項(xiàng)目7　進(jìn)給伺服系統(tǒng)典型故障診斷

知識(shí)目標(biāo)

1.學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和功能特點(diǎn)；

2.以雷塞57HS13步進(jìn)電機(jī)及雷塞M542V2. 0細(xì)分驅(qū)動(dòng)器為例，學(xué)習(xí)開(kāi)環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)的控制原理、系統(tǒng)構(gòu)成和典型故障處理；

3. FANUC 0i C伺服單元（SVU）驅(qū)動(dòng)裝置的功能接口、連接方法和典型故障處理；

4. FANUC 0i C伺服模塊（SVM）驅(qū)動(dòng)裝置的功能接口、連接方法和典型故障處理；

5.學(xué)習(xí)FANUC伺服系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定與伺服調(diào)整及其典型故障處理；

6. FANUC伺服總線(xiàn)（FSSB）的設(shè)定和常見(jiàn)故障分析；

7.學(xué)習(xí)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置檢測(cè)裝置的故障診斷與維修；

8.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)典型故障診斷。

技能目標(biāo)

1.掌握FANUC 0i C數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和功能特點(diǎn)；

2.學(xué)會(huì)開(kāi)環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)的控制原理、系統(tǒng)構(gòu)成和典型故障處理；

3.正確實(shí)施FANUC 0i C伺服單元（SVU）驅(qū)動(dòng)裝置功能設(shè)定，能夠分析排除常見(jiàn)故障；

4.正確實(shí)施FANUC 0i C伺服模塊（SVM）驅(qū)動(dòng)裝置功能設(shè)定，能夠分析排除常見(jiàn)故障；

5.學(xué)會(huì)FANUC伺服系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定與伺服調(diào)整及其典型故障處理；

6.學(xué)會(huì)FANUC伺服總線(xiàn)（FSSB）基本參數(shù)設(shè)定和常見(jiàn)故障分析；

7.掌握進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置檢測(cè)裝置編碼器、光柵尺的檢測(cè)原理和常見(jiàn)故障分析；

8.初步掌握數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)典型故障診斷。

任務(wù)1　數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和功能特點(diǎn)

◎任務(wù)提出

數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是由伺服放大器、伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)組件和檢測(cè)裝置等組成。伺服系統(tǒng)接受CNC所發(fā)出的位置指令來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行定位控制，是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢”，發(fā)揮著重要作用。因此有必要了解進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和功能特點(diǎn)，為其進(jìn)行故障診斷打好基礎(chǔ)。伺服控制是由伺服控制理論、變流技術(shù)、電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)來(lái)組成位置、速度、電流的三環(huán)控制，如圖7. 1所示為進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，試簡(jiǎn)述各部分作用及工作原理。

圖7.1　進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

◎任務(wù)目標(biāo)

1.回顧FANUC 0i Mate C進(jìn)給伺服系統(tǒng)各組成部分的型號(hào)及特點(diǎn)；

2.了解進(jìn)給伺服系統(tǒng)組成和各部分的功能；

3.重點(diǎn)學(xué)會(huì)伺服放大器的基本工作原理。

◎任務(wù)分析

為了熟悉掌握進(jìn)給伺服系統(tǒng)組成和各部分的功能，我們還需要了解：

1.機(jī)械傳動(dòng)組件的基本工作原理；

2.檢測(cè)裝置的基本工作原理；

3. FANUC 0i C/ FANUC 0i Mate C數(shù)控系統(tǒng)的組成，掌握系統(tǒng)與主軸驅(qū)動(dòng)裝置、與進(jìn)給伺服裝置、與外圍設(shè)備之間的功能連接。

◎相關(guān)知識(shí)

數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按其功能和用途劃分為主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服是一種位置隨動(dòng)系統(tǒng)，是數(shù)控裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)。它的作用是快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控裝置發(fā)出的控制命令，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，精確地控制機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，完成程序所規(guī)定的操作。

伺服系統(tǒng)是以機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)）的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它可以準(zhǔn)確地執(zhí)行CNC裝置發(fā)出的位置和速度指令，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作一定的信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電動(dòng)機(jī)（步進(jìn)電機(jī)、交/直流伺服電機(jī)）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給、快速運(yùn)動(dòng)以及位置控制。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的本質(zhì)特點(diǎn)在于能夠根據(jù)指令信號(hào)精確地控制執(zhí)行部件的位置和進(jìn)給速度。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電機(jī)、位置檢測(cè)裝置等組成。

數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)中，主軸運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)是機(jī)床的基本成形運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)按功能可分為主軸伺服系統(tǒng)和進(jìn)給伺服系統(tǒng)。主軸伺服用于控制機(jī)床主軸的運(yùn)動(dòng)，提供機(jī)床的切削動(dòng)力；進(jìn)給伺服實(shí)現(xiàn)機(jī)床各進(jìn)給軸的位置控制，不僅對(duì)單個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度和位置精度進(jìn)行嚴(yán)格控制，而且在多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，還要求各軸有很多的動(dòng)態(tài)配合，是要求最高的位置控制。

對(duì)于進(jìn)給伺服系統(tǒng)，按有無(wú)反饋檢測(cè)元件將其分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)。其主要區(qū)別為是否采用了位置和速度檢測(cè)反饋元件組成了反饋系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制常用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，它不需要由位置和速度檢測(cè)元件組成反饋檢測(cè)回路。閉環(huán)控制采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，根據(jù)位置檢測(cè)元件所處在數(shù)控機(jī)床位置的不同，可以分為半閉環(huán)控制、全閉環(huán)控制和混合閉環(huán)控制。半閉環(huán)控制一般將檢測(cè)元件安裝在伺服電機(jī)的非輸出軸端，伺服電機(jī)角位移通過(guò)滾珠絲杠等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的直線(xiàn)位移。全閉環(huán)控制是將位置檢測(cè)元件安裝在機(jī)床工作臺(tái)或某些部件上，以獲取工作臺(tái)的實(shí)際位移量?；旌祥]環(huán)控制則采用半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制相結(jié)合的方式。

一、伺服放大器

目前FANUC系統(tǒng)常用的伺服放大器有α系列伺服單元、β/βiS系列伺服單元、α/αi系列伺服模塊和β/βis系列驅(qū)動(dòng)單元，如圖7. 2所示。

圖7.2　伺服放大器

伺服放大器的作用是接收系統(tǒng)（伺服軸板）伺服信息傳遞信號(hào)，實(shí)施伺服電動(dòng)機(jī)控制，并采集檢測(cè)裝置的反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)伺服電動(dòng)機(jī)閉環(huán)電流矢量控制及進(jìn)給執(zhí)行部件的速度和位置控制。

注意：伺服電機(jī)動(dòng)力線(xiàn)是插頭，用戶(hù)要將插針連接到線(xiàn)上，然后將插針插到插座上，U，V，W順序不能接錯(cuò)，一般是紅、白、黑順序，如圖7. 3所示。

圖7.3　伺服電機(jī)動(dòng)力接線(xiàn)圖

圖7.4　伺服放大器的接口圖

標(biāo)記：XX，XY，YY分別表示1，2，3軸。各軸不能互換。

伺服放大器的接口如圖7. 4所示：

單元之間的光纜長(zhǎng)度應(yīng)限制在100 m，光纜總長(zhǎng)度應(yīng)限制在500 m。

在CNC控制單元和伺服放大器之間只用一根光纜連接，與控制軸數(shù)無(wú)關(guān)。

在控制單元側(cè)，COP10A插頭安裝在主板的伺服卡上。

FANUC 0i C進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給伺服放大器為αi系列，進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)使用αis系列，最多可接4個(gè)進(jìn)給軸電動(dòng)機(jī)。

二、伺服電動(dòng)機(jī)

伺服電動(dòng)機(jī)是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的電氣執(zhí)行部件，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)普遍采用交流永磁式同步電動(dòng)機(jī)，它是由定子部分、轉(zhuǎn)子部分和內(nèi)裝編碼器組成，如圖7. 5所示。

FANUC系統(tǒng)進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)一般采用α/αi系列伺服電動(dòng)機(jī)和β/βis系列伺服電動(dòng)機(jī)。

圖7.5　伺服電動(dòng)機(jī)

FANUC 0i C與0i B一樣，經(jīng)FANUC串行伺服總線(xiàn)FSSB，用一條光纜與多個(gè)進(jìn)給伺服放大器（αi系列）相連。進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)使用αis系列，最多可接4個(gè)進(jìn)給軸電動(dòng)機(jī)。

三、機(jī)械傳動(dòng)組件

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)組件是將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)或刀架直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)部件。主要包括伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠聯(lián)接裝置、滾珠絲杠螺母副及其固定支承部件、導(dǎo)向元件和潤(rùn)滑輔助裝置等。它的傳動(dòng)質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)床的加工性能。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給組件具體組成如圖7. 6所示。

圖7.6　數(shù)控機(jī)床進(jìn)給組件

四、數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置

伺服電動(dòng)機(jī)上裝有脈沖編碼器，標(biāo)配為1 000 000脈沖/轉(zhuǎn)。編碼器既用做速度反饋，又用做位置反饋。系統(tǒng)支持半閉環(huán)控制和使用直線(xiàn)尺的全閉環(huán)控制。檢測(cè)器的接口有并行口（A/ B相脈沖）和串行口兩種。位置檢測(cè)器可用增量式或絕對(duì)式，絕對(duì)式位置檢測(cè)器（如絕對(duì)式編碼器）必有電池。

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度和位置檢測(cè)裝置有編碼器、光柵尺等。FANUC 0i C系統(tǒng)的半閉環(huán)控制采用伺服電動(dòng)機(jī)的內(nèi)裝編碼器完成，其反饋信號(hào)即為速度反饋信號(hào)，同時(shí)又作為絲杠的位置反饋信號(hào)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的全閉環(huán)控制裝有分離型位置檢測(cè)裝置，直接反饋位置信號(hào)。在全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，速度反饋信號(hào)來(lái)自伺服電動(dòng)機(jī)的內(nèi)裝編碼器信號(hào)，而位置反饋信號(hào)是來(lái)自分離型位置檢測(cè)信號(hào)。

分離型位置檢測(cè)裝置有旋轉(zhuǎn)式位置檢測(cè)裝置（如旋轉(zhuǎn)編碼器）和直線(xiàn)式位置檢測(cè)裝置（如光柵尺）兩種。FANUC 0i C系統(tǒng)是采用光柵尺作為分離型位置檢測(cè)裝置的全閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)的內(nèi)裝編碼器信號(hào)作為工作臺(tái)的實(shí)際速度反饋信號(hào)，光柵尺的信號(hào)作為工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)位置的反饋信號(hào)，如圖7. 7所示。

圖7.7　全閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)1　半閉環(huán)控制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和功能特點(diǎn)

如圖7. 8所示是數(shù)控機(jī)床的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，反饋信號(hào)取自伺服電機(jī)，通過(guò)采樣其旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，而不是直接檢測(cè)最終運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)是具有位置檢測(cè)和反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它的位置檢測(cè)器與伺服電機(jī)同軸相連，可通過(guò)它直接測(cè)出電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的角位移，進(jìn)而推知當(dāng)前執(zhí)行機(jī)械（如機(jī)床工作臺(tái)）的實(shí)際位置。

圖7.8　半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

基本任務(wù)2　全閉環(huán)控制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和功能特點(diǎn)

如圖7. 9所示是數(shù)控機(jī)床的全閉環(huán)伺服系統(tǒng)，位置反饋信號(hào)取自最終運(yùn)動(dòng)部件，直接采樣其直線(xiàn)位移信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。它將位置檢測(cè)器件直接安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，從而可以獲取工作臺(tái)實(shí)際位置的精確信息，通過(guò)反饋閉環(huán)實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制。從理論上說(shuō)，這是一種最理想的位置伺服控制方案。

圖7.9　全閉環(huán)伺服系統(tǒng)

基本任務(wù)3　FANUC αi系列伺服放大器各模塊之間的連接

圖7.10　FANUC αi系列伺服放大器各模塊之間的連接實(shí)物圖

圖7.11　FANUC αi系列伺服放大器各模塊之間的連接示意

基本任務(wù)4　伺服放大器現(xiàn)場(chǎng)硬件故障處理

任務(wù)描述：生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在用的一臺(tái)配置FANUC 0i Mate TC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床出現(xiàn)故障，顯示屏報(bào)警為5136 FSSB：NUMBER OF AMPS IS SMALL（含義：FSSB識(shí)別的放大器數(shù)比控制軸數(shù)少）。發(fā)生該故障后按下“復(fù)位”鍵不能消除上述報(bào)警信息，機(jī)床下電后再上電，仍舊出現(xiàn)該報(bào)警、不能動(dòng)作。經(jīng)初步診斷檢查，發(fā)現(xiàn)其X軸伺服電動(dòng)機(jī)編碼器電纜被切屑劃破，對(duì)其破皮電線(xiàn)處理后，開(kāi)機(jī)仍報(bào)警，故懷疑其X軸SV1-20i伺服放大器出現(xiàn)故障。把出現(xiàn)故障的該伺服放大器與現(xiàn)場(chǎng)同型號(hào)正常運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)控機(jī)床的伺服放大器互換后，懷疑出現(xiàn)故障的伺服放大器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)控機(jī)床上故障重現(xiàn)，而正常運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)控機(jī)床的同型號(hào)伺服放大器在出現(xiàn)故障的數(shù)控機(jī)床上故障消失，因此排除了出現(xiàn)故障的數(shù)控機(jī)床外圍故障因素，從而把故障范圍縮小到了X軸SV1-20i伺服放大器。

任務(wù)實(shí)施：拆掉SV1-20i伺服放大器的黃色外殼后，發(fā)現(xiàn)它主要由動(dòng)力印制電路板、控制印制電路板兩部分構(gòu)成。首先總體直觀檢查該伺服放大器，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電阻爆裂、電容漏液、集成電路外殼變形、印刷電路板局部發(fā)黑、碳化等明顯異?，F(xiàn)象，再對(duì)各個(gè)部分具體故障診斷。

圖7.12　MD1422N集成電路針腳排列圖

1.動(dòng)力印制電路板故障診斷

①檢查測(cè)量各個(gè)貼片電阻，未見(jiàn)異常。

②檢查測(cè)量30 Ω再生電阻，其兩根黑線(xiàn)間阻值正確、兩根白線(xiàn)間熱敏開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合正確。

③測(cè)量10 Ω雪泥電阻，阻值正確。

④檢查測(cè)量各電容元件，未見(jiàn)異常。

⑤檢查其內(nèi)置風(fēng)扇，正常。

⑥檢查測(cè)量富士6MBP20RTA060智能電源模塊，功能正常。

⑦檢查測(cè)量30L6P45東芝整流橋，未見(jiàn)異常。

⑧檢查測(cè)量1MBH60-90晶體管，未見(jiàn)異常。

⑨檢查測(cè)量YG226S8二極管，沒(méi)有擊穿。

⑩對(duì)G2R-1-E歐姆龍小型繼電器、G6B-2014P歐姆龍固態(tài)繼電器、RB105-DE控制繼電器進(jìn)行DC24V加電測(cè)試，各個(gè)觸點(diǎn)閉合、斷開(kāi)動(dòng)作正常。

測(cè)量檢查T(mén)LP621-2光耦，功能正常。

測(cè)量檢查L(zhǎng)M339集成比較器，功能正常。

經(jīng)以上初步診斷得出故障可能不在動(dòng)力印制電路板元件上，把故障范圍由整個(gè)伺服放大器又縮小到控制印制電路板元件上。

2.控制印制電路板故障診斷與維修

①自備DC24V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、空氣開(kāi)關(guān)、按鈕等器件，自制了試驗(yàn)臺(tái)，控制印制電路板的電源插口CXA19B兩針腳焊上細(xì)導(dǎo)線(xiàn)引出。利用自制試驗(yàn)臺(tái)對(duì)控制印刷電路板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加電功能測(cè)試，結(jié)果其電源指示燈（綠色發(fā)光二極管）根本就不亮。檢查發(fā)現(xiàn)控制印刷電路板上有一個(gè)3. 2 A保險(xiǎn)（FU1），用萬(wàn)用表測(cè)量確認(rèn)它已經(jīng)燒斷。該保險(xiǎn)為FANUC公司專(zhuān)用的，在市面上購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)玻璃管保險(xiǎn)，用魚(yú)形夾夾住保險(xiǎn)管與兩段細(xì)導(dǎo)線(xiàn)，細(xì)導(dǎo)線(xiàn)焊在FU1保險(xiǎn)的相應(yīng)針腳上，再次進(jìn)行加電試驗(yàn)，結(jié)果保險(xiǎn)再次燒壞，這樣就確認(rèn)了控制印刷電路板有故障。

