1-4进给异常故障诊断与维修

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1、第5章学习情境四伺服进给系统异常故障诊断与维修5.1概述5.1.1进给伺服系统的作用及其分类数控系统所发出的控制指令，是通过进给伺服系统驱动执行元件，最终实现精度的进给运动的，因此，进给伺服系统实际上是一种高楮度的位置跟随与定位系统。数控机床的精度及性能与其使用的伺服系统的类型有关，一般对进给伺服系统有以下儿种分类方式：（1）按驱动方式分，可分为液压伺服系统、气压伺服系统和电气伺服系统。（2）按执行元件的类别分，可分为步进电动机伺服系统、直流电动机伺服系统和交流电动机伺服系统。（3）按有无检测元件分，可分为开环伺服系统、闭环伺服系统

2、和半闭环伺服系统。（4）按输出被控制量的性质分，可分为位置伺服系统和速度伺服系统。5.1.2数控机床对进给伺服系统的要求进给伺服系统的性能决定了数控机床的许多性能，如最高移动速度、伦廓跟随精度、定位粕度等。一般对进给伺服系统有如下要求：（1）精度高。数控机床的加工精度是其主要性能指标Z—,为了保证高的加工精度,要求位置控制中有高的定位精度，而在速度控制屮要有较高的调速精度。此外还要求有•较强的抗负载十扰的能力。（2）响应快。为了保证轮廓切削形状精度，降低加工表面的粗糙度，除了要求有较髙的定位粕度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求

3、跟踪指令信号的响应要快，滞后要小。（3）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电动机能提供的最高转速和最低转速之比。対于一•般数控机床而言，要求进给驱动机构在0〜24m/inin的速度范围内都能工作,根据这一要求，对于伺服电动机及其速度控制单元而言，其调速范围至少耍达到1：lOOOo（4）低速大转矩。根据机床加工特点，大都是在低速吋进行重切削，即在低速时进给驱动有人的转矩输出。这样可使动力源尽量靠近机床的执行机构，从而可缩短进给驱动的传动链，使传动装置机械部分的结构简化，系统的刚性增加。5.1.3电气伺服驱动系统早期的数控机床以采用电

4、液伺服驱动的较多，现在数控机床均采用全电气伺服驱动系统，它分为步进驱动系统、直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统三人类。1.步进驳动系统步进驱动系统采用步进电动机作为执行元件，步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移的电动机，冃前均选用功率型步进电动机，步进驱动系统一般•脉冲增量插补算法相配合。这种系统控制简单、价格低廉，主要用r经济型数控机床或者普通机床的数控化改造。1.直流伺服驱动系统直流伺服驱动系统采用总流电动机作为执行元件，山于大惯量总流电动机具有良好的宽调速特性。输出转矩大，过载能力强，且由于其

5、白身惯量人，与机床传动部件的惯量相当，因此，所构成的闭环系统在电动机安装到机床上之前调整好后，在机床上几乎不需要再作调整，使川方便。此类电动机大多配冇晶闸管全控或半控桥SCRD调速装置。为适应一部分数控机床（如钻床、冲床等）频繁起动、制动及快速定位的要求，乂发展了直流中小惯量伺服电动机以及人功率晶体管脉宽调制（PWM）驱动装置。山于直流电动机具有良好的调速性能，因此，在一段时期内（20世纪70年代到80年代中期），直流伺服系统被广泛应用于数控机床的进给驱动以及其他工业控制之屮。2.交流伺服驱动系统由于直流伺服电动机使用机械（电刷、换

6、向器）换向，因此它存在许多缺点。多年来。人们一直在试图使用交流电动机代替总流电动机，其困难在于交流电动机很难达到总流电动机那样满意的调速性能。进入20世纪80年代后，由于交流伺服电动机的材料、结构以及控制理论与方法均有了突破性发展，微电子技术和功率半导体器件的发展又为其控制方法的实现创造了条件，使得交流驱动装置发展很快，而交流伺服电动机最大的优点在于不盅耍维护，制造简单，适合于恶劣环境卜-工作，冃前交流伺服系统已逐渐取代直流伺服系统，成为数控机床进给驱动的主流。应用于进给驱动的交流伺服电动机有交流同步电动机与笼型异步电动机两大类。由

7、于数控机床进给驱动是功率-•般不大（一般在数百瓦至数千瓦），加Z笼型界步电动机调速指标一般不如交流同步电动机，因此大多数进给驱动装置采用的是交流同步电动机。目前常见的应用于数控机床的交流伺服驱动装置主要有如卜•三类：（1）有晶体管（TGR）或其他元件（如1GBT等）作为驱动器件组成的变频器供电，控制交流永磁同步电动机。（2）采用将交流电动机模拟成玄流电动机等效控制的欠量变换控制算法控制交流感应异步电动机。（3）无刷直流电动机。它实际上采用具有位置检测的交流同步电动机，使用大功率品体管或其他驱动辭件和位置检测完成成电子换向，代替了直流

8、电动机的电刷和机械换向器，由变频装置供电。5.1.4进给伺服系统的开环、闭环与半闭环控制数控机床伺服系统按冇无位置检测元件又分为开环和闭环两大类，闭环系统按位置检测元件的安装位置又分为全闭坏和半闭坏两种。开环控制采用步进电动机作为驱动