服电动机驱动的进给系统vv3.4进给驱动系统的组成进给驱动系统的组成vv驱动装置驱动装置接受接受CNC等发出的指令，经过等发出的指令，经过功率放大后，驱动功率放大后，驱动vv电动机旋转。转速的大小由指电动机旋转。转速的大小由指令限制。令限制。vv执行元件执行元件步进电动机步进电动机/直流电动机直流电动机/沟通沟通电动机。电动机。v

45、v传动机构传动机构减速装置和滚珠丝杠减速装置和滚珠丝杠vv检测元件及反馈电路检测元件及反馈电路速度反馈和位置反速度反馈和位置反馈，有旋转变压器、馈，有旋转变压器、vv光电编码器和光栅光电编码器和光栅等。等。vv3.53.5进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例常见故障常见故障 当进给伺服系统出现故障时,通常有三种表现形式：在在在在CRTCRT或操作面板上显示报警内容或报警信息，或操作面板上显示报警内容或报警信息，或操作面板上显示报警内容或报警信息，或操作面板上显示报警内容或报警信息，在进给伺服驱动单元上用

46、报警灯或数码管显示驱动单元故在进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元故在进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元故在进给伺服驱动单元上用报警灯或数码管显示驱动单元故障；障；障；障；进给运动不正常，但无任何报警信息进给运动不正常，但无任何报警信息进给运动不正常，但无任何报警信息进给运动不正常，但无任何报警信息。（1）超程当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时，就会发生超程报警。产生缘由常见有三种：编程不当，当工件坐标系没设定或没调用刀补，应运行如G00X100.Y100；简洁出现起程。操作不当，如在JOG方式回参考点，对刀错误，刀补值设定错误，刀架离参考点太近就

47、进行手动反回参考点简洁出现超程。出 现 减 速 开 关 失 灵、参 数 设 置 不 合 理 等 造 成 回 不 到 参 考 点 故 障 也 会 出 现 超 程。3.53.5进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例（22）过载）过载）过载）过载当进给运动的当进给运动的当进给运动的当进给运动的负载过大负载过大负载过大负载过大，频繁正、反向运动以及，频繁正、反向运动以及，频繁正、反向运动以及，频繁正、反向运动以及传动链传动链传动链传动链润滑状态不良润滑状态不良润滑状态不良润滑状态不良时，均会引起过载报警。一般会时

48、，均会引起过载报警。一般会时，均会引起过载报警。一般会时，均会引起过载报警。一般会在在在在CRTCRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。同时，在强电柜中的进给驱动单元上、指示灯或息。同时，在强电柜中的进给驱动单元上、指示灯或息。同时，在强电柜中的进给驱动单元上、指示灯或息。同时，在强电柜中的进给驱动单元上、指示灯或数码管会提示驱动单元过载、过电流等信息。数码管会提示驱动单元过载、过电流等信息。数码管会提示驱动单元过载、过电流等信息。数码管会提示驱动单元过载、过电流等

49、信息。3.53.5进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例（3）窜窜动动在进给时出现窜动现象：在进给时出现窜动现象：测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等；测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等；速度限制信号不稳定或受到干扰；速度限制信号不稳定或受到干扰；接线端子接触不良，如螺钉松动等。接线端子接触不良，如螺钉松动等。当当窜窜动动发发生生在在由由正正方方向向运运动动与与反反向向运运动动的的换换向向瞬瞬间间时时，一一般般是是由由于于进进给给传传动动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。链

50、的反向间隙或伺服系统增益过大所致。3.53.5进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例进给伺服系统的常见故障及诊断实例（4）爬爬行行发发生生在在起起动动加加速速段段或或低低速速进进给给时时，一一般般是是由由于于进进给给传传动动链链的的润润滑滑状状态态不不良良、伺服系统增益低及外加负载过大等因素所致。伺服系统增益低及外加负载过大等因素所致。尤尤其其要要留留意意的的是是：伺伺服服电电动动机机和和滚滚珠珠丝丝杠杠联联接接用用的的联联轴轴器器，由由于于联联接接松松动动或或联联轴轴器器本本身身的的缺缺陷陷，如如裂裂纹纹等等，造造成成滚滚珠珠丝丝杠杠