②檢查測(cè)量各個(gè)貼片電阻，阻值正確。

③檢查測(cè)量各電容元件，未見(jiàn)異常。

④功能測(cè)試74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，功能正常。

⑤檢查并測(cè)試7860K光耦，功能正常。

⑥檢查并測(cè)試VT244A三態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)器，功能正常。

⑦檢查并測(cè)試LVTH240三態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)器，功能正常。

⑧檢查并測(cè)試903FP比較器，未見(jiàn)異常。

⑨檢查并測(cè)試MD1422N集成電路，發(fā)現(xiàn)異常。

具體介紹如下：

MD1422N集成電路由SHINDENGEN公司制造，雙排共32針腳，針腳序號(hào)與功能符號(hào)的對(duì)應(yīng)見(jiàn)表7. 1所示。

表7.1　MD1422N集成電路針腳序號(hào)與功能符號(hào)對(duì)應(yīng)表

把萬(wàn)用表打到“二極管及通斷測(cè)試”擋，紅、黑表筆先后接MD1422N集成電路第16（P. GND）針腳、另一表筆分別測(cè)試其余各個(gè)針腳通斷情況（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7. 2）。

從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表7. 2中可以看出，不管紅表筆還是黑表筆接第16（P. GND）針腳，該針腳與第2（OCL -），3（OCL +），4（GND），5（R/ C），11（Vout），12（Vout），13（Vout），14（Vout），26 （GND）針腳都接通。但從集成電路功能原理方面分析：若該集成電路功能正常，其電源地針腳16與輸出電壓針腳11，12，13，14間不應(yīng)該接通，其起過(guò)流保護(hù)作用的兩針腳2，3間也不應(yīng)該接通，上述10個(gè)針腳相互之間也不應(yīng)該接通，故斷定現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果異常。從市面購(gòu)買(mǎi)該集成電路更換后再加電試驗(yàn)、仍舊燒保險(xiǎn)，診斷該控制印刷線(xiàn)路板上還有損壞的元件。

表7.2　MD1422N集成電路針腳現(xiàn)場(chǎng)通斷測(cè)試結(jié)果表

⑩繼續(xù)對(duì)控制印刷線(xiàn)路板故障查尋，發(fā)現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)3. 6 mm、寬1. 6 mm、高0. 8 mm的兩腳貼片元件正向、反向測(cè)試均導(dǎo)通。該元件表面只刻有“A3N”字樣，不知是何類(lèi)元件。再查看該元件附近線(xiàn)路板上印有“VP5”字樣，經(jīng)繼續(xù)查尋到“VP1”3腳元件、“VP2”8腳元件、“VP3”2腳元件、“VP4”4腳元件。推測(cè)這5個(gè)元件應(yīng)同類(lèi)，其中“VP3”2腳元件應(yīng)與“VP5”元件功能、特性應(yīng)更類(lèi)似。經(jīng)測(cè)試“VP3”2腳元件正向?qū)?、反向截止，故推斷“VP5”元件可能被擊穿損壞，用智能850A型熱風(fēng)臺(tái)拆除該件。在拆除時(shí)發(fā)現(xiàn)，該件1端腳所熔焊的線(xiàn)路板金屬基體早已燒損，這樣就進(jìn)一步證明該件異常。拆除該件后對(duì)控制線(xiàn)路板又進(jìn)行加電試驗(yàn)，結(jié)果FU1保險(xiǎn)不再燒了，從而確認(rèn)“VP5”為故障件。這樣，故障范圍就由整個(gè)控制印制電路板定位到了元件。市場(chǎng)采購(gòu)不到“VP5”原裝元件。經(jīng)攻關(guān)分析，該件可能起電壓保護(hù)作用，屬二極管類(lèi)，決定采用1N4007塑封二極管代替現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。由于與“VP5”元件1端腳相熔焊的線(xiàn)路板金屬基體已經(jīng)燒損，經(jīng)測(cè)試該端腳應(yīng)該與LP1元件1端腳相連，這樣就拋開(kāi)原已燒損的線(xiàn)路板金屬基體，直接從LP1元件相關(guān)端腳焊接引出1根線(xiàn)，再?gòu)呐c“VP5”另1端腳熔焊的完好線(xiàn)路板金屬基體焊接引出另1根線(xiàn)，這兩根線(xiàn)再與1N4007二極管兩端腳相連，用熱縮管處理后，對(duì)控制印制線(xiàn)路板再次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加電測(cè)試。結(jié)果FU1保險(xiǎn)不再燒了、其電源指示燈亮（綠色發(fā)光二極管）、ALM報(bào)警指示燈亮（黃色發(fā)光二極管）、COP10B / COP10A兩光纜插口的上插口均發(fā)出紅光（有了相應(yīng)功能）。上述報(bào)警燈亮應(yīng)該是因?yàn)樵囼?yàn)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有連接編碼器等器件所致，屬正?，F(xiàn)象。

將該伺服放大器組裝好，整體裝到數(shù)控機(jī)床上現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)正常，原故障排除。

本任務(wù)的實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)采用多種故障診斷方法逐步縮小故障范圍，最終故障定位到元件級(jí)，可以減少現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床故障停機(jī)時(shí)間，節(jié)省了數(shù)控機(jī)床用戶(hù)費(fèi)用。

◎思考題

1.混合閉環(huán)控制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成和功能特點(diǎn)。

2.現(xiàn)場(chǎng)硬件故障處理方法與注意事項(xiàng)？

任務(wù)2　步進(jìn)進(jìn)給系統(tǒng)典型故障診斷

子任務(wù)1　步進(jìn)開(kāi)環(huán)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

◎任務(wù)提出

由前已知，開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)不設(shè)位置檢測(cè)反饋裝置，不構(gòu)成運(yùn)動(dòng)反饋控制回路，電動(dòng)機(jī)按數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖工作，對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差沒(méi)有檢測(cè)反饋和處理修正過(guò)程。其典型代表是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。那么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是由哪些基本環(huán)節(jié)組成？又是如何實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)控制呢？

◎任務(wù)目標(biāo)

1.了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)的基本組成及其工作原理；

2.掌握一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置的使用。

◎相關(guān)知識(shí)

一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和主要特性

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電執(zhí)行元件。同普通電動(dòng)機(jī)一樣，由轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組組成。當(dāng)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組輸入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的角度，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個(gè)數(shù)成正比；轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率成正比；轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電順序。

1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

圖7.13　三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖7. 13所示為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。其定子、轉(zhuǎn)子鐵芯都用硅鋼片或軟磁材料疊成雙凸極形式。定子上有6個(gè)磁極，其上裝有繞組，兩個(gè)相對(duì)磁極上的繞組串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成一相繞組，組成三相獨(dú)立的繞組，稱(chēng)為三相繞組，繞組接成三相星形接法作為控制繞組。繞組由專(zhuān)門(mén)的電源輸入電脈沖信號(hào)，通電順序稱(chēng)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相序。當(dāng)定子中的繞組在脈沖信號(hào)的作用下，有規(guī)律地通電、斷電工作時(shí)，在轉(zhuǎn)子周?chē)幸粋€(gè)按相序規(guī)律變化的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子鐵芯的凸極結(jié)構(gòu)就是轉(zhuǎn)子均勻分布的齒，有4個(gè)磁極，上面沒(méi)有繞組。轉(zhuǎn)子的齒也稱(chēng)顯極，轉(zhuǎn)子開(kāi)有齒槽，其齒距與定子磁極極靴上的齒距相等，而齒數(shù)有一定要求，不能隨便取值。轉(zhuǎn)子在定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)中形成磁體，具有磁性轉(zhuǎn)軸。定、轉(zhuǎn)子間有氣隙隔開(kāi)。

如果先將脈沖加到A相繞組，B、C相不加電脈沖，A相磁極便產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)力矩作用下轉(zhuǎn)子1、3齒與定子A相磁極對(duì)齊，如圖7. 14（a）所示；如將電脈沖加到B相繞組，A、C相不加電脈沖，B相磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，這時(shí)轉(zhuǎn)子2、4兩個(gè)齒與定子B相磁極靠得最近，轉(zhuǎn)子便沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30°，使轉(zhuǎn)子2、4齒與定子B相磁極對(duì)齊，如圖7. 14（b）所示；如果繼續(xù)A、B相不加電脈沖，將電脈沖加到C相繞組，C相磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，這時(shí)轉(zhuǎn)子1、3兩個(gè)齒與定子C相磁極靠得最近，轉(zhuǎn)子便再沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30°，使轉(zhuǎn)子1、3齒與定子C相磁極對(duì)齊，如圖7. 14（c）所示。

如果按照A→B→C→A→…的順序通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；如果按照A→C→B→A→…的順序通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，且每步旋轉(zhuǎn)30°。如果控制電路連續(xù)地按照一定順序切換定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子就按一定的方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖7.14　三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理圖

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組從一種通電狀態(tài)換到另一種通電狀態(tài)稱(chēng)為一拍，每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為步距角。上述通電方式稱(chēng)為三相單三拍，即三相勵(lì)磁繞組依次單獨(dú)通電運(yùn)行，換相3次完成1個(gè)通電循環(huán)。由于每一通電狀態(tài)只有一相繞組通電，轉(zhuǎn)子容易在平衡位置附近產(chǎn)生震蕩，并且在繞組通電切換瞬間，電動(dòng)機(jī)可能失去自鎖轉(zhuǎn)矩，易產(chǎn)生丟步。通?？刹捎萌嚯p三拍控制方式，即按照AB→BC→CA→AB→…或者AC→CB→BA→AC→…的順序通電。

如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組按照A→AB→B→BC→C→CA→A→…或者A→AC→C→CB→B→BA→A→…的順序通電，每個(gè)循環(huán)周期有6種通電狀態(tài)，這種方式稱(chēng)為三相六拍。三相六拍運(yùn)行方式的工作原理如下：當(dāng)A相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子1、3齒與定子A相磁極對(duì)齊，如圖7. 14所示；當(dāng)A、B兩相通電時(shí)，B相磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)A相磁場(chǎng)繼續(xù)對(duì)轉(zhuǎn)子1、3齒有拉力，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上，相對(duì)于B相單獨(dú)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了一半角度；當(dāng)B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子2、4齒與定子B相磁極對(duì)齊，又轉(zhuǎn)過(guò)了剩下的一半。依次改變通電狀態(tài)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的通電狀態(tài)歷經(jīng)了六拍（1個(gè)循環(huán)）后，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)過(guò)1周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1個(gè)齒距角（齒距角θt為360°/轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z）。在三相六拍通電方式中，其步距角是三相單三拍時(shí)的一半，且在換相過(guò)程中，總有一相保持通電，不易造成失步。

通過(guò)比較不同的通電方式，可以清楚地看到因通電方式不同，同一電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的步距角是不同的。在三相單三拍和三相雙三拍通電方式下，步距角θs=θt/拍數(shù)=90°/3 =30°；在三相單六拍通電方式下，步距角θs=θt/拍數(shù)=90°/6 =15°。

綜上所述，可以得到如下結(jié)論：

①步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角θs是指每給一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度的理論值，它取決于步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式。步距角的計(jì)算方法見(jiàn)式（7. 1）：

式中 m——定子相數(shù)；

　z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)；

　k——通電方式系數(shù)，若連續(xù)兩次通電相數(shù)相同為1，若不同則為2。

②改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。

③步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率決定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖7.15　小步距角步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

實(shí)際應(yīng)用采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為小步距角，為產(chǎn)生小步距角，定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的。如圖7. 15所示是最常用的一種小步距角三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中轉(zhuǎn)子上均勻分布了40個(gè)小齒，定子每個(gè)極面上也有5個(gè)小齒，定、轉(zhuǎn)子小齒的齒距必須相等。對(duì)于三相雙三拍步距角為3°，三相六拍步距角為1. 5°。

2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要特性

（1）步距角和步距誤差

（2）靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和矩角特性

（3）最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

（4）最高啟動(dòng)頻率

空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并不丟步地進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行，所允許的啟動(dòng)頻率的最高值稱(chēng)為最高啟動(dòng)頻率或突跳頻率。空載啟動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率不能高于該突跳頻率，否則會(huì)造成失步。而且隨著負(fù)載加大，啟動(dòng)頻率會(huì)降低。

（5）最高工作頻率

步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，在保證不丟步的情況下所能接受的最高頻率稱(chēng)為最高工作頻率。它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù)，它決定了步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。

（6）轉(zhuǎn)頻特性

以最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）Tq為起點(diǎn)，隨著控制脈沖頻率增加，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速逐步升高、而帶負(fù)載能力卻下降。矩頻特性是用來(lái)描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩寫(xiě)連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系曲線(xiàn)。矩頻特性曲線(xiàn)上每一頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩除了和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及材料有關(guān)外，還與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組連接、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電壓有密切的關(guān)系。如圖7. 17所示的并聯(lián)繞組和串聯(lián)繞組的矩頻特性圖。

圖7.16

圖7.17　步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性

二、步進(jìn)進(jìn)給開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)介

在數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，一般采用混合式步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，所構(gòu)成的開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)如圖7. 18所示。由于受到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度、帶載能力的限制，以及開(kāi)環(huán)控制精度的限制，步進(jìn)進(jìn)給開(kāi)環(huán)系統(tǒng)一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床或老機(jī)床的數(shù)控改造中。

圖7.18　數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)

步進(jìn)電機(jī)電源既不是交流正弦波，也不是恒定直流，而是脈沖電壓/電流，給接收到一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)確定的角度，所以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的角位移，通過(guò)控制脈沖的頻率來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)改變通電相序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

1.工作臺(tái)位移量的控制

數(shù)控裝置經(jīng)過(guò)插補(bǔ)計(jì)算后發(fā)出N個(gè)進(jìn)給脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，變成控制步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電、斷電的電平信號(hào)變化次數(shù)，使步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)變化N次。由步進(jìn)電機(jī)工作原理可知：定子繞組通電狀態(tài)的變化次數(shù)N決定了步進(jìn)電機(jī)的角位移：

φ= Nθ （θ為步距角）

該角位移經(jīng)減速齒輪、絲杠、螺母之后轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的位移量：

L =φ?t/360°i

式中 i——減速齒輪的減速比（i = Z1/ Z2）；

　t——滾珠絲杠螺距（mm）。

即進(jìn)給脈沖的數(shù)量N→定子繞組通電狀態(tài)變化次數(shù)N→步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角φ→工作臺(tái)位移量L。

據(jù)此可推得開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量（一個(gè)進(jìn)給脈沖對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的位移量）δ（mm/脈沖）為：

2.工作臺(tái)進(jìn)給速度控制

控制系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給脈沖頻率f，經(jīng)驅(qū)動(dòng)控制電路之后轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電、斷電的電平信號(hào)變化頻率，而定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率f決定了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω。該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ω經(jīng)絲杠螺母轉(zhuǎn)換之后，體現(xiàn)為工作臺(tái)的進(jìn)給速度v。即進(jìn)給脈沖的頻率f→定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率f→步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω→工作臺(tái)的進(jìn)給速度v。據(jù)此可得開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給速度v（mm/ mim）為：v = 60f δ

圖7.19　步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)參數(shù)示意圖

3.工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的控制

改變步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖信號(hào)的循環(huán)方向，就可改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組中電流的通斷循環(huán)順序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制，相應(yīng)地工作臺(tái)的進(jìn)給方向就被改變。

由此可見(jiàn)，在開(kāi)環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)中，輸入的進(jìn)給脈沖的數(shù)量、頻率、方向，經(jīng)驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路和步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)換為工作臺(tái)的位移量、進(jìn)給速度和進(jìn)給方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的控制。

4.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制

根據(jù)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)的工作原理，為保證其正常運(yùn)動(dòng)，必須由步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路將CNC裝置發(fā)出的弱電信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換和放大變?yōu)閺?qiáng)電信號(hào)，即將邏輯電平信號(hào)變換成步進(jìn)電機(jī)定子繞組所需的具有一定功率的電脈沖信號(hào)，并使其定子勵(lì)磁繞組循序通電，一個(gè)完整的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路由環(huán)形脈沖分配器和功率放大器電路組成。

圖7.20　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方框圖

（1）環(huán)形脈沖分配器

脈沖分配器用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行通電方式。其作用是將數(shù)控裝置送來(lái)的一系列指令脈沖按照一定的循環(huán)規(guī)律依次分配給步進(jìn)電機(jī)各相繞組，用以控制各相繞組的通電和斷電。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有正反轉(zhuǎn)要求，因而脈沖分配器的輸出既是周期性的，又是可逆的，故稱(chēng)為環(huán)形脈沖分配器。如圖7. 21所示為三相三拍步進(jìn)電機(jī)環(huán)形脈沖分配器的輸入/輸出關(guān)系。環(huán)形脈沖分配器可采用軟硬件兩種方法實(shí)現(xiàn)。

