伺服系统故障诊断与维修解析.pptx

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1、2.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）低速大转矩第1页/共35页光电式旋转编码器的输出波形光电式旋转编码器的输出波形 如图所示如图所示，A和和B信号的相位相差信号的相位相差90，经放大整形，经放大整形后成为方波形信号。通过判断后成为方波形信号。通过判断A A、B B两相信号的相位，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。道电机转过的角度。第2页/共35页型号型号分辨率分辨率(ppr)绝绝对对/增增量量型号型号分分 辨辨 率率(ppr)绝对绝对/增量增量iA16000 16

2、 000 000绝对iA 6465536(216)绝对iA10001 000 000绝对iM4096主轴用编码器（不带一转信号）iI10001 000 000增量iMZ4096主轴用编码器（带一转信号）iA 128131 072(217)绝对iBZ360000内装主轴用编码器（带一转信号）iCZ3600000高精度轮廓控制用编码器（带一转信号）FANUC控制用编码器控制用编码器 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

3、。第3页/共35页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。第4页/共35页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。第5页/共35页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

4、精度较高、安标尺、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，长度在定性，长度在2 2米以上性价比优势愈加明显米以上性价比优势愈加明显 。第6页/共35页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。第7页/共35页1 1）

5、.FANUCi.FANUCi系列伺服放大器电源模块（系列伺服放大器电源模块（PSMPSM）端子及接口）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）。第8页/共35页2 2）.FANUCi.FANUCi系列伺服放大器主轴模块系列伺服放

6、大器主轴模块(SPM)(SPM)端子及接口端子及接口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24 V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24 V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JA7

7、A(SPDL1)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。第9页/共35页3 3）.FANUCi.FANUCi系列伺服放大器伺服模块系列伺服放大器伺服模块(SVM)(SVM)端子及接口端子及接口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

8、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。第10页/共35页iSVSP一体型伺服单元的连接一体型伺服单元的连接第11页/共35页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。第12页/共35页1)通过主轴外接编码器实现主轴准停控制。主轴电

9、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主轴定向是对主轴位置的简单控制,可以选用以下几种可以选用以下几种元件作为位置信号元件作为位置信号:SPMJYA2JYA3主轴电机主轴电机主轴电机内装主轴电机内装Mi或或Mzi编码器编码器主轴主轴直连或采用直连或采用1 1：1 1传动的齿轮、齿形带连接传动的齿轮、齿形带连接任意传动比任意传动比位置编码器位置编码器用主轴外接编码器实现准停用主轴外接编码器实现准停第13页/共35页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。主轴电机内装主轴电机内装Mzi编

10、码器编码器主轴主轴主轴电机主轴电机JYA2SPM直连或采用直连或采用1 1：1 1传动的齿轮、齿形带连接传动的齿轮、齿形带连接用主轴电机内装编码器实现准停用主轴电机内装编码器实现准停第14页/共35页 准停指令准停指令M19M19经经CNCCNC译码后，经译码后，经PLCPLC的的DECBDECB指令分配到指令分配到R0002.3R0002.3，如图如图所示。所示。F45.1F45.1是主轴停止的检测信号，当主轴实际速度小于参数是主轴停止的检测信号，当主轴实际速度小于参数40244024的设的设定值时，该位为定值时，该位为“1 1”，G70.6G70.6为为“1 1”，向，向CNCCNC发出定

11、向指令信号。如果发出定向指令信号。如果主轴手动控制准停有效，而自动主轴手动控制准停有效，而自动(M19)M19)无效时，可以通过系统梯形图，查无效时，可以通过系统梯形图，查看主轴准停信号看主轴准停信号G70.6G70.6为为1 1及及M19M19执行的条件是否满足。执行的条件是否满足。第15页/共35页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

12、距离。vi.机床的检测单位及数控系统的指令单位。第16页/共35页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/SNo.100。OFFSET SETTING第17页/共35页确认PRM31111的0（SVS）=1,才可以显示伺服设定画面。按功能键，再按扩展键，找到软键SV-PRM。按SV-PRM软键，显示伺服设定画面。SYSTEM第18页/共35页例3.1机床直线轴的分辨率为1m，电机和丝杆的传动比为1，计算进给齿轮比N