圖7.21　三相三拍步進(jìn)電機(jī)環(huán)形脈沖分配器的輸入/輸出關(guān)系

（2）功率驅(qū)動(dòng)（功率放大器電路）

環(huán)形脈沖分配器的輸出電流一般只有幾mA，而步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組則需要幾A至幾十A的電流，功率放大器的作用是將環(huán)形脈沖分配器發(fā)出的電平信號(hào)經(jīng)放大后送至步進(jìn)電機(jī)各相繞組，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，每相繞組分別有一組功率放大電路。

由于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)功率放大電路中的負(fù)載為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組，是感性負(fù)載，主要有兩點(diǎn)需要特別設(shè)計(jì)，那就是電路較大電感影響快速性以及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)帶來(lái)的功率管保護(hù)問(wèn)題。過(guò)去常采用單電壓驅(qū)動(dòng)和高電壓驅(qū)動(dòng)，現(xiàn)在多采用恒流斬波和調(diào)頻調(diào)壓等形式的驅(qū)動(dòng)電路。

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)　步進(jìn)開(kāi)環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)及部件連接

一、實(shí)訓(xùn)設(shè)備

1.雷塞57HS13兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一臺(tái)；

2.雷塞M542V2. 0細(xì)分驅(qū)動(dòng)器一臺(tái)；

3. HNC-21S數(shù)控綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)一套。

圖7.22　雷塞57HS13兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

二、步進(jìn)開(kāi)環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)部件認(rèn)識(shí)

一個(gè)完整的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)包含步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及控制器（脈沖源）。

1. 57HS13兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電機(jī)采用57HS13步進(jìn)電機(jī)，是兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距角為1. 8°，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩1. 3 N?m，額定相電流2. 8 A。

57HS13兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有8根引線(xiàn)，引線(xiàn)標(biāo)志如圖7. 23（a）所示。這種電機(jī)既可以串聯(lián)連接（如圖7. 23（b）所示）又可以并聯(lián)連接（如圖7. 23（c）所示）。串聯(lián)連接的電機(jī)，線(xiàn)圈長(zhǎng)度增加，力矩較大；并聯(lián)連接的電機(jī)，電感較小，所以啟動(dòng)、停止速度較快。

圖7.23　步進(jìn)電機(jī)引線(xiàn)及接線(xiàn)方式

圖7.24　M542V2. 0步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器外觀圖

2. M542V2. 0細(xì)分驅(qū)動(dòng)器

M542V2. 0是細(xì)分型高性能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，主要驅(qū)動(dòng)雷塞42、57型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。其微步細(xì)分?jǐn)?shù)有15種，最大步數(shù)為25 000 Pulse/ rev；其工作峰值電流范圍為1. 0～4. 2 A，輸出電流共有8擋，電流的分辨率約為0. 45 A；具有自動(dòng)半流，過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)等功能。該驅(qū)動(dòng)器為直流供電，建議工作電壓范圍為24～36 VDC，使用時(shí)電壓不超過(guò)50 VDC，不低于20 VDC。在驅(qū)動(dòng)器的側(cè)邊裝有一排撥碼開(kāi)關(guān)組，可以用來(lái)選擇細(xì)分精度，以及設(shè)置動(dòng)態(tài)工作電流（8等級(jí)）和靜態(tài)工作電流。當(dāng)過(guò)壓或過(guò)流時(shí)，驅(qū)動(dòng)器指示燈由綠變紅，清除保護(hù)狀態(tài)，需解除過(guò)壓或過(guò)流條件，重新上電，驅(qū)動(dòng)器指示燈變綠才能正常工作。

M542V2. 0步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器功能說(shuō)明如表7. 3所示。

表7.3　M542V2. 0步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器功能說(shuō)明

續(xù)表

驅(qū)動(dòng)器采用8位撥碼開(kāi)關(guān)SW1—SW8來(lái)設(shè)定細(xì)分精度、動(dòng)態(tài)電流和半流/全流，描述如下：

驅(qū)動(dòng)器工作電流的設(shè)定如表7. 4所示。

表7.4　驅(qū)動(dòng)器工作電流的設(shè)定

關(guān)于細(xì)分的概念及設(shè)定見(jiàn)下一子任務(wù)。

3. HNC-21S數(shù)控系統(tǒng)XS30-XS33接口認(rèn)識(shí)

圖7. 25所示為HNC-21S數(shù)控系統(tǒng)接口總體框圖。

HNC-21數(shù)控裝置提供了不同類(lèi)型的軸控制接口：即串行式HSV-11型伺服軸控制接口（XS40-XS43）及模擬、脈沖、步進(jìn)進(jìn)給軸控制接口（XS30-XS33）?？膳c目前流行的大多數(shù)驅(qū)動(dòng)裝置連接。XS30-XS33接口信號(hào)定義如圖7. 26所示。

圖7.25　HNC-21S數(shù)控裝置接口總體框圖

圖7.26　XS30-XS33接口信號(hào)定義

三、步進(jìn)開(kāi)環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)部件連接

按照?qǐng)D7. 27所示，完成步進(jìn)開(kāi)環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)的部件連接。

在這里步進(jìn)電機(jī)采用串聯(lián)接法，即電機(jī)繞組和，和短接后，再A接驅(qū)動(dòng)器的A，C接驅(qū)動(dòng)器的，B接驅(qū)動(dòng)器的B，D接驅(qū)動(dòng)器的。

◎思考題

1.描述步進(jìn)電機(jī)控制原理，繪制開(kāi)環(huán)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成框圖。

2.區(qū)分步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的強(qiáng)、弱電連接。

3.比較步進(jìn)電機(jī)繞組串聯(lián)與并聯(lián)接線(xiàn)方法的不同及適用場(chǎng)合。

圖7.27　步進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接

子任務(wù)2　步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障處理

◎任務(wù)提出

由前面已知，步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)化成步距角增量的電磁執(zhí)行元件，能很方便地將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移，無(wú)積累定位誤差并能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其他部分均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。因此，至今國(guó)內(nèi)外對(duì)這種系統(tǒng)仍在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

但是，步進(jìn)電機(jī)并不能像普通交流電機(jī)那樣在常規(guī)下方便使用。必須由環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。由于步進(jìn)電機(jī)的特殊性和其特有的矩頻特性，使得步進(jìn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在使用中會(huì)出現(xiàn)一些特殊的問(wèn)題，如輸入脈沖頻率過(guò)高，易導(dǎo)致失步；輸入脈沖頻率過(guò)低，易出現(xiàn)共振；轉(zhuǎn)速升高轉(zhuǎn)矩降低明顯等。

◎任務(wù)目標(biāo)

1.初步了解步進(jìn)電機(jī)的選擇依據(jù)；

2.了解步進(jìn)開(kāi)環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)在使用中存在的相關(guān)問(wèn)題；

3.掌握步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制常見(jiàn)故障的排查思路。

◎相關(guān)知識(shí)

一、步進(jìn)電機(jī)的選用方法

1.選擇步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩

在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先應(yīng)保證步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩，即先計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并使步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩有一定余量。圖7. 13是步進(jìn)進(jìn)給結(jié)構(gòu)示意圖，通過(guò)下式來(lái)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載力矩ML（N?m）：

式中　F——進(jìn)給方向的切削力，N；

　M——工件和工作臺(tái)總質(zhì)量，kg；

　μ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；

　η——傳動(dòng)總效率；

　Z1——步進(jìn)電機(jī)輸出軸端齒輪齒數(shù)；

　Z2——滾珠絲杠軸端齒輪齒數(shù)；

　h——滾珠絲杠軸螺距，mm。

然后按下式選擇步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩M（N?m）：

（0. 2～0. 4）M≥ML

2.確定步進(jìn)電機(jī)步距角

選擇步進(jìn)電機(jī)步距角應(yīng)與機(jī)械系統(tǒng)相匹配，以滿(mǎn)足機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。由于步進(jìn)電機(jī)輸出軸端齒輪齒數(shù)、滾珠絲杠軸端齒輪齒數(shù)與機(jī)床的脈沖當(dāng)量、步進(jìn)電機(jī)步距角及滾珠絲杠軸螺距存在如下關(guān)系：

故可據(jù)此求得步進(jìn)電機(jī)步距角為：

步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線(xiàn)圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0. 9°/1. 8°、三相的為0. 75°/ 1.5°等、五相的為0. 36°/0. 72°。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶(hù)主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿(mǎn)足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒(méi)有意義，用戶(hù)只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以獲得所需的步距角。

3.頻率選擇

應(yīng)使被選步進(jìn)電機(jī)能與機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載慣量、機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率相匹配，并有一定余量，還應(yīng)使其最高頻率能夠滿(mǎn)足機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件快速移動(dòng)的要求。

4.確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電電源

當(dāng)然，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電源的確定也是使用中必須認(rèn)真選取的事項(xiàng)，如何確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直流供電電源？

（1）電源電壓的確定

混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的供電電源電壓一般是在一個(gè)較寬的范圍，電源電壓通常根據(jù)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來(lái)選擇。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過(guò)驅(qū)動(dòng)器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動(dòng)器。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較低，則可以考慮電壓選取較低值。

（2）電源輸出電流的確定

供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流I來(lái)確定。如果采用線(xiàn)性電源，電源電流一般可取I的1. 1～1. 3倍；如果采用開(kāi)關(guān)電源，電源電流一般可取I的1. 5～2. 0倍。如果一個(gè)供電源同時(shí)給幾個(gè)驅(qū)動(dòng)器供電，則應(yīng)考慮供電電源的電流應(yīng)適當(dāng)加倍。

二、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用中會(huì)出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題

1.加工大導(dǎo)程螺紋時(shí)，步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象

開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的CNC裝置的脈沖當(dāng)量一般為0. 01 mm，Z坐標(biāo)軸G00指令速度一般為2 000～3 000 mm/ min。開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控車(chē)床主軸結(jié)構(gòu)一般有兩類(lèi)：一類(lèi)是由普通車(chē)床改造的數(shù)控車(chē)床，主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)不變，仍然保持換擋有級(jí)調(diào)速；另一類(lèi)是采用通用變頻器控制數(shù)控車(chē)床主軸實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。這種主軸無(wú)級(jí)調(diào)速的數(shù)控車(chē)床在進(jìn)行大導(dǎo)程螺紋加工時(shí)，進(jìn)給軸電機(jī)會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)，這是步進(jìn)電機(jī)高速低轉(zhuǎn)矩特性造成的。

如果主軸無(wú)級(jí)調(diào)速的數(shù)控車(chē)床加工10 mm導(dǎo)程的螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速選擇300 r/ min，那么刀架沿Z坐標(biāo)軸需要用3 000 mm/ min的進(jìn)給速度配合加工，Z坐標(biāo)軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩是無(wú)法達(dá)到這個(gè)要求的，因此會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如果將主軸轉(zhuǎn)速降低，刀架沿Z坐標(biāo)軸加工的速度減慢，Z坐標(biāo)軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增大，螺紋加工的問(wèn)題似乎可以得到改善，然而由于主軸采用通用變頻器調(diào)速，使得主軸在低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩變小，主軸會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。

2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的常見(jiàn)故障——功率管損壞

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的常見(jiàn)故障為功率管損壞。功率管損壞的原因主要是功率管過(guò)熱或過(guò)流造成的。要重點(diǎn)檢查提供功率管的電壓是否過(guò)高，功率管散熱環(huán)境是否良好，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連線(xiàn)是否可靠，有沒(méi)有短路現(xiàn)象等，如有故障要逐一排除。為了改善步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的高頻特性，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元一般采用大于80 V交流電壓供電，經(jīng)過(guò)整流后，功率管上承受較高的直流工作電壓。如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元接入的電壓波動(dòng)范圍較大或者有電氣干擾、散熱環(huán)境不良等原因，就可能引起功率管損壞。對(duì)于開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床，重要的指標(biāo)是可靠性。因此，可以適當(dāng)降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸入電壓，以換取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定性和可靠性。

3.兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)和噪聲的克服

步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，一般可采用以下方案來(lái)克服：

①采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的，最簡(jiǎn)便的方法。因?yàn)榧?xì)分型驅(qū)動(dòng)器電機(jī)的相電流變流較半步型平緩。

②換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)，或兩相細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)。

③如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過(guò)改變減速比提高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度。

④換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服振動(dòng)和噪聲，但成本較高。

三、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分控制

何為驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分控制？要了解“細(xì)分”，先要再次認(rèn)識(shí)“步距角”這個(gè)概念：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)自所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如M535型電機(jī)給出的值為0. 9°/1. 8°（表示半步工作時(shí)為0. 9°、整步工作時(shí)為1. 8°），這個(gè)步距角可以稱(chēng)之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)，參見(jiàn)表7. 5（以86BYG250A型電機(jī)為例）所示。

表7.5　步距角和驅(qū)動(dòng)器關(guān)系

表7. 5可以看出：步進(jìn)電機(jī)通過(guò)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，其步距角變小了，如驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為“電機(jī)固有步距角”的十分之一，也就是說(shuō)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1. 8°；而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了0. 18°，這就是細(xì)分的基本概念。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制是由驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以二相電機(jī)為例，假如電機(jī)的額定相電流為3 A，如果使用常規(guī)驅(qū)動(dòng)器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一步，其繞組內(nèi)的電流將從0突變?yōu)? A或從3 A突變到0，相電流的巨大變化，必然會(huì)引起電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和噪聲。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在10細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3 A而不是3 A，且電流是以正弦曲線(xiàn)規(guī)律變化，這樣就大大改善了電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。

細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器精確控制電機(jī)的相電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)無(wú)關(guān)。驅(qū)動(dòng)器細(xì)分后的主要優(yōu)點(diǎn)是完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑，如果步進(jìn)電機(jī)有時(shí)要在共振區(qū)工作（如走圓?。?，選擇細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。同時(shí)由于減小了步距角、提高了步距的均勻度是不言而喻的?，F(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)多加入了細(xì)分控制技術(shù)。

需要特別說(shuō)明的是，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請(qǐng)參考有關(guān)文獻(xiàn)），其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。比如對(duì)于步進(jìn)角為1. 8°的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，那么電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)分辨率為每個(gè)脈沖0. 45°，電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0. 45°，還取決于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分電流控制精度等其他因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。表7. 6是雷塞M542V2. 0細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)定。

表7.6　雷塞M542V2. 0細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分設(shè)定

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)　步進(jìn)開(kāi)環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障排查

1.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向不正確故障的排查

（1）檢查是否接線(xiàn)錯(cuò)誤所致

任意交換電機(jī)同一相的兩根接線(xiàn)（例如A +，A -交換接線(xiàn)位置）。如是因接線(xiàn)錯(cuò)誤所致，再任意交換電機(jī)同一相的兩根接線(xiàn)后，電機(jī)轉(zhuǎn)向?qū)l(fā)生改變；否則繼續(xù)下面的檢查。

（2）查找電機(jī)線(xiàn)斷路

分清電機(jī)繞組采用的連接方式，對(duì)照正確的連接方式檢查確認(rèn)電機(jī)繞組間、電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器間的接線(xiàn)，找出斷線(xiàn)點(diǎn)。

2.通電后，步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)故障的排查

表7.7　通電后，步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)故障的排查

3.工作過(guò)程中停車(chē)的故障排查

步進(jìn)電機(jī)在工作正常的狀況下，發(fā)生突然停車(chē)現(xiàn)象。引起此故障的可能原因可依據(jù)表7. 8所示進(jìn)行排查。

表7.8　工作過(guò)程中停車(chē)的故障排查

4.步進(jìn)電機(jī)過(guò)熱

故障確認(rèn)：步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降甚至于丟失。電機(jī)允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)說(shuō)，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130°以上，但在實(shí)際運(yùn)行中電機(jī)發(fā)熱允許到什么程度，還需考慮電機(jī)內(nèi)部絕緣等級(jí)。內(nèi)部絕緣性能在高溫下（130°以上）才會(huì)被破壞。所以只要內(nèi)部不超過(guò)130°，電機(jī)便不會(huì)損壞，而這時(shí)表面溫度會(huì)在90°以下。所以，步進(jìn)電機(jī)表面溫度在70°～80°都是正常的。簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量方法有用點(diǎn)溫計(jì)的，也可以粗略判斷：用手可以觸摸1～2 s以上，不超過(guò)60°；用手只能碰一下，大約在70°～80°；滴幾滴水迅速氣化，則90°以上了。

有些系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，顯示電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。無(wú)論是現(xiàn)實(shí)過(guò)熱故障還是實(shí)測(cè)不正常，對(duì)此可按表7. 9進(jìn)行逐一排查。

表7.9　電動(dòng)機(jī)過(guò)熱排查

◎思考題

1.為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降？

2.驅(qū)動(dòng)器細(xì)分有什么優(yōu)點(diǎn)，為什么建議使用細(xì)分功能？

3.可通過(guò)哪些途徑改善步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱？

任務(wù)3　FANUC 0i C/ 0i Mate C伺服單元（SVU）驅(qū)動(dòng)裝置的功能接口、連接方法和典型故障處理

◎任務(wù)提出

FANUC 0i C為B型伺服接口。

FANUC 0i C/ 0i Mate C伺服裝置按主電路的電壓輸入是交流還是直流，可分為伺服單元（SVU）和伺服模塊（SVM）兩種。伺服單元的輸入電源通常為三相交流電（220 V，50 Hz），電動(dòng)機(jī)的再生能量通常通過(guò)伺服單元的再生放電單元的制動(dòng)電阻消耗掉。FANUC 0i C/ 0i Mate C伺服單元有α系列、β系列、βi系列。伺服模塊的輸入電源為直流電源（通常為300 DV），電動(dòng)機(jī)的再生能量通過(guò)系統(tǒng)電源模塊反饋到電網(wǎng)。FANUC系統(tǒng)的伺服模塊有α系列、αi系列。

通過(guò)對(duì)FANUC交流α系列伺服單元、交流βi系列伺服單元的端子功能的學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)了解各端子的功能。了解端子接口的功能及各部件之間的連接要求。從前面的學(xué)習(xí)可知，F(xiàn)ANUC 0i C/ 0i Mate C系統(tǒng)的一般配置如表7. 10所示（對(duì)于0i Mate C，如果沒(méi)有主軸電機(jī)，伺服放大器是單軸型（SVU），如果包括主軸電機(jī)，放大器是一體型（SVPM））。本任務(wù)要求通過(guò)實(shí)踐操作掌握FANUC 0i C伺服單元（SVU）驅(qū)動(dòng)裝置伺服功能連接和典型故障處理。

表7.10　FANUC 0i C/ 0i Mate C系統(tǒng)的一般配置

◎任務(wù)目標(biāo)

掌握FANUC 0i C/ 0i Mate C伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與各功能模塊之間的硬件連接要求和方法。能夠正確實(shí)施：

1. FANUC 0i C伺服單元（SVU）端子功能及連接；

2. FANUC 0i C伺服單元（SVU）典型故障處理。

◎相關(guān)知識(shí)

一、FANUC 0i C（最多4軸）系統(tǒng)α系列伺服單元簡(jiǎn)介

1.α系列伺服單元的端子功能

α系列伺服單元的結(jié)構(gòu)、接口如圖7. 28所示。

L1，L2，L3：三相輸入動(dòng)力電源端子，交流200 V。

圖7.28

L1C，L2C：?jiǎn)蜗噍斎肟刂齐娐冯娫炊俗?，交?00 V（出廠時(shí)與L1、L2短接）。

TH1，TH2：為過(guò)熱報(bào)警輸入端子（出廠時(shí)，TH1-TH2已短接），可用于伺服變壓器及制動(dòng)電阻的過(guò)熱信號(hào)的輸入。

RC，RI，RE：外接還是內(nèi)裝制動(dòng)電阻選擇端子。

RL2，RL3：MCC動(dòng)作確認(rèn)輸出端子（MCC的常閉點(diǎn)）。

100A，100B：C型放大器內(nèi)部交流繼電器的線(xiàn)圈外部輸入電源（α型放大器已為內(nèi)部直流24 V電源）。

2.電纜接口說(shuō)明

UL，VL，WL：第1軸伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線(xiàn)。

UM，VM，WM：第2軸伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線(xiàn)。

JV1B，JV2B：A型接口的伺服控制信號(hào)輸入接口。

JS1B，JS2B：B型接口的伺服控制信號(hào)輸入接口。

JF1，JF2：B型接口的伺服位置反饋信號(hào)輸入接口。

JA4：伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝絕對(duì)編碼器電池電源接口（6 V）。

CX3：伺服裝置內(nèi)MCC動(dòng)作確認(rèn)接口，一般可用于伺服單元主電路接觸器的控制。

CX4：伺服緊急停止信號(hào)輸入端，用于機(jī)床面板的急停開(kāi)關(guān)（常閉點(diǎn)）。

二、FANUC 0i Mate C（最多3軸）系列βi系列伺服單元簡(jiǎn)介

βi系列伺服單元實(shí)物如圖7. 29所示，βi系列伺服單元結(jié)構(gòu)如圖7. 30所示。

圖7.29　βi系列伺服單元實(shí)體圖

圖7.30　βi系列伺服單元結(jié)構(gòu)圖

L1，L2，L3：主電源輸入端接口，三相交流電源200 V、50/60 Hz。

U，V，W：伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線(xiàn)接口。

DCC，DCP：外接DC制動(dòng)電阻接口。

CX29：主電源MCC控制信號(hào)接口。

CX30：急停信號(hào)（*ESP）接口。

CXA20：DC制動(dòng)電阻過(guò)熱信號(hào)接口。

CX19A：DC24 V控制電路電源輸入接口，連接外部24 V穩(wěn)壓電源。

CX19B：DC24 V控制電路電源輸出接口，連接下一個(gè)伺服單元的CX19A。

C0P10A：伺服高速串行總線(xiàn)（HSSB）接口。與下一個(gè)伺服單元的C0P10B連接（光纜）。C0P10B：伺服高速串行總線(xiàn)（HSSB）接口。與CNC系統(tǒng)的C0P10A連接（光纜）。

JX5：伺服檢測(cè)板信號(hào)接口。

JF1：伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器信號(hào)接口。

CX5X：伺服電動(dòng)機(jī)編碼器為絕對(duì)編碼器的電池接口。

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)1　βi系列伺服單元連接

圖7. 31使用的伺服放大器是βi主軸βis伺服，帶主軸的放大器是SPVM一體型放大器，連接如圖7. 31所示。

①24 V電源連接CXA2C（A1-24V，A2-0V）。

②TB3（SVPM的右下面）不要接線(xiàn)。

③上部的兩個(gè)冷卻風(fēng)扇要自己接外部200 V電源。

④3個(gè)（或2個(gè)）伺服電機(jī)的動(dòng)力線(xiàn)插頭是有區(qū)別的，CZ2L（第1軸），CZ2M（第2軸），CZ2N（第3軸）分別對(duì)應(yīng)為XX，XY，YY。

圖7.31　βi系列伺服單元連接

基本任務(wù)2　伺服單元典型故障分析

1.伺服單元過(guò)電流報(bào)警

表7.11　伺服單元過(guò)電流報(bào)警

2.伺服單元過(guò)電壓報(bào)警

表7.12　伺服單元過(guò)電壓報(bào)警

3.伺服單元欠電壓報(bào)警

表7.13　伺服單元欠電壓報(bào)警

4.伺服單元過(guò)熱報(bào)警

表7.14　伺服單元過(guò)熱報(bào)警

◎思考題

交流β系列伺服單元，單軸，型號(hào)為：A06B-6093-HXXX，I/ O LINK形式控制，控制刀庫(kù)、刀塔或機(jī)械手，有LED顯示報(bào)警號(hào)。被燒壞的原因分析。

任務(wù)4　FANUC 0i C伺服模塊（SVM）驅(qū)動(dòng)裝置的功能接口、連接方法和典型故障處理

◎任務(wù)提出

通過(guò)對(duì)FANUC交流α系列伺服單元、交流βi系列伺服單元的端子功能的學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)了解各端子的功能。了解端子接口的功能及各部件之間的連接要求。從前面的學(xué)習(xí)可知，F(xiàn)ANUC 0i C進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給伺服放大器為αi系列，進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)使用αis系列，最多可接4個(gè)進(jìn)給軸電動(dòng)機(jī)。本任務(wù)要求通過(guò)實(shí)踐操作掌握FANUC 0i C伺服模塊（SVM）驅(qū)動(dòng)裝置伺服功能連接和典型故障處理。

◎任務(wù)目標(biāo)

掌握FANUC 0i C/ 0i Mate C伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與各功能模塊之間的硬件連接要求和方法。能夠正確實(shí)施：

1. FANUC 0i C伺服模塊（SVM）端子功能及連接；

2. FANUC 0i C伺服模塊（SVM）典型故障處理。

◎相關(guān)知識(shí)

一、α系列伺服模塊的端子功能

α系列伺服模塊的端口如圖7. 32、7. 33所示。

圖7.32　α系列伺服模塊實(shí)體圖

圖7.33　α系列伺服模塊結(jié)構(gòu)圖

P，N：DC Link端子盒。

BATTERY：絕對(duì)脈沖編碼器電池。

STATUS：為伺服模塊狀態(tài)指示窗口。

CX5X：絕對(duì)編碼器電池電源連接線(xiàn)。

S1/ S2：接口型設(shè)定開(kāi)關(guān)。

F2：24V電源保險(xiǎn)。

CX2A/ CX2B：24 V電源I/ O連接器。

JX5：信號(hào)檢測(cè)板連接器。

JX1A：模塊之間接口輸入連接器。

JX1B：模塊之間接口輸出連接器。

JV1B/ JV2B：A型接口伺服信號(hào)連接器。

JS1B/ JS2B：B型接口伺服信號(hào)連接器。

JF1/ JF2：B型接口伺服電機(jī)編碼器連接器。

二、αi系列伺服模塊的端子功能

αi系列伺服模塊結(jié)構(gòu)如圖7. 34、7. 35所示。

圖7.34　αi系列伺服模塊實(shí)體圖

圖7.35　αi系列伺服模塊結(jié)構(gòu)圖

BATTERY：為伺服電動(dòng)機(jī)絕對(duì)編碼器的電池盒（DC 6 V）。

STATUS：為伺服模塊狀態(tài)指示窗口。

CX5X：為絕對(duì)編碼器電池的接口。

CX2A：為DC 24 V電源、*ESP急停信號(hào)、XMIF報(bào)警信息輸入接口，與前一個(gè)模塊的CX2B相連。

CX2B：為DC 24 V電源、*ESP急停信號(hào)、XMIF報(bào)警信息輸出接口，與后一個(gè)模塊的CX2A相連。

C0P10A：伺服高速串行總線(xiàn)（HSSB）輸出接口。與下一個(gè)伺服單元的C0P10B連接（光纜）。

C0P10B：伺服高速串行總線(xiàn)（HSSB）輸入接口。與CNC系統(tǒng)的C0P10A連接（光纜）。

JX5：為伺服檢測(cè)板信號(hào)接口。

JF1，JF2：為伺服電動(dòng)機(jī)編碼器信號(hào)接口。

CZ2L，CZ2M：為伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線(xiàn)連接插口。

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)1　αi系列伺服模塊的連接

下面以FANUC 0i MC系統(tǒng)為例（數(shù)控銑床），說(shuō)明伺服模塊的具體連接，如圖7. 36所示。從αi伺服模塊的硬件連接可以看出，通過(guò)光纜的連接取代了電纜的連接，不僅保證了信號(hào)傳輸速度，而且保證了傳輸?shù)目煽啃?，減少了故障率。各模塊之間的信息傳遞是通過(guò)CXA2A/ CXA2B的串行數(shù)據(jù)來(lái)傳遞，而不是通過(guò)信號(hào)電纜JX1A/ JX1B（BCD代碼形式）來(lái)傳遞，從而進(jìn)一步減少了連接電纜。

圖7.36　FANUC 0i MC系統(tǒng)的αi系列伺服模塊連接圖（4軸）

基本任務(wù)2　FANUC 0i C伺服模塊（SVM）典型故障處理

1.內(nèi)部風(fēng)扇停止報(bào)警代碼“1”

故障原因可能有：

①內(nèi)部風(fēng)扇故障或風(fēng)扇連接不良。

②伺服模塊不良。

2.控制電路電壓低報(bào)警代碼“2”

故障原因可能有：

①電源模塊提供的DC 24 V電壓低。

②伺服模塊的CX2A/ CX2B連接不良。

③伺服模塊不良。

3.主電路DC 300 V電壓低報(bào)警代碼“5”

故障原因可能有：

①電源模塊提供的DC 300 V電壓低。

②伺服模塊內(nèi)的熔斷器熔斷。

③伺服模塊不良。

4.伺服模塊過(guò)熱報(bào)警代碼“6”

故障原因可能有：

①伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

②電箱內(nèi)部溫度過(guò)高（如電箱風(fēng)扇損壞或通風(fēng)不良）。

③伺服模塊不良。

5.伺服模塊的冷卻風(fēng)扇停止報(bào)警代碼“F”

故障原因可能有：

①伺服模塊的冷卻風(fēng)扇損壞或連接不良。

②伺服模塊不良。

6.伺服模塊之間通信錯(cuò)誤報(bào)警代碼“P”

故障原因可能有：

①伺服模塊通信接口CX2A/ CX2B連接不良。

②伺服模塊不良。

7.伺服模塊主電路（DC 300 V）過(guò)電流報(bào)警代碼“8”

故障原因可能有：

①伺服電動(dòng)機(jī)及連接電纜短路故障。

②伺服模塊的逆變塊短路。

③伺服模塊不良。

8.伺服模塊的IPM過(guò)電流報(bào)警代碼“8”“9”“A”。

故障原因可能有：

①伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

②周?chē)鷾囟冗^(guò)高。

③伺服模塊不良。

9.伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)電流報(bào)警代碼“b”（第1軸）、“c”（第2軸）、“d”（第3軸）故障原因可能有：

①伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)載或匝間短路。

②伺服參數(shù)設(shè)定不良。

③伺服模塊不良。

基本任務(wù)3　FANUC 0i C驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成及與CNC的連接

◎思考題

1.伺服單元和伺服模塊有什么不同？

2.交流α系列SVM伺服單元，DC LINK低電壓（LED顯示2 ALM），試分析故障原因和解決辦法。

圖7.37　FANUC 0i C驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成及與CNC的連接示意圖

任務(wù)5　FANUC 0i MC伺服系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定、伺服調(diào)整與典型故障處理

◎任務(wù)提出

在操作與維護(hù)數(shù)控機(jī)床時(shí)，伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定是很重要的一步。掌握伺服系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定、伺服調(diào)整及其典型故障診斷處理是機(jī)床操作與維護(hù)的重要知識(shí)。

◎任務(wù)目標(biāo)

1.學(xué)習(xí)伺服參數(shù)設(shè)定方法；

2.學(xué)習(xí)伺服參數(shù)初始化方法；

3.學(xué)習(xí)伺服調(diào)整方法；

4.掌握伺服設(shè)定與調(diào)整的典型故障處理。

◎相關(guān)知識(shí)

一、伺服參數(shù)設(shè)定的準(zhǔn)備工作

①CNC單元的類(lèi)型及相應(yīng)軟件（功能），如系統(tǒng)是FANUC 0i MC還是FANUC 16/18/21/ 0i系統(tǒng)。

②伺服電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及規(guī)格，如進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)是α系列、αi系列、β系列還是βis系列。

③電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝的脈沖編碼器類(lèi)型，如編碼器是增量編碼器還是絕對(duì)編碼器。

④系統(tǒng)是否適用分離型位置檢測(cè)裝置，如是否采用獨(dú)立型旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵尺作為伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置。

⑤電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)的距離，如機(jī)床絲杠的螺距是多少，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)與絲杠的傳動(dòng)比是多少。

⑥機(jī)床的檢測(cè)單位（例如0. 001 mm），檢測(cè)裝置的分辨率。

⑦CNC的指令單位（例如0. 001 mm）。

二、FANUC 0i MC系統(tǒng)伺服參數(shù)設(shè)定

首先進(jìn)入伺服參數(shù)的設(shè)定畫(huà)面，對(duì)于FANUC 0i MC系統(tǒng)具體操作：按系統(tǒng)功能鍵“system”，然后按下系統(tǒng)擴(kuò)展軟鍵，再按下系統(tǒng)軟鍵“SV-PRM”即可進(jìn)入，設(shè)定畫(huà)面如圖7. 38所示。在圖7. 38所示的伺服設(shè)定畫(huà)面中，把光標(biāo)移動(dòng)到需要設(shè)定的參數(shù)項(xiàng)，可直接輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)。

圖7.38　伺服設(shè)定畫(huà)面

1.設(shè)定伺服電動(dòng)機(jī)ID號(hào)（MOTOR ID NO）

選擇所使用的電機(jī)的ID號(hào)，按照電動(dòng)機(jī)類(lèi)型號(hào)和規(guī)格號(hào)列于表7. 15中。

2. AMR：設(shè)定電樞倍增比，F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)參數(shù)為2001，設(shè)定為00000000，與電動(dòng)機(jī)類(lèi)型無(wú)關(guān)。

3.設(shè)定伺服系統(tǒng)的CMR指令倍乘比

FANUC 0i系統(tǒng)參數(shù)為1820，設(shè)定各軸最小指令增量與檢測(cè)單位的指令倍乘比。參數(shù)設(shè)定值：指令倍乘比為1/2～1/27時(shí)，設(shè)定值=1/指令倍乘比+100，有效數(shù)據(jù)范圍：102～107；指令倍乘比為1～48時(shí)，設(shè)定值=2×指令倍乘比，有效數(shù)據(jù)范圍：2～96。