13、/M。第19页/共35页例3.2对于机床的旋转轴，电机和旋转工作台之间的减速比为1/10，工作台的分辨率为1/1000度,计算进给齿轮比N/M。电机每转一圈工作台旋转360/10度，工作台每旋转1度所需脉冲数为1000，则电机一转所需脉冲数为36000。所以，进给齿轮比N/M=36000/1000000=36/1000第20页/共35页vi.移动方向vii.速度脉冲数、位置脉冲数速度脉冲数、位置脉冲数的设定viii.参考计数器第21页/共35页3）.伺服FSSB设定按功能键system。可以打开放大器设定画面和轴设定设定画面。FANUCFANUC伺服系统通过FANUC FANUC 串行伺服总线

14、FSSBFSSB光缆（或高速串行伺服总线HSSBHSSB）与CNCCNC控制单元连接，需要设定参数PRM1023、1905、19101919、1936、1937。伺服FSSBFSSB的设定方法有手动设定和自动设定之分，由PRM1902PRM1902的0 0（FMDFMD）的值决定。FMD=FMD=1：手动设定方式,上述参数需要手工设定；FMD=FMD=0：自动设定方式。第22页/共35页伺服放大器设定画面 第23页/共35页轴设定画面 在在FSSBFSSB自动设定时，伺服放大器必须通电，否则不自动设定时，伺服放大器必须通电，否则不能正确设定，如果设置不正确，则会引起报警。能正确设定，如果设置不

15、正确，则会引起报警。第24页/共35页4.2.2FANUC伺服系统故障诊断及维修伺服驱动系统的故障表现形式有三种：1)在LCD或操作面板上显示报警内容或报警信息；2)在驱动装置上用报警灯或数码管显示故障内容；3)伺服驱动系统工作不正常但无任何报警信息。第25页/共35页1.FANUC主轴伺服系统的故障诊断及维修主轴伺服系统常见故障有：外界干扰过载主轴定位抖动主轴转速与进给不匹配转速偏离指令值主轴异常噪声及振动主轴电动机不转第26页/共35页例3.3某台数控车床通电起动后出现750报警，经多次断电通电起动都出现该报警。故障分析：故障分析：CNC CNC 开机时，如果串行主轴放大器（开机时，如果串

16、行主轴放大器（SPMSPM）没有达到正常的起动）没有达到正常的起动状态，发生此报警。此报警不是在状态，发生此报警。此报警不是在CNC CNC 系统（带有主轴放大器）正常系统（带有主轴放大器）正常起动后发生的。是在电源接通过程中发生故障时引发的。起动后发生的。是在电源接通过程中发生故障时引发的。可能的原因包括：可能的原因包括：i.i.接触不良、接线不良、或电缆的连接错误；接触不良、接线不良、或电缆的连接错误；ii.ii.CNC CNC 开机时主轴放大器处于报警状态；开机时主轴放大器处于报警状态；iii.iii.参数设定错误；参数设定错误；iv.iv.CNC CNC 的印刷电路板故障；的印刷电路板

17、故障；v.v.主轴放大器故障。主轴放大器故障。处理方法：处理方法：根据维修手册说明，首先检查光缆的连接和走向，尽量避免外部根据维修手册说明，首先检查光缆的连接和走向，尽量避免外部电磁干扰。经过重新插接后，再通电起动，未出现电磁干扰。经过重新插接后，再通电起动，未出现750750报警。报警。第27页/共35页例3.4某台数控车床主轴有转速，但LCD速度无显示。故障分析：故障分析：LCDLCD上的速度显示是根据主轴编码器的反馈信号上的速度显示是根据主轴编码器的反馈信号计算并显示的。计算并显示的。可能的原因包括：可能的原因包括：iv.iv.主轴编码器损坏；主轴编码器损坏；v.v.主轴编码器电缆脱落或

18、断线；主轴编码器电缆脱落或断线；vi.vi.系统参数设置不正确；系统参数设置不正确；vii.vii.编码器反馈接口不对或者没有选择主轴控制的有关功能。编码器反馈接口不对或者没有选择主轴控制的有关功能。处理方法：处理方法：由于该机床已正常使用一段时间，故重点针对前两由于该机床已正常使用一段时间，故重点针对前两项可能的原因进行检查。经检查，是主轴编码器的接头项可能的原因进行检查。经检查，是主轴编码器的接头松脱所致松脱所致。第28页/共35页例3.13故障现象：外观表现为伺服电机发热，即使不加工伺服电机的温度也很高，电机表面温度高于60C，甚至烫手。有时在切削、坐标轴减速制动、坐标换向时出现伺服电机