4.設(shè)定伺服系統(tǒng)的柔性進(jìn)給齒輪比N/ M

FANUC 0i系統(tǒng)參數(shù)為2084、2085。對(duì)不同絲杠的螺距或機(jī)床運(yùn)動(dòng)有減速齒輪時(shí)，為了使位置反饋脈沖數(shù)與指令脈沖數(shù)相同而設(shè)定進(jìn)給齒輪比，由于是通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)可以修改，所以又叫做柔性進(jìn)給齒輪比。

半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)：N/ M =（伺服電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)所需的位置反饋脈沖數(shù)/100萬(wàn)）的約分?jǐn)?shù)；

全閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)：N/ M =（伺服電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)所需的位置反饋脈沖數(shù)/電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)分離型檢測(cè)裝置位置反饋的脈沖數(shù)）的約分?jǐn)?shù)。

表7.15　FANUC系統(tǒng)常用的伺服電動(dòng)機(jī)的ID代碼

【例】 某數(shù)控車(chē)床的X軸伺服電動(dòng)機(jī)與進(jìn)給絲杠直連，絲杠的螺距為6 mm伺服電動(dòng)機(jī)為α6/2000。則N/ M =6000/1000000 =1/200。

【例】 某數(shù)控銑床X、Y軸伺服電動(dòng)機(jī)與進(jìn)給絲杠采用1∶2齒輪比連接，進(jìn)給絲杠的螺距為10 mm，伺服電動(dòng)機(jī)為αc12 /2000。則N/ M =10000×0. 5/1000000 =1/200。

5.設(shè)定電動(dòng)機(jī)移動(dòng)方向

FANUC 0i系統(tǒng)參數(shù)為2022，111為正方向（從脈沖編碼器端看為順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)）；-111為負(fù)方向（從脈沖編碼器端看為逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)）。

6.設(shè)定速度脈沖數(shù)

FANUC 0i系統(tǒng)參數(shù)為2023，串行編碼器設(shè)定為8192。

7.設(shè)定位置脈沖數(shù)

FANUC 0i系統(tǒng)參數(shù)為2024，半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，設(shè)定為12500，全閉環(huán)系統(tǒng)中，按電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)來(lái)自分離型檢測(cè)裝置的位置脈沖數(shù)設(shè)定。

8.設(shè)定參考計(jì)數(shù)器

FANUC 0i系統(tǒng)參數(shù)為1821，參考計(jì)數(shù)器用于在柵格方式下返回參考點(diǎn)的控制。必須按電動(dòng)機(jī)一轉(zhuǎn)所需的位置脈沖數(shù)或按該數(shù)能被整數(shù)整除的數(shù)來(lái)設(shè)定。

三、伺服參數(shù)初始化

伺服參數(shù)初始化就是將系統(tǒng)的參數(shù)按設(shè)定條件恢復(fù)到系統(tǒng)出廠時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)更換，或因?yàn)楦鼡Q電池等原因，使伺服參數(shù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，必須對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理與重新調(diào)整。

1.伺服初始化參數(shù)設(shè)定

①分離型檢測(cè)裝置是否有效的系統(tǒng)參數(shù)。

②絕對(duì)位置檢測(cè)是否使用參數(shù)。

2.伺服參數(shù)初始化操作

①在緊急停止?fàn)顟B(tài)，接通電源。②顯示伺服參數(shù)的設(shè)定畫(huà)面。

系統(tǒng)功能鍵SYSTEM—系統(tǒng)擴(kuò)展軟件—系統(tǒng)軟件［SV-PRM］。

③使用光標(biāo)，翻頁(yè)鍵，將伺服初始化設(shè)定參數(shù)2000#1的1設(shè)定為0，然后系統(tǒng)斷電再重新上電，從而完成數(shù)字伺服參數(shù)的初始化操作。當(dāng)伺服初始化結(jié)束后，初始化定位#1自動(dòng)變?yōu)?。

初始化設(shè)定為如下：

#0（PLC01）：設(shè)定為0時(shí)，檢測(cè)單位為1 μm，F(xiàn)ANUC 0i MATE TC系統(tǒng)使用參數(shù)2023（速度脈沖數(shù)）、2024（位置脈沖數(shù)）。設(shè)定為1時(shí)，檢測(cè)單位為0. 1 μm，相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)為把上面系統(tǒng)參數(shù)的值乘10倍。

#1（DGPRM）：設(shè)定為0時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字伺服參數(shù)初始化的設(shè)定，當(dāng)伺服參數(shù)初始化后，該值自動(dòng)變?yōu)?。

#3（PRMCAL）：進(jìn)行伺服初始化設(shè)定時(shí)，該值自動(dòng)變?yōu)?。根據(jù)編碼器的脈沖數(shù)自動(dòng)計(jì)算下列參數(shù)：2043，2044，2047，2053，2054，2056，2057，2059，2074，2076。

四、數(shù)控系統(tǒng)的伺服調(diào)整

圖7. 39為伺服調(diào)整畫(huà)面（通過(guò)按SV. TUN系統(tǒng)操作軟件顯示），在該畫(huà)面中可以進(jìn)行伺服參數(shù)的調(diào)整和報(bào)警的診斷。這方面的調(diào)整對(duì)機(jī)床的性能更為重要，必需根據(jù)以下步驟仔細(xì)調(diào)整。

①設(shè)定時(shí)，首先將功能位（2003）的位3（PI）設(shè)定1（沖床為0），回路增益（1825）設(shè)定為3000（在機(jī)床不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下，可以設(shè)定為5000），比例、積分增益不要改，速度增益從200增加，每增加100后，用JOG方式分別以慢速和最快速移動(dòng)坐標(biāo)，看是否振動(dòng)?；蛴^察伺服波形（TCMD），檢查是否平滑。調(diào)整原則是：盡量提高設(shè)定值，但是調(diào)整的最終結(jié)果，都要保證在手動(dòng)快速，手動(dòng)慢速，進(jìn)給等各種情況都不能有振動(dòng)。

注意：速度增益=（1 +負(fù)載慣量比（參數(shù)2021）/256）×100。負(fù)載慣量比表示電機(jī)的慣量和負(fù)載的慣量比，直接和機(jī)床的機(jī)械特性相關(guān)，一定要調(diào)整。

②伺服波形顯示：參數(shù)3112#0 =1（調(diào)整完后，一定要還原為0），關(guān)機(jī)再開(kāi)。采樣時(shí)間設(shè)定5000，如果調(diào)整X軸，設(shè)定數(shù)據(jù)為51，檢查實(shí)際速度，如圖7. 40所示畫(huà)面設(shè)定。

圖7.39　伺服調(diào)整畫(huà)面

如果在啟動(dòng)時(shí)，波形不光滑，則表示伺服增益不夠，需要再提高。如果在中間的直線(xiàn)上有波動(dòng)，則可能由于高增益引起的振動(dòng)，這可通過(guò)設(shè)定參數(shù)2066 = - 10（增加伺服電流環(huán)250 μm）來(lái)改變，如果還有振動(dòng)，可調(diào)整畫(huà)面中的濾波器值（參數(shù)2067）= 2000左右，再按上述步驟調(diào)整。

圖7.40　伺服波形設(shè)定畫(huà)面

③N脈沖抑制：當(dāng)在調(diào)整時(shí)，由于提高了速度增益，而引起了機(jī)床在停止時(shí)也出現(xiàn)了小范圍的振蕩（低頻），從伺服調(diào)整畫(huà)面的位置誤差可看到，在沒(méi)有給指令（停止時(shí)），誤差在0左右變化。使用單脈沖抑制功能可以將此振蕩消除，按以下步驟調(diào)整：

a）參數(shù)2003#4 =1，如果震蕩在0～1范圍變化，設(shè)定此參數(shù)即可。

b）參數(shù)2099，按以下公式計(jì)算。

注：400相當(dāng)于檢測(cè)單位1脈沖；

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定400左右；

圖7.41　伺服波形畫(huà)面

“0”與400相同。

④有關(guān)250 μm加速反饋的說(shuō)明：

電機(jī)與機(jī)床彈性連接，負(fù)載慣量比電機(jī)的慣量要大，在調(diào)整負(fù)載慣量比的時(shí)候（大于512），會(huì)產(chǎn)生50～150 Hz的振動(dòng)，此時(shí)，不要減小負(fù)載慣量比的值，可設(shè)定此參數(shù)進(jìn)行改善。

此功能把加速度反饋增益乘以電機(jī)速度反饋信號(hào)的微分值，通過(guò)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩指令TCMD，來(lái)達(dá)到抑制速度環(huán)的振蕩。

圖7.42　250 μm加速反饋

參數(shù)2066 = -10到-20，一般設(shè)-10。

參數(shù)2067（Tcmd）一般設(shè)2000左右，具體如表7. 16所示。

表7.16　參數(shù)2067（Tcmd）設(shè)定表

可通過(guò)SERVO GUID測(cè)出振動(dòng)頻率，也可以通過(guò)降低或升高設(shè)定值來(lái)觀察伺服波形。對(duì)于低頻率振動(dòng)，此方法有效，對(duì)于高頻率的機(jī)械共振（200 Hz以上），可使用HRV濾波器來(lái)抑制（使用［伺服調(diào)整引導(dǎo)］軟件自動(dòng)測(cè)量）。

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)1　防止過(guò)沖的伺服調(diào)整

在手輪進(jìn)給或其他微小進(jìn)給時(shí)，發(fā)生過(guò)沖（指令1脈沖，走2個(gè)脈沖，再回來(lái)1個(gè)脈沖），可按如下步驟調(diào)整。

單脈沖進(jìn)給動(dòng)作原理，如圖7. 43所示。

圖7.43　單脈沖進(jìn)給動(dòng)作原理

①在積分增益PK1V穩(wěn)定的范圍內(nèi)盡可能取大值。

②從給出1個(gè)脈沖進(jìn)給的指令到機(jī)床移動(dòng)的響應(yīng)將提高。

③根據(jù)機(jī)床的靜摩擦和動(dòng)摩擦值，確定機(jī)床是否發(fā)生過(guò)沖。

④機(jī)床的動(dòng)摩擦①大于電動(dòng)機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩時(shí)，不發(fā)生過(guò)沖。

⑤使用不完全積分PK3V調(diào)整1個(gè)脈沖進(jìn)給移動(dòng)結(jié)束時(shí)的電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩。

⑥參數(shù)：2003#6 =1，2045 =32300左右，2077 =50左右。

注：如果因?yàn)殡姍C(jī)保持轉(zhuǎn)矩大，用上述參數(shù)設(shè)定還不能克服過(guò)沖，可增加2077的設(shè)定值（以10為倍數(shù)）。如果在停止時(shí)不穩(wěn)定，是由于保持轉(zhuǎn)矩太低，可減小2077（以10為倍數(shù)）。

圖7.44　不完全積分PK3V調(diào)整1個(gè)脈沖進(jìn)給移動(dòng)結(jié)束時(shí)的電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩

基本任務(wù)2　防止累計(jì)進(jìn)給（爬行）的調(diào)整

①在手輪進(jìn)給或其他的微小量進(jìn)給時(shí)，發(fā)出指令1脈沖不走，兩個(gè)脈沖一起走或更多個(gè)脈沖一起走，和上述情況相反，使用VCMD偏移功能來(lái)提高單脈沖進(jìn)給功能。

②主要是由于機(jī)械摩擦太大，如果沒(méi)有必要，一般可不調(diào)整此功能，調(diào)整不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖。

③動(dòng)作過(guò)程原理如下：

參數(shù)：2003#7 =1，2045接近32767（32700），用手脈X1擋移動(dòng)，用千分表測(cè)量位置變化，進(jìn)行調(diào)整。

圖7.45　防止累計(jì)進(jìn)給（爬行）的調(diào)整原理圖

基本任務(wù)3　重力軸防落調(diào)整

①一般重力軸的電機(jī)都帶有制動(dòng)器，在按急停時(shí)或伺服報(bào)警時(shí)，由于制動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)間而產(chǎn)生的軸的跌落，可通過(guò)參數(shù)調(diào)整來(lái)避免。

②參數(shù)調(diào)整：2005#6 =1，2083設(shè)定延時(shí)時(shí)間（ms），一般設(shè)定200左右，具體要看機(jī)械重力的多少。如果是該軸放大器是2或3軸放大器，每個(gè)軸都要設(shè)定。

③原理如圖7. 46所示。

圖7.46　重力軸防落調(diào)整原理圖

基本任務(wù)4　全閉環(huán)伺服參數(shù)調(diào)整

1.基本連接

圖7.47　全閉環(huán)伺服系統(tǒng)連接圖

2.基本設(shè)定

分離型接口板M1可接4個(gè)軸的位置反饋，分別為JF101-JF104，在FSSB的設(shè)定畫(huà)面上相應(yīng)的軸上設(shè)定此號(hào)碼，比如，如果Y，A分別接JF101，JF102，如圖7. 48所示。

圖7.48　FSSB設(shè)定畫(huà)面

注意：此參數(shù)設(shè)定結(jié)束后，不需要進(jìn)行初始化或自動(dòng)設(shè)定操作。

3.伺服參數(shù)修改

參數(shù)：1815#1 =1。

在伺服參數(shù)設(shè)定畫(huà)面上，修改以下參數(shù)：

①柔性齒輪比，按如下設(shè)定：

設(shè)定值和光柵的最小分辨率有關(guān)系，如果最小分辨率是0. 1，則設(shè)定值為1∶10。

舉例說(shuō)明：

例：直線(xiàn)尺A、B相1脈沖　　?。?/1000 mm

電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)的移動(dòng)量　　　　?。?2 mm/ r

檢測(cè)單位　　　　　　　　　?。?/1000 mm

例：直線(xiàn)尺A、B相1脈沖　?。?/10000 mm（0. 5 μm檢測(cè)）

電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)的移動(dòng)量　　　：12 mm/ r

檢測(cè)單位　　　　　　　?。?/1000 mm

②位置脈沖數(shù)，按如下方法設(shè)定：

位置脈沖數(shù)=電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)由直線(xiàn)尺輸入的脈沖數(shù)×4

例：直線(xiàn)尺A、B相1脈沖　?。?/1000 mm

電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)的移動(dòng)量　　?。? m/ r

檢測(cè)單位　　　　　　　?。?/1000 mm

位置脈沖數(shù)=12/0. 001 =12000

例：直線(xiàn)尺A、B相1脈沖　　：1/10000 mm（0. 5 μm檢測(cè)）

電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)的移動(dòng)量　　?。?2 mm/ r

檢測(cè)單位　　　　　　　?。?/1000 mm

位置脈沖數(shù)=12/0. 0005 =24000

注：如果設(shè)定數(shù)大于32767，用參數(shù)2185做乘數(shù)。

③參考計(jì)數(shù)器容量，按如下方法設(shè)定：

直線(xiàn)尺的參考標(biāo)記只有1個(gè)時(shí)，可以為任意值。

設(shè)定值=30000（任意）

直線(xiàn)尺的參考標(biāo)記有2個(gè)以上時(shí)，設(shè)定為標(biāo)記間隔的整數(shù)分之一的值

設(shè)定值=10000，20000，25000

基本任務(wù)5　全閉環(huán)振動(dòng)抑制的參數(shù)調(diào)整

1.參數(shù)設(shè)定

圖7. 49流程圖左邊為全閉環(huán)的設(shè)定步驟，要注意的是CMR，N/ M，位置脈沖數(shù)，如果設(shè)定錯(cuò)誤，有時(shí)候軸可以走，并且移動(dòng)的距離也正確，但會(huì)加大振動(dòng)，例如：

圖7.49　參數(shù)設(shè)定流程圖

絲杠12 mm，光柵尺為串行LC491F，實(shí)際分辨率為0. 01 μm，則設(shè)定如下：

CMR =2

AMR =0000000

N/ M =指令單位/輸出脈沖=1 μm/（1/0. 01 μm）=1∶100

注意：當(dāng)設(shè)定了以上的N/ M，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)417報(bào)警，這時(shí)，可以查找診斷352內(nèi)容，為10016（參數(shù)的內(nèi)部數(shù)值失控檢測(cè)溢出），可通過(guò)設(shè)定參數(shù)2200#0 =1來(lái)屏蔽此報(bào)警。

位置脈沖Ns =絲杠螺距/光柵分辨率=12000/0. 01 =30000×40

參數(shù)2024 =30000，參數(shù)2185 =40（位置反饋脈沖數(shù)如果大于32767時(shí)，則設(shè)定值= A× B，A：參數(shù)2024，B：參數(shù)2185）。

2.有關(guān)增益參數(shù)設(shè)定

伺服增益先設(shè)定為100（參數(shù)2021 =0），位置增益設(shè)定為3000（參數(shù)1825 =3000），等其他參數(shù)設(shè)定完成后，再適當(dāng)增加速度增益的設(shè)定。

注意：

①全閉環(huán)控制時(shí)，不要使用［SERVO GUIDE］中的導(dǎo)航器進(jìn)行調(diào)整，最好也不要進(jìn)行頻率響應(yīng)測(cè)量，以免由于振動(dòng)太大而損壞機(jī)床。

②不要設(shè)定增益快速/切削切換功能，即參數(shù)2202#1和2107不要設(shè)定。

③不要設(shè)定停止時(shí)增益可變功能，即參數(shù)2016#3和2119不要設(shè)定。

④可以使用HRV2功能。

3.機(jī)械速度反饋參數(shù)設(shè)定

原理如圖7. 50所示。

圖7.50　機(jī)械速度反饋原理圖

參數(shù)：2012#1 =1（機(jī)械速度反饋有效），2088（機(jī)械速度反饋增益）按表7. 17設(shè)定。

表7.17　機(jī)械速度反饋增益設(shè)定方法

注意：對(duì)于串行光柵，設(shè)定參數(shù)2088如果超過(guò)100會(huì)出現(xiàn)417報(bào)警，診斷352內(nèi)容為883，這時(shí)，參數(shù)2088設(shè)定0～100之間，一般設(shè)定為50。

4.振動(dòng)抑制參數(shù)的設(shè)定

（1）原理圖

圖7.51　振動(dòng)抑制參數(shù)的設(shè)定原理圖

（2）參數(shù)2033（變換因子）的設(shè)定

A/ B相光柵尺：設(shè)定值=電機(jī)每轉(zhuǎn)反饋回來(lái)的脈沖數(shù)（FFG之前）/8。

例：5 mm絲杠，0. 5 μm/ P光柵。FFG =1/2

N2033 =10000/8 =1250

串行光柵尺：設(shè)定值=電機(jī)每轉(zhuǎn)反饋回來(lái)的脈沖數(shù)（FFG之后）/8。

例：5 mm絲杠，0. 5 μm/ P光柵。FFG =1/2

N2033 =5000/8 =625

參數(shù)2034（振動(dòng)抑制控制的增益）的設(shè)定：先設(shè)定500，再通過(guò)移動(dòng)該軸觀察振動(dòng)，每次增加100。如果設(shè)定后，振動(dòng)反而加大，可設(shè)定為負(fù)數(shù)（-500）。

（3）雙位置反饋參數(shù)的設(shè)定

該功能在18I/16I系統(tǒng)上是選擇功能，一般不要設(shè)定，如果機(jī)械實(shí)在太差，通過(guò)以上兩個(gè)功能都不能消除振動(dòng)，可以使用該功能。但調(diào)試出來(lái)的結(jié)果不是很理想?？梢钥吹剑谒俣缺容^高的情況下，軸定位后會(huì)回退一段距離，或者左右晃動(dòng)幾下。

原理如圖7. 52所示。

圖7.52　雙位置反饋參數(shù)的設(shè)定原理

ER1：半閉環(huán)的誤差計(jì)數(shù)器

ER2：全閉環(huán)的誤差計(jì)數(shù)器

一階延時(shí)時(shí)間常數(shù)=1/（1 + tS）時(shí)的實(shí)際誤差

t =0時(shí)（停止時(shí)）

ER = ER1 +（ER2 - ER1）= ER2（全閉環(huán)的誤差）

t =無(wú)窮大時(shí)（加減速中）

ER = ER1（半閉環(huán)的誤差）

這樣，移動(dòng)中就可用半閉環(huán)控制，停止時(shí)就可用全閉環(huán)控制。

使用此功能，在移動(dòng)中就可獲得如同半閉環(huán)一樣的高控制性能，而在停止時(shí)可使用反饋檢測(cè)元件的高精度定位。

參數(shù)2078/2079的設(shè)定：等于相當(dāng)于半閉環(huán)控制時(shí)的柔性齒輪比N/ M。

參數(shù)2080的設(shè)定：10～300設(shè)定值越大，越接近半閉環(huán)控制。當(dāng)在軸移動(dòng)時(shí)，由于電機(jī)側(cè)的位置反饋和機(jī)械側(cè)的位置反饋不一致，等該軸到達(dá)指令位置后，再精確檢測(cè)機(jī)械側(cè)的位置，所以就會(huì)出現(xiàn)來(lái)回晃動(dòng)的情況。

◎思考題

1.怎樣設(shè)定FANUC伺服系統(tǒng)的柔性進(jìn)給齒輪比N/ M？

2.對(duì)旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)械有一1/10的減速齒輪和設(shè)定為1/1000度的檢測(cè)單位，則電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)360/10度的移動(dòng)量，試對(duì)其進(jìn)行設(shè)定。

任務(wù)6　FANUC伺服總線(xiàn)（FSSB）的設(shè)定和常見(jiàn)故障分析

◎任務(wù)提出

FSSB是Fanuc Servo Bus（FANUC伺服總線(xiàn)）是縮寫(xiě)，它能夠?qū)?臺(tái)主控器（CNC裝置）和多臺(tái)從控器用光纜連接起來(lái)，在CNC與伺服放大器間用高速串行總線(xiàn)（串行數(shù)據(jù)）進(jìn)行通信。主控器側(cè)是CNC本體，從控器側(cè)是伺服放大器（主軸放大器除外）及分離型位置檢測(cè)器用的接口裝置。

◎任務(wù)目標(biāo)

1.掌握伺服放大器FSSB設(shè)定方法；

2.掌握伺服軸FSSB設(shè)定方法；

3.掌握FSSB設(shè)定過(guò)程中常見(jiàn)故障的診斷方法。

◎相關(guān)知識(shí)

一、FSSB基本參數(shù)設(shè)定

①參數(shù)1023設(shè)定為1，2，3等。對(duì)應(yīng)光纜接口X，Y，Z等。

②參數(shù)1902的位0 = 0，伺服FSSB參數(shù)自動(dòng)設(shè)定。

③運(yùn)用參數(shù)設(shè)定幫助功能進(jìn)行設(shè)定操作，按［SYSTEM］功能鍵會(huì)循環(huán)出現(xiàn)參數(shù)、診斷、參數(shù)設(shè)定支援3個(gè)畫(huà)面。圖7. 53即為參數(shù)設(shè)定支援畫(huà)面。運(yùn)用光標(biāo)來(lái)選擇FSSB（AMP）和FSSB（軸）進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。

二、伺服放大器FSSB設(shè)定

1.設(shè)定步驟

①通過(guò)圖7. 53所示進(jìn)入伺服放大器FSSB設(shè)定畫(huà)面，指定各放大器連接的被控軸的軸號(hào)（1，2，3等）。在CUR下面會(huì)顯示放大器的電流（如40A），如果沒(méi)有或顯示--，則檢查伺服放大器的電源是否正?；蚬饫|的連接是否正確。

②按［SETING］軟鍵（若顯示報(bào)警信息，請(qǐng)重新設(shè)定）。

顯示如圖7. 54所示。

注意：先按［AMP］（放大器），再按［OPRT］，選擇［SETTING］。

圖7.53　參數(shù)設(shè)定支援畫(huà)面

圖7.54　伺服放大器FSSB設(shè)定畫(huà)面

③如果正常設(shè)定，會(huì)出現(xiàn)000報(bào)警，關(guān)機(jī)再開(kāi)機(jī)。

2.伺服放大器設(shè)定畫(huà)面中顯示的各項(xiàng)內(nèi)容的意義。

NO：表示某通道下第幾從屬裝置，如2表示第2從屬裝置。

AMP：表示從屬裝置所接的放大器及第幾軸，如A1-M表示第2從屬裝置接到第1放大器的第2軸上。

SERIES：表示放大器的系列。

UNIT：表示放大器是伺服單元還是伺服模塊，如SVM表示伺服模塊。

CUR：表示該從屬裝置驅(qū)動(dòng)放大器控制的軸的最大電流。

AXIS：表示從屬裝置的連接順序號(hào)。

NAME：表示從屬裝置的軸名。

三、伺服軸FSSB設(shè)定

1.設(shè)定步驟

①通過(guò)圖7. 53所示進(jìn)入伺服軸FSSB設(shè)定畫(huà)面，在軸設(shè)定畫(huà)面上，指定關(guān)于軸的信息，如分離型檢測(cè)器接口單元的連接器號(hào)。

②按［SETING］鍵（若顯示警告信息，重復(fù)上述步驟）。此時(shí)，應(yīng)關(guān)閉電源，然后開(kāi)機(jī)，如果沒(méi)有出現(xiàn)5138報(bào)警，則設(shè)定完成。顯示如圖7. 55所示。

圖7.55　伺服軸FSSB設(shè)定畫(huà)面

③按下［AXIS］（軸）

上述的M1，M2表示全閉環(huán)的接口所連接的插座對(duì)應(yīng)的軸，比如：M1的JF101連接X(jué)軸位置反饋，則在上面的X行的M1處設(shè)定為1。如果是半閉環(huán)控制，則不用設(shè)定。

2.伺服軸設(shè)定畫(huà)面中顯示的各項(xiàng)內(nèi)容的意義

AXIS：被控軸的編號(hào)，表明NC控制軸的安裝位置。

NAME：被控軸的名稱(chēng)。

AMP：各軸所連放大器的形式。

M1：分離型檢測(cè)器接口單元1的連接器號(hào)（在參數(shù)1931中設(shè)定）。

M2：分離型檢測(cè)器接口單元2的連接器號(hào)（在參數(shù)1932中設(shè)定）。

1-DSP：參數(shù)1904第0位（1DSP）的設(shè)定值。如果某個(gè)軸設(shè)為1，表示使用專(zhuān)門(mén)的DSP。通常1個(gè)DSP控制2個(gè)軸。

CS：Cs輪廓控制軸（在參數(shù)1933中設(shè)定）。對(duì)于Cs控制軸，應(yīng)設(shè)為1。

TNDM：參數(shù)1934的指定值，0i和0i Mate不用。

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)1　不能自動(dòng)設(shè)定FSSB

檢查參數(shù)1902。若參數(shù)1902 =00000000，則設(shè)定1905 =00000000，并將1910到1919均設(shè)為0。

①當(dāng)參數(shù)1815#1 =1時(shí)，檢查參數(shù)1910到1919是否設(shè)為16（靠近CNC的第1個(gè)分離型檢測(cè)器接口單元）或48（遠(yuǎn)離CNC的第2個(gè)分離型檢測(cè)器接口單元）。

②檢查傳輸是否打開(kāi)（綠色LED亮）。如果傳輸沒(méi)有打開(kāi)，檢查放大器的電源以及光纜連接。

基本任務(wù)2　在FSSB畫(huà)面的軸設(shè)定上，M1和M2的連接器號(hào)碼不能設(shè)定

查看FSSB畫(huà)面，分離型檢測(cè)器接口單元的ID是否讀取正確。如果位置模塊ID讀取不正確，檢查分離型檢測(cè)器接口單元的連接。

基本任務(wù)3　電源關(guān)機(jī)再開(kāi)機(jī)后，F(xiàn)SSB設(shè)定畫(huà)面被取消

在設(shè)定需求的值后，在放大器設(shè)定畫(huà)面和軸設(shè)定畫(huà)面按軟鍵［SETTING］。

基本任務(wù)4　發(fā)生放大器/電動(dòng)機(jī)的搭配無(wú)效報(bào)警（466）

檢查ID畫(huà)面上的放大器最大電流值，對(duì)應(yīng)參數(shù)No. 2165的設(shè)定。再次檢查放大器/電動(dòng)機(jī)的搭配。

①伺服電動(dòng)機(jī)ID代碼設(shè)定錯(cuò)誤，正確設(shè)定伺服電動(dòng)機(jī)的ID代碼并進(jìn)行初始化。

②進(jìn)行伺服參數(shù)初始化操作。

③按實(shí)際連接重新進(jìn)行FSSB初始化操作。

④伺服放大器故障。

⑤系統(tǒng)軸板故障。

基本任務(wù)5　發(fā)生P/ S報(bào)警（5138）

FSSB畫(huà)面的自動(dòng)設(shè)定沒(méi)有正常完成。

①確認(rèn)FSSB放大器設(shè)定畫(huà)面和軸設(shè)定畫(huà)面無(wú)誤。

②在兩個(gè)畫(huà)面（放大器和軸設(shè)定畫(huà)面）上按軟鍵［SETTING］。

③系統(tǒng)斷電并重新上電。

基本任務(wù)6　FSSB放大器數(shù)目小報(bào)警（5136）

系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)際放大器與設(shè)定不符。

①檢查系統(tǒng)參數(shù)1010和實(shí)際軸數(shù)是否一致。

②放大器控制電路電源故障。

③放大器連接信息光纜不良。

④按實(shí)際連接情況重新進(jìn)行FSSB初始化。

⑤伺服放大器本身故障。

⑥系統(tǒng)軸板故障。

FSSB報(bào)警及故障原因如表7. 18所示。

表7.18　FSSB報(bào)警及故障原因

◎思考題

1. FSSB自動(dòng)設(shè)定過(guò)程中，軸的設(shè)定未完成，故障原因和解決方法？

2.伺服放大器發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致其他哪些相關(guān)故障發(fā)生？

任務(wù)7　FANUC 0i MC進(jìn)給伺服系統(tǒng)檢測(cè)裝置故障診斷與維修

進(jìn)給伺服系統(tǒng)檢測(cè)裝置按類(lèi)型不同分為絕對(duì)編碼器和相對(duì)編碼器；按連接形式不同分為伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器的檢測(cè)裝置和分離型的檢測(cè)裝置。

FANUC數(shù)控系統(tǒng)既可以用于半閉環(huán)工作，又可以用于全閉環(huán)工作，半閉環(huán)位置檢測(cè)為伺服電機(jī)尾部的光電編碼器，通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服的位置和速度反饋控制。全閉環(huán)位置檢測(cè)來(lái)自于機(jī)床上直線(xiàn)光柵尺等直線(xiàn)位移檢測(cè)器件。

◎任務(wù)提出

在操作與維護(hù)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)檢測(cè)裝置時(shí)，認(rèn)識(shí)檢測(cè)裝置的接口，學(xué)會(huì)相關(guān)的硬件連接是很重要的一步。

◎任務(wù)目標(biāo)

1.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)裝置的要求；

2.分離型檢測(cè)裝置接口認(rèn)識(shí)；

3.學(xué)習(xí)伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器報(bào)警及維修技術(shù)；

4.掌握分離型檢測(cè)裝置（光柵尺）的拆裝與調(diào)試；

5.掌握FANUC 0i MC封閉光柵尺的方法；

6.學(xué)習(xí)分離型檢測(cè)裝置（光柵尺）的維修技術(shù)；

7. FANUC 0i MC進(jìn)給伺服系統(tǒng)檢測(cè)裝置典型故障分析。

◎任務(wù)分析

為了實(shí)現(xiàn)分離型檢測(cè)裝置（光柵尺）的拆裝與調(diào)試，我們還需要了解：

1.直線(xiàn)型光柵尺的結(jié)構(gòu)；

2.光柵尺的維護(hù)。

◎相關(guān)知識(shí)

一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)裝置的要求

1.數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)元件的要求

檢測(cè)元件是檢測(cè)裝置的重要部件，其主要作用是檢測(cè)位移和速度，發(fā)送反饋信號(hào)。位移檢測(cè)系統(tǒng)能夠測(cè)量的最小位移量稱(chēng)為分辨率。分辨率不僅取決于檢測(cè)元件本身。也取決于測(cè)量電路。

數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)元件的主要要求是：

①壽命長(zhǎng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。

②滿(mǎn)足精度和速度要求。

③使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境。

④成本低。

⑤便于與計(jì)算機(jī)連接。

2.數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求

位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用是檢測(cè)位移和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。數(shù)控機(jī)床的加工精度主要由檢測(cè)系統(tǒng)的精度決定。不同類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床，對(duì)位置檢測(cè)元件，檢測(cè)系統(tǒng)的精度要求和被測(cè)部件的最高移動(dòng)速度各不相同?，F(xiàn)在檢測(cè)元件與系統(tǒng)的最高水平是：被測(cè)部件的最高移動(dòng)速度高至240 m/ min時(shí)，其檢測(cè)位移的分辨率（能檢測(cè)的最小位移量）可達(dá)1 μm，如24 m/ min時(shí)可達(dá)0. 1 μm。最高分辨率可達(dá)到0. 01 μm。

數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置有如下要求：

①受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長(zhǎng)期保持精度，抗干擾能力強(qiáng)。