19、过流报警。分析与处理过程：分析与处理过程：上述各种迹象表明，伺服驱动器长时间提供给伺服电上述各种迹象表明，伺服驱动器长时间提供给伺服电机高于额定值的电流。要区分出故障的原因是机械的问题，还机高于额定值的电流。要区分出故障的原因是机械的问题，还是伺服电机的问题，最准确的方法是将伺服电机与丝杠的机械是伺服电机的问题，最准确的方法是将伺服电机与丝杠的机械连接断开。连轴节断开后可能出现两种情况：连接断开。连轴节断开后可能出现两种情况：1)1)如果断开后伺服电机仍然发热或出现过载报警，则说明伺如果断开后伺服电机仍然发热或出现过载报警，则说明伺服电机内部机械部件故障，服电机内部机械部件故障，比如轴承损坏。

20、这时需要维修或比如轴承损坏。这时需要维修或更换新的伺服电机。但是这种情况往往说明了数控机床的设计更换新的伺服电机。但是这种情况往往说明了数控机床的设计或者装配存在问题。因为伺服电机轴承损坏的原因是伺服电机或者装配存在问题。因为伺服电机轴承损坏的原因是伺服电机安装造成的径向力超过了伺服电机运行允许的指标。假如只是安装造成的径向力超过了伺服电机运行允许的指标。假如只是更换了伺服电机，但是没有采取措施解决径向力超标的问题。更换了伺服电机，但是没有采取措施解决径向力超标的问题。同样的故障仍有可能发生。同样的故障仍有可能发生。第29页/共35页2)2)如果伺服电机与丝杠的连接断开后，伺服电机的温度如果伺

21、服电机与丝杠的连接断开后，伺服电机的温度下降至正常，且过载报警消失，下降至正常，且过载报警消失，则说明是传动系统的则说明是传动系统的机械故障，这时应检查传动系统。机械故障，这时应检查传动系统。3)3)如果这样的故障发生在数控机床的设计调试阶段，还如果这样的故障发生在数控机床的设计调试阶段，还有一种可能的原因，就是伺服电机选择错误，伺服电机有一种可能的原因，就是伺服电机选择错误，伺服电机的输出转矩不能满足传动系统的需要。的输出转矩不能满足传动系统的需要。第30页/共35页例3.15故障现象：配套FANUC0i系统的数控磨床，开机后出现401号报警。分析与处理过程：分析与处理过程：FANUC 0i

22、FANUC 0i数控系统的数控系统的401401号报警属于数字伺服报警，该号报警属于数字伺服报警，该报警的含义为报警的含义为“X X、Z Z轴伺服放大器未准备好轴伺服放大器未准备好”。如果一个。如果一个伺服放大器的伺服准备信号（伺服放大器的伺服准备信号（VRDYVRDY）没有接通，或者在运）没有接通，或者在运行中信号关断，发生此报警。遇到此报警通常作如下检查：行中信号关断，发生此报警。遇到此报警通常作如下检查：首先查看伺服放大器的首先查看伺服放大器的LEDLED有无显示，若有显示，则故障原有无显示，若有显示，则故障原因有以下因有以下3 3种可能：种可能：伺服放大器至电源模块之间的电缆断线。伺服

23、放大器至电源模块之间的电缆断线。伺服放大器出故障。伺服放大器出故障。基板出故障。基板出故障。第31页/共35页4.3西门子伺服系统故障诊断及维修4.3.1西门子伺服系统1西门子伺服系统分类第32页/共35页电源模块指示灯的状态电源模块指示灯的状态绿绿红红红红黄黄红红红红15V电平故障电平故障外部使能信号丢失外部使能信号丢失进线电源故障进线电源故障5V电平故障电平故障模块就绪，直流母线已充电模块就绪，直流母线已充电直流母线过电压直流母线过电压图图4-31 电源模块指示灯的状态电源模块指示灯的状态第33页/共35页2）611UE伺服驱动器的连接7473.273.17253525163996419911248NS1NS224 VDC0 V连接到连接到PLC输入端输入端连接到连接到PLC输出端输出端0 V电源模块端子电源模块端子64/63/48的连接的连接第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页