②在機(jī)床執(zhí)行部件移動(dòng)范圍內(nèi)，能滿(mǎn)足精度和速度的要求。

③使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境。

④成本低。

二、FANUC 0i MC分離型檢測(cè)裝置接口

1. FANUC 0i MC分離型檢測(cè)裝置接口圖，如圖7. 55所示

當(dāng)使用分離型編碼器或直線(xiàn)尺時(shí)，需要如圖7. 56所示的分離型檢測(cè)器接口單元。分離型檢測(cè)器接口單元應(yīng)該通過(guò)光纜連接到CNC控制單元上，作為伺服接口（FSSB）的單元之一。雖然在圖7. 56中分離型檢測(cè)器接口單元作為FSSB的最終級(jí)連接，但它也可作為第一級(jí)連接到CNC控制單元?；蛘?，它可以安裝在兩個(gè)伺服放大器模塊之間。

2. FANUC 0i MC分離型檢測(cè)器接口單元規(guī)格

接口單元能提供0. 35 A（5 V）給每個(gè)分離型檢測(cè)器。

表7.19　FANUC 0i MC分離型檢測(cè)器接口單元規(guī)格

3. FANUC 0i MC分離型檢測(cè)器電源的連接

由外部24 V電源給分離型檢測(cè)器接口單元供電。

輸入到CP11A的24 V能從CP11B輸出。CP11B的連接與CP11A的連接相同。這時(shí)，CP11A的容量應(yīng)等于分離型檢測(cè)器接口單元與CP11B后面所連接單元的容量總和。

圖7.56　FANUC 0i MC分離型檢測(cè)裝置接口圖

圖7.57　FANUC 0i MC分離型檢測(cè)器電源的連接

4. FANUC 0i MC分離型檢測(cè)器直線(xiàn)尺接口（并行接口）（如圖7. 58）

三、伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器報(bào)警及維修技術(shù)

通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服的位置和速度反饋控制，屬于半閉控制。

四、分離型檢測(cè)裝置（光柵尺）的相關(guān)知識(shí)

1.光柵基礎(chǔ)知識(shí)

光柵利用光的透射、衍射原理，通過(guò)光敏元件測(cè)量莫爾條紋移動(dòng)的數(shù)量來(lái)測(cè)量機(jī)床工作臺(tái)的位移量。一般用于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的閉環(huán)控制。光柵主要由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。通常，標(biāo)尺光柵固定在機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件上（如工作臺(tái)或絲杠上），光柵讀數(shù)頭產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。

透射光柵的工作原理透射光柵測(cè)量系統(tǒng)原理，它由光源、透鏡、標(biāo)尺光柵、指示光柵、光敏元件和信號(hào)處理電路組成。透射光柵的工作原理透射光柵測(cè)量系統(tǒng)原理如圖7. 59所示，它由光源、透鏡、標(biāo)尺光柵、指示光柵、光敏元件和信號(hào)處理電路組成。信號(hào)處理電路又包括放大、整形和鑒向倍頻等。通常情況下，標(biāo)尺光柵與工作臺(tái)裝在一起隨工作臺(tái)移動(dòng)外，光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和信號(hào)處理電路均裝在一個(gè)殼體內(nèi)，做成一個(gè)單獨(dú)部件固定在機(jī)床上，這個(gè)部件稱(chēng)為光柵讀數(shù)頭，其作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需的電脈沖信號(hào)。光柵讀數(shù)是利用莫爾條紋的形成原理進(jìn)行的。圖7. 60是莫爾條紋形成原理圖。將指示光柵和標(biāo)尺光柵疊合在一起，中間保持0. 01～0. 1 mm的間隙，并且指示光柵和標(biāo)尺光柵的線(xiàn)紋相互交叉保持一個(gè)很小的夾角θ，如圖所示。當(dāng)光源照射光柵時(shí)，在a—a線(xiàn)上，兩塊光柵的線(xiàn)紋彼此重合，形成一條橫向透光亮帶：在b—b線(xiàn)上，兩塊光柵的線(xiàn)紋彼此錯(cuò)開(kāi)，形成一條不透光的暗帶。這些橫向明暗相間出現(xiàn)的亮帶和暗帶就是莫爾條紋。直線(xiàn)光柵尺外觀如圖7. 61所示。

圖7.58　FANUC 0i MC分離型檢測(cè)器直線(xiàn)尺接口（并行接口）

兩塊光柵每相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距，則光柵某一固定點(diǎn)的光強(qiáng)按明—暗—明規(guī)律變化一個(gè)周期，即莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)莫爾條紋的間距。因此，光電元件只要讀出移動(dòng)的莫爾條紋數(shù)目，就可以知道光柵移動(dòng)了多少柵距，也就知道了運(yùn)動(dòng)部件的準(zhǔn)確位移量。

2.光柵尺

圖7.59　透射光柵測(cè)量系統(tǒng)工作原理示意圖

圖7.60　莫爾條紋

圖7.61　直線(xiàn)光柵尺

在數(shù)控機(jī)床中，為了實(shí)現(xiàn)位置控制，必須有位置檢測(cè)裝置用于檢測(cè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位移。數(shù)控機(jī)床常用的位置檢測(cè)裝置有光柵尺、編碼器等。光柵尺是一種高精度的直線(xiàn)位移檢測(cè)裝置，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，對(duì)莫爾條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到移動(dòng)部件的位移及方向等信號(hào)。FANUC 0i MC系統(tǒng)把光柵尺信號(hào)反饋到系統(tǒng)的位置模塊，通過(guò)伺服總線(xiàn)完成與系統(tǒng)軸板的數(shù)據(jù)交換。

3.光柵尺常見(jiàn)故障及處理方法

（1）由于維護(hù)不當(dāng)或光柵尺密封不良引起的光柵尺臟

采用3 m以上的光柵尺時(shí)，從光柵尺盒抽出主光柵進(jìn)行清洗；采用3 m以下的光柵尺時(shí)，將讀數(shù)頭卸下，把整個(gè)光柵盒（帶主光柵）進(jìn)行清洗。如果光柵尺密封破損則需要更換光柵尺。

（2）讀數(shù)頭不良

清洗讀數(shù)頭上指示光柵并檢查讀數(shù)頭電路板，更換讀數(shù)頭。

（3）讀數(shù)頭連接電纜不良及讀數(shù)頭電源電壓（DC 5 V）電壓低

檢查連接電纜是否有斷路或接觸不良，位置模塊供電電路故障。

（4）系統(tǒng)位置模塊或系統(tǒng)軸板不良（FANUC 0i MC系統(tǒng)）

檢查后更換損壞部件。

（5）系統(tǒng)主板不良

更換系統(tǒng)主板。

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)1　FANUC 0i MC進(jìn)給伺服系統(tǒng)檢測(cè)裝置典型故障及處理

當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)如下故障現(xiàn)象時(shí)，首先要考慮到是否是由檢測(cè)器件的故障引起的，并正確分析查找故障部位。

1.機(jī)械振蕩（加/減速時(shí)）

引發(fā)此類(lèi)故障的常見(jiàn)原因有：

①脈沖編碼器出現(xiàn)故障，此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查速度檢測(cè)單元上的反饋線(xiàn)端子上的電壓是否在某幾點(diǎn)電壓下降，如有下降表明脈沖編碼器不良，更換編碼器。

②脈沖編碼器十字聯(lián)軸節(jié)可能損壞，導(dǎo)致軸轉(zhuǎn)速與檢測(cè)到的速度不同步，更換聯(lián)軸節(jié)。

③測(cè)速發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，修復(fù)，更換測(cè)速發(fā)電機(jī)。維修實(shí)踐中，測(cè)速發(fā)電機(jī)電刷磨損、卡阻故障較多。應(yīng)拆開(kāi)測(cè)速發(fā)電機(jī)，小心將電刷拆下，在細(xì)砂紙上打磨幾下，同時(shí)清掃換向器的污垢，再重新裝好。

2.機(jī)械運(yùn)動(dòng)異?？焖伲w車(chē)）

檢修此類(lèi)故障，應(yīng)在檢查位置控制單元和速度控制單元工作情況的同時(shí)，還應(yīng)重點(diǎn)檢查：

①脈沖編碼器接線(xiàn)是否錯(cuò)誤，檢查編碼器接線(xiàn)是否為正反饋，A相和B相是否接反。

②脈沖編碼器聯(lián)軸節(jié)是否損壞，如損壞更換聯(lián)軸節(jié)。

③檢查測(cè)速發(fā)電機(jī)端子是否接反和勵(lì)磁信號(hào)線(xiàn)是否接錯(cuò)。

3.主軸不能定向移動(dòng)或定向移動(dòng)不到位

檢修此類(lèi)故障，應(yīng)在檢查定向控制電路的設(shè)置調(diào)整，檢查定向板，主軸控制印刷電路板調(diào)整的同時(shí)，應(yīng)檢查位置檢測(cè)器（編碼器）是否不良，此時(shí)一般要測(cè)編碼器的輸出波形，通過(guò)判斷輸出波形是否正常來(lái)判斷編碼器的好壞（維修人員應(yīng)注意在設(shè)備正常時(shí)測(cè)錄編碼器的正常輸出波形，以便故障時(shí)查對(duì)）。

4.坐標(biāo)軸進(jìn)給時(shí)振動(dòng)

檢修時(shí)應(yīng)在檢查電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈是否短路，機(jī)械進(jìn)給絲杠同電機(jī)的連接是否良好，檢查整個(gè)伺服系統(tǒng)是否穩(wěn)定的情況下，檢查脈沖編碼是否良好、聯(lián)軸節(jié)連接是否平穩(wěn)可靠、測(cè)速發(fā)電機(jī)是否可靠。

5.出現(xiàn)NC錯(cuò)誤報(bào)警

NC報(bào)警中因程序錯(cuò)誤，操作錯(cuò)誤引起的報(bào)警。如FAUNUC 6ME系統(tǒng)的NC報(bào)警090. 091。出現(xiàn)NC報(bào)警，有可能是主電路故障和進(jìn)給速度太低引起。同時(shí)，還有可能是：

①脈沖編碼器不良。

②脈沖編碼器電源電壓太低（此時(shí)調(diào)整電源電壓的15 V，使主電路板的+5 V端子上的電壓值在4. 95～5. 10 V內(nèi)）。

③沒(méi)有輸入脈沖編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)而不能正常執(zhí)行參考點(diǎn)返回。

6.出現(xiàn)伺服系統(tǒng)報(bào)警

伺服系統(tǒng)故障時(shí)常出現(xiàn)如下的報(bào)警號(hào)：如FAUNUC 6ME系統(tǒng)的伺服報(bào)警：416，426，436，446，456。此時(shí)要注意檢查：

①軸脈沖編碼器反饋信號(hào)斷線(xiàn)，短路和信號(hào)丟失，用示波器測(cè)A相、B相一轉(zhuǎn)信號(hào)，看其是否正常。

②編碼器內(nèi)部故障，造成信號(hào)無(wú)法正確接收，檢查其受到污染、太臟、變形等。

基本任務(wù)2　分離型檢測(cè)裝置（光柵尺）的拆裝與調(diào)試

1.光柵尺的基本結(jié)構(gòu)

光柵有長(zhǎng)光柵和圓光柵兩種，長(zhǎng)光柵用于檢測(cè)直線(xiàn)位移量；圓光柵用于檢測(cè)轉(zhuǎn)角位移量。FANUC 0i MC系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床采用長(zhǎng)光柵來(lái)檢測(cè)直線(xiàn)位移量。

光柵位置檢測(cè)裝置由光源、標(biāo)尺光柵（長(zhǎng)光柵）、指示光柵（短光柵）和光電元件等組成，如圖7. 62所示。光柵是在一塊長(zhǎng)條形的光學(xué)玻璃上均勻地刻上線(xiàn)條。線(xiàn)條之間的距離稱(chēng)為柵距。柵距決定精度，一般是每毫米50，100，200條線(xiàn)。長(zhǎng)光柵G1裝在機(jī)床的移動(dòng)部件上；短光柵裝在機(jī)床的固定部件上。兩塊光柵互相平行并保持一定的間隙（如0. 05 mm或0. 1 mm等），且兩塊光柵的柵距相同。

圖7.62　光柵組成

2.光柵尺測(cè)量原理

圖7.63　光柵尺測(cè)量原理

3.光柵尺的拆裝

用于數(shù)控機(jī)床的直線(xiàn)光柵尺采用封閉結(jié)構(gòu)，鋁制外殼保護(hù)光柵尺、掃描單元和軌道免受灰塵、切削和切削液的影響，自動(dòng)向下的彈性密條保持外殼的密封。圖7. 64為光柵尺的安裝圖。

圖7.64　光柵尺安裝圖

安裝光柵尺時(shí)，密封條朝下或遠(yuǎn)離濺水的方向。

安裝封閉式光柵尺非常簡(jiǎn)單，只需在多點(diǎn)位置處將光柵尺與機(jī)床導(dǎo)軌對(duì)正。也可以用限位面或者限位銷(xiāo)對(duì)正光柵尺。

安裝輔助件以將光柵尺和掃描單元間的間隙以及橫向公差調(diào)整正確。如安裝空間有限，必須在安裝光柵尺前先安裝輔助件，精確地調(diào)定光柵尺和掃描單元的間隙，還必須確保符合橫向公差要求。

除了采用兩個(gè)M8的螺栓將直線(xiàn)光柵尺固定在平面上的標(biāo)準(zhǔn)安裝方法外，還可以采用安裝板安裝（如果測(cè)量長(zhǎng)度超過(guò)1 240 mm，必須使用安裝板安裝）。

用安裝板安裝時(shí)，安裝板可以作為機(jī)床的一部分安裝在機(jī)床上，最后安裝時(shí)只需將光柵尺夾緊即可。因此，可以很容易地更換光柵尺，便于維修。

4.光柵尺的維護(hù)

防污：避免受到冷卻液的污染，從而造成信號(hào)丟失，影響位置控制精度。

防振：光柵尺拆裝時(shí)要用靜力，不能用硬物敲擊，以免引起光學(xué)元件的損壞。

基本任務(wù)3　封閉光柵尺

實(shí)際中進(jìn)行故障診斷或應(yīng)急處理時(shí)，經(jīng)常通過(guò)封閉光柵尺的方法進(jìn)行處理。下面以FANUC 0i MC系統(tǒng)為例，說(shuō)明封閉光柵尺的方法及具體步驟。

①系統(tǒng)返回參考點(diǎn)的減速功能（1425）：由原來(lái)的100 mm/ min改為200 mm/ min。

②系統(tǒng)是否使用反向間隙加速功能（2003#5）：由原來(lái)的1改為0。

③系統(tǒng)雙位置反饋功能（2019#7）：由原來(lái)的1改為0。

④系統(tǒng)由全閉控制變成半閉控制（1815#1）：由原來(lái)的1改為0。

⑤按半閉控制設(shè)定伺服參數(shù)：包括進(jìn)給齒輪比N/ M、位置脈沖數(shù)、參考計(jì)數(shù)器容量。

⑥振蕩抑制系數(shù)（2033）：設(shè)定為0。

⑦系統(tǒng)下電并重新上電。

實(shí)際封光柵尺時(shí)的注意事項(xiàng)：

①機(jī)床的參考點(diǎn)位置發(fā)生了變化，加工工件坐標(biāo)系變化，尤其是有自動(dòng)換刀、自動(dòng)對(duì)刀器時(shí)要重新調(diào)整。

②機(jī)床的精度下降后，加工工件的工藝要求是否滿(mǎn)足。

③重新進(jìn)行機(jī)床反向間隙的測(cè)量和系統(tǒng)參數(shù)的補(bǔ)償。

④在封光柵尺前對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行系列備份，以便對(duì)光柵尺的恢復(fù)。

基本任務(wù)4　某立式加工中心，數(shù)控系統(tǒng)采用FANUC 0i MC系統(tǒng)，伺服電機(jī)為αi12/3000，外加直線(xiàn)光柵構(gòu)成全閉環(huán)，在使用過(guò)程中產(chǎn)生Z軸445#報(bào)警，系統(tǒng)停止工作。

1.故障報(bào)警過(guò)程

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試為全閉環(huán)位置控制方式，數(shù)控系統(tǒng)除實(shí)時(shí)檢測(cè)編碼器是否有斷線(xiàn)報(bào)警外，還實(shí)時(shí)對(duì)半閉環(huán)檢測(cè)的位置數(shù)據(jù)與分離式直線(xiàn)位置檢測(cè)反饋的脈沖數(shù)進(jìn)行偏差計(jì)算，若超過(guò)參數(shù)NO. 2064設(shè)置值，就會(huì)產(chǎn)生445#報(bào)警。

2.故障產(chǎn)生原因

根據(jù)直線(xiàn)位置檢測(cè)反饋工作過(guò)程，故障原因可能由于直線(xiàn)位置檢測(cè)器件斷線(xiàn)或插座沒(méi)有插好產(chǎn)生的；直線(xiàn)位置反饋裝置的電源電壓偏低或沒(méi)有；位置反饋檢測(cè)器件本身故障；光柵適配器等，閉環(huán)位置檢測(cè)器件是通過(guò)光柵適配器進(jìn)入伺服位置控制回路。

◎思考題

1.伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器，絕對(duì)式和增量式的區(qū)別？

2.某數(shù)控機(jī)床采用光柵尺作為位置反饋裝置，有時(shí)加工中出現(xiàn)伺服位置反饋斷線(xiàn)報(bào)警，如何進(jìn)行故障的診斷與排除？

任務(wù)8　FANUC 0i MC進(jìn)給伺服系統(tǒng)典型故障診斷

進(jìn)給伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通常有3種表現(xiàn)形式：一是在CRT或操作面板上顯示報(bào)警內(nèi)容或報(bào)警信息；二是進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)單元上用報(bào)警燈或數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)單元的故障；三是運(yùn)動(dòng)不正常，但無(wú)任何報(bào)警。

◎任務(wù)提出

由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通常有3種表現(xiàn)形式，因此可根據(jù)3種不同的故障表現(xiàn)形式對(duì)故障進(jìn)行分析處理。其中常見(jiàn)的故障有伺服軸跟蹤誤差過(guò)大報(bào)警、系統(tǒng)發(fā)生410號(hào)報(bào)警（伺服停止誤差過(guò)大）、系統(tǒng)發(fā)生“401”報(bào)警（伺服不能就緒報(bào)警）、機(jī)床運(yùn)行中回轉(zhuǎn)臺(tái)交流伺服電機(jī)突然不啟動(dòng)，是突發(fā)性、無(wú)報(bào)警故障。

◎任務(wù)目標(biāo)

1.學(xué)習(xí)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見(jiàn)報(bào)警與處理方法；

2.學(xué)習(xí)伺服軸跟蹤誤差過(guò)大報(bào)警處理方法；

3.系統(tǒng)發(fā)生410號(hào)報(bào)警（伺服停止誤差過(guò)大）處理方法；

4.系統(tǒng)發(fā)生“401”報(bào)警（伺服不能就緒報(bào)警）處理方法；

5.機(jī)床運(yùn)行中回轉(zhuǎn)臺(tái)交流伺服電機(jī)突然不啟動(dòng)，突發(fā)性、無(wú)報(bào)警故障的處理方法。

◎任務(wù)分析

1.相關(guān)檢測(cè)元件的基本工作原理和使用方法；

2.檢測(cè)元件的設(shè)定方法；

3.相關(guān)元器件的更換方法。

◎相關(guān)知識(shí)

一、進(jìn)給伺服的常見(jiàn)故障

1.超程

有軟件超程、硬件超程和急停保護(hù)3種。

2.過(guò)載

當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載過(guò)大、頻繁正反向運(yùn)動(dòng)，以及進(jìn)給傳動(dòng)潤(rùn)滑狀態(tài)和過(guò)載檢測(cè)電路不良時(shí)，都會(huì)引起過(guò)載報(bào)警。

3.竄動(dòng)

在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象：測(cè)速信號(hào)不穩(wěn)定；速度控制信號(hào)不穩(wěn)定或受到干擾；接線(xiàn)端子接觸不良；反響間隙或伺服系統(tǒng)增益過(guò)大所致。

4.爬行

發(fā)生在啟動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益過(guò)低以及外加負(fù)載過(guò)大等因素所致。

5.振動(dòng)

分析機(jī)床振動(dòng)周期是否與進(jìn)給速度有關(guān)。

6.伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)

數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給單元除了速度控制信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，使能信號(hào)是進(jìn)給動(dòng)作的前提。

7.位置誤差

當(dāng)伺服運(yùn)動(dòng)超過(guò)允許的誤差范圍時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生位置誤差過(guò)大報(bào)警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因：系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍過(guò)??；伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)；位置檢測(cè)裝置有污染；進(jìn)給傳動(dòng)鏈累積誤差過(guò)大；主軸箱垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡裝置不穩(wěn)。

二、伺服系統(tǒng)的常見(jiàn)報(bào)警

1.進(jìn)給伺服系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)警故障

這類(lèi)故障的起因，大多是速度控制單元方面的故障引起的，或是主控制印制線(xiàn)路板與位置控制或伺服信號(hào)有關(guān)部分的故障。

2.檢測(cè)元件或檢測(cè)信號(hào)方面引起的故障

例如：某數(shù)控機(jī)床顯示“主軸編碼器斷線(xiàn)”，引起的原因有：

①電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線(xiàn)斷線(xiàn)。如果伺服電源剛接通，尚未接到任何指令時(shí)，就發(fā)生這種報(bào)警，則由于斷線(xiàn)而造成故障可能性最大。

②伺服單元印制線(xiàn)路板設(shè)定錯(cuò)誤，如將檢測(cè)元件脈沖編碼器設(shè)定成了測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)等。

③沒(méi)有速度反饋電壓或時(shí)有時(shí)無(wú)，只能根據(jù)測(cè)量的速度反饋信號(hào)來(lái)判斷，這類(lèi)故障除檢測(cè)元件本身存在故障外，多數(shù)是由于連接不良或接通不良引起的。

④由于光電隔離板或中間的某些電路板上劣質(zhì)元器件所引起的。當(dāng)有時(shí)開(kāi)機(jī)運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間后，出現(xiàn)“主軸編碼器斷線(xiàn)”，這時(shí)重新開(kāi)機(jī)，可能會(huì)自動(dòng)消除故障。

3.參數(shù)被破壞

表7.20　參數(shù)被破壞報(bào)警

4.主電路檢測(cè)部分異常

表7.21　主電路檢測(cè)部分異常報(bào)警

5.超速

表7.22　超速報(bào)警

6.限位動(dòng)作

表7.23　限位動(dòng)作報(bào)警

7.過(guò)熱報(bào)警故障

表7.24　過(guò)熱報(bào)警

8.電動(dòng)機(jī)過(guò)載

表7.25　伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載報(bào)警

續(xù)表

9.伺服單元過(guò)電流報(bào)警

表7.26　伺服單元過(guò)電流報(bào)警

續(xù)表

10.伺服單元過(guò)電壓報(bào)警

表7.27　伺服單元過(guò)電壓報(bào)警

11.伺服單元欠電壓報(bào)警

表7.28　伺服單元欠電壓報(bào)警

12.位置偏差過(guò)大

表7.29　位置偏差過(guò)大報(bào)警

13.再生故障表

表7.30　再生故障排除報(bào)警

14.編碼器出錯(cuò)

表7.31　編碼器出錯(cuò)報(bào)警

15.漂移補(bǔ)償量過(guò)大的報(bào)警

表7.32　漂移補(bǔ)償量過(guò)大報(bào)警

三、伺服報(bào)警號(hào)

表7.33　伺服報(bào)警號(hào)

續(xù)表

四、伺服診斷畫(huà)面的使用

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所配套的位置檢測(cè)編碼器狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)器工作狀態(tài)等信息可以通過(guò)CNC的FSSB總線(xiàn)從驅(qū)動(dòng)器傳送到CNC中，在CNC上可以通過(guò)診斷數(shù)據(jù)檢查驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，這些狀態(tài)大部分以二進(jìn)制位信號(hào)的形式在CNC診斷頁(yè)面顯示，它們是CNC發(fā)生伺服驅(qū)動(dòng)報(bào)警時(shí)的故障判別依據(jù)。

◎任務(wù)實(shí)施

基本任務(wù)1　伺服軸跟蹤誤差過(guò)大報(bào)警及排除

圖7.65　1829和1828的參數(shù)限定值

圖7.66　誤差計(jì)數(shù)器讀數(shù)過(guò)程圖

圖7.67　系統(tǒng)信號(hào)原理

系統(tǒng)檢測(cè)伺服移動(dòng)誤差的原理是：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出移動(dòng)指令時(shí)，系統(tǒng)的位置誤差計(jì)數(shù)器（FANUC OC/ OD系統(tǒng)的診斷號(hào)為800～803；FANUC16/16i/18/18i/21/21i/0i系統(tǒng)的診斷號(hào)為300）中的誤差值超過(guò)了系統(tǒng)參數(shù)（FANUC OC/ OD系統(tǒng)為504～507，F(xiàn)ANUC16/16i/18/18i/21/21i/0i系統(tǒng)為1 828）所設(shè)定的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生移動(dòng)誤差過(guò)大報(bào)警，如圖7. 67所示。

故障分析：

（1）如果給出移動(dòng)指令而機(jī)床不移動(dòng)，則故障原因可能：

①機(jī)械傳動(dòng)卡死。

②如果故障發(fā)生在垂直軸控制時(shí)，則故障為伺服電動(dòng)機(jī)的電磁制動(dòng)回路。

③伺服電動(dòng)機(jī)及動(dòng)力線(xiàn)有斷相故障或伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線(xiàn)連接錯(cuò)誤。

④伺服放大器本身故障。

（2）如果給出移動(dòng)指令且機(jī)床移動(dòng)后報(bào)警，則故障原因：

①系統(tǒng)軟件故障。伺服參數(shù)設(shè)定不當(dāng)或伺服軟件不良。

②硬件故障。機(jī)械傳動(dòng)間隙過(guò)大或?qū)к墲?rùn)滑不良：伺服電動(dòng)機(jī)編碼器及系統(tǒng)有故障。伺服放大器不良。

基本任務(wù)2　系統(tǒng)發(fā)生410號(hào)報(bào)警（伺服停止誤差過(guò)大）

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出停止移動(dòng)指令或靜止時(shí)，系統(tǒng)的位置誤差計(jì)數(shù)器偏差值超過(guò)了系統(tǒng)參數(shù)（FANUC OC/ OD）系統(tǒng)為593～596；FANUC 16/18/21/0i系統(tǒng)為1829）所設(shè)定的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出停止誤差過(guò)大報(bào)警。

故障分析：

（1）如果是垂直軸，則故障原因可能：

①伺服電動(dòng)機(jī)及動(dòng)力電纜斷相故障或伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線(xiàn)連接錯(cuò)誤。

②伺服放大器。

③系統(tǒng)該軸的伺服控制板。

（2）如果不是垂直軸，則故障產(chǎn)生的原因可能：

①系統(tǒng)軟件故障。伺服參數(shù)設(shè)定不當(dāng)（停止誤差檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)）或伺服軟件不良。

②系統(tǒng)硬件故障。伺服放大器故障或系統(tǒng)伺服控制板不良。

基本任務(wù)3　伺服電機(jī)過(guò)載或過(guò)熱報(bào)警故障診斷與排除

1.檢測(cè)原理

伺服放大器具有過(guò)熱檢測(cè)信號(hào)，該信號(hào)由放大器內(nèi)的智能逆變模塊發(fā)出。但放大器的逆變模塊溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，通過(guò)PWM指令傳遞到CNC系統(tǒng)，CNC系統(tǒng)發(fā)出400#過(guò)熱報(bào)警，如圖7. 68所示。

圖7.68　伺服電機(jī)過(guò)載檢測(cè)原理

伺服電動(dòng)機(jī)的過(guò)熱信號(hào)是由伺服電動(dòng)機(jī)定子繞組的熱偶開(kāi)關(guān)檢測(cè)的，當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)的溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的熱偶開(kāi)關(guān)（動(dòng)斷觸點(diǎn)）動(dòng)作，通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)的串行編碼器（數(shù)字伺服）傳遞給CNC系統(tǒng)，F(xiàn)ANUC 0i C系統(tǒng)的CNC系統(tǒng)發(fā)出430#伺服電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警，431#伺服報(bào)警為伺服放大器過(guò)熱報(bào)警。

2.診斷方法

系統(tǒng)發(fā)生400號(hào)報(bào)警（伺服過(guò)熱）故障檢查：

打開(kāi)伺服單元調(diào)整畫(huà)面，觀察通過(guò)畫(huà)面的報(bào)警1和報(bào)警2作進(jìn)一步判斷。

如果畫(huà)面上報(bào)警1的#7位為“1”，則為伺服過(guò)載報(bào)警。

如果畫(huà)面上報(bào)警2的#7位為“1”，則為伺服電機(jī)過(guò)熱報(bào)警；#7位為“0”，則為伺服放大器過(guò)熱報(bào)警。

故障分析：

（1）可能產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)過(guò)熱原因

①機(jī)械傳動(dòng)故障引起的電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

②切削條件引起的電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

③電動(dòng)機(jī)本身不良（電動(dòng)機(jī)定子繞組的熱敏電阻不良）。

④系統(tǒng)伺服參數(shù)整定不良。

（2）可能產(chǎn)生伺服放大器過(guò)熱原因

①伺服放大器的風(fēng)扇故障。

②如果為伺服單元化（SVU），還可能是TH1和TH2的接口或外接的熱保護(hù)元件故障。

③伺服放大器本身故障，硬件故障（智能逆變模塊不良），伺服軟件不良。

基本任務(wù)4　系統(tǒng)發(fā)生“401”報(bào)警（伺服不能就緒報(bào)警）

故障分析：

控制單元與伺服系統(tǒng)之間傳輸?shù)男盘?hào)原理，如圖7. 69所示。

圖7.69　系統(tǒng)信號(hào)原理

在系統(tǒng)運(yùn)行中如果各伺服放大器的準(zhǔn)備信號(hào)（VRDY）沒(méi)有接通，或者信號(hào)關(guān)斷，則發(fā)生401號(hào)報(bào)警。有時(shí)因發(fā)生了其他伺服報(bào)警，也會(huì)導(dǎo)致此報(bào)警發(fā)生。在這種情況下，應(yīng)該首先解除其他報(bào)警。

可能產(chǎn)生VRDY信號(hào)沒(méi)有接通故障的原因：

①伺服放大器外圍的強(qiáng)電電路故障。

②伺服放大器單元故障。

③CNC側(cè)的軸控制卡故障。

故障檢查：

采用信號(hào)短接的方法來(lái)判別故障的部位，把伺服模塊JV1B（JV2B）的8和10短接后系統(tǒng)上電，如果伺服放大器為“0”則故障在軸板或系統(tǒng)主板；如果伺服放大器為“1”則故障在伺服放大器本身。

如果確認(rèn)是系統(tǒng)軸控制卡（軸板）故障或系統(tǒng)伺服模塊故障，則應(yīng)更換系統(tǒng)軸板或?qū)υ摪暹M(jìn)行檢修。

基本任務(wù)5　機(jī)床運(yùn)行中回轉(zhuǎn)臺(tái)交流伺服電機(jī)突然不啟動(dòng)，是突發(fā)性、無(wú)報(bào)警故障

故障分析：故障發(fā)生在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)范圍，應(yīng)該是伺服系統(tǒng)發(fā)生故障，由控制原理對(duì)伺服調(diào)節(jié)過(guò)程分析，初步分析不是位置環(huán)故障（如果是位置環(huán)故障，PLC可以報(bào)警）。PLC報(bào)警不包括速度環(huán)的故障，不該利用調(diào)用PLC狀態(tài)參數(shù)信息表。估計(jì)故障點(diǎn)應(yīng)在速度環(huán)，是速度環(huán)的硬件故障。為驗(yàn)證、發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，檢查速度環(huán)節(jié)的硬件：

①驅(qū)動(dòng)電纜是否斷線(xiàn)或接觸不良。

②是否過(guò)載保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。

③機(jī)械負(fù)荷太大。

④速度調(diào)節(jié)器故障，是否功率驅(qū)動(dòng)中大功率管擊穿。

⑤電機(jī)故障，是否永磁體脫落或退磁。

用簡(jiǎn)單排他法分析：外觀檢查無(wú)異常，過(guò)載保護(hù)裝置沒(méi)動(dòng)作，正常；故障發(fā)生后處于制動(dòng)狀態(tài)，制動(dòng)未釋放、無(wú)傳動(dòng)故障。

故障檢查：對(duì)速度控制單元進(jìn)行測(cè)試，檢查可能發(fā)生故障的部位。采用信號(hào)強(qiáng)制輸入法，檢查速度調(diào)節(jié)器是否發(fā)出速度指令。操作過(guò)程：斷電；首先查電纜，接點(diǎn)是否完好；然后斷開(kāi)速度調(diào)節(jié)器兩端，標(biāo)準(zhǔn)+24 V模擬速度信號(hào)強(qiáng)制輸入，測(cè)試其輸出是否正常，若發(fā)現(xiàn)沒(méi)有輸出，斷定故障點(diǎn)是速度調(diào)節(jié)器，本例中正是此問(wèn)題。

故障處理：更換速度調(diào)節(jié)器，故障排除。

◎思考題

1.伺服驅(qū)動(dòng)器不上電，故障原因可能有哪些？如何排除？

2.伺服電動(dòng)機(jī)上電不轉(zhuǎn)，編碼器不反饋，故障原因可能有哪些？如何排除？