FANUC系统主轴准停功能在HMC63e上的应用

FANUC系统主轴准停功能在HMC63e上的应用摘要主轴准停功能又称作主轴定向功能，主轴定向在数控机床中应用广泛、并且必不可少。例如，带有自动刀具交换的数控机床必须设置主轴准停机构。通常主轴准停机构有两种方式，即机械式和电气功能式。所谓机械式就是用机械档块来实现；所谓电气功能式就是利用fanuc系统的主轴控制单元的功能来实现。现代数控机床采用电气式准停方式定位的较多，本文主要阐述利用fanuc系统主轴准停功能实现来hmc63e主轴准停的方法。

关键词数控机床；主轴准停功能；fanuc系统

中图分类号th2 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）44-00127-02

1 主轴准停的梯形图

1）主轴准停的相关信号

g70.6：主轴准停控制信号。

f45.7：主轴准停完成信号。

sh00a-sh11a（g78，g79.0-g79.3）：主轴定向停止位置外部设定信号

2）主轴准停基本梯形图

图1中，m19为主轴定向请求指令，f7.0为m指令选通信号，g4.3为m指令应答信号；g70.4为主轴正转信号；g70.5为主轴反转信号；f1.1为复位信号，g8.4为急停信号。

伺服系统设计.

辽宁工程技术大学《电力拖动自动控制系统》课程设计 目录 1、前言 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计内容 (1) 2、伺服系统的基本组成原理及电路设计 (2) 2.1伺服系统基本原理及系统框图 (2) 2.2 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制 (4) 2.3 伺服系统的程序 (6) 3、仿真波形图 (9) 结论 (12) 心得与体会 (13) 参考文献 (14)

1、前言 1.1设计目的 1、使学生进一步掌握电力拖动自动控制系统的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力； 2、使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力； 3、熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。 1.2设计内容 1、分析和设计具有三环结构的伺服系统，用绘图软件（matlab）画原理图还有波形图； 2、分析并理解具有三环结构的伺服系统原理。

2、伺服系统的基本组成原理及电路设计 2.1伺服系统基本原理及系统框图 伺服系统三环的PID控制原理: 以转台伺服系统为例,其控制结构如图2-1所示,其中r为框架参考角位置输入信号, 为输出角位置信号. 图2-1 转台伺服系统框图 伺服系统执行机构为典型的直流电动驱动机构,电机输出轴直接与负载-转动轴相连,为使系统具有较好的速度和加速度性能,引入测速机信号作为系统的速度反馈,直接构成模拟式速度回路.由高精度圆感应同步器与数字变换装置构成数字式角位置伺服回路. 转台伺服系统单框的位置环,速度环和电流环框图如图2-2,图2-3和图2-4所示. 图2-2 伺服系统位置环框图 图2-3 伺服系统速度环框图

主轴伺服系统的故障形式及诊断方法

主轴伺服系统的故障形式及诊断方法 当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种表现形式：一是在CRT或操作面板上显示报警信息或报警内容；二是在主轴驱动装置上用警报灯数码管显示主轴驱动装置的故障；三是主轴工作不正常，但无任何报警信息，主轴伺服系统常见的故障有： 1、外界干扰 由于受电磁干扰，屏蔽和接地措施不良，主轴转速指令信号或反馈信号受到干扰，使主轴驱动出现随机和无规律性的波动。判别有无干扰的方法是：当主轴转速指令为零时，主轴仍往复转动，调整零速平衡和漂移补偿也不能消除故障。 2、过载 切削用量过大，频繁正、反转等均可引起过载报警。具体表现为主轴电动机过热、主轴驱动张制显示过电流报警等。 3、主轴定位抖动 主轴准停用于刀具交换，精镗退刀以及齿轮换档等场合，有三种实现方式： （1）机械准停控制 （2）磁性传感器的电气准停控制 （3）编码器型的准停控制 4、主轴转速与进给不匹配 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，主轴仍继续运转的故障。要执行每转进给的指令，主轴必须有每转一个脉冲的反馈信号，一般情况下为主轴编码器有问题。可以用下列方法来确定：

1.CRT画面有报警显示。 2.通过CRT调用机床数据或I/O状态，观察编码器的信号状态， 3.用每分钟进给指令代替每转进给来执行程序，观察故障是否消失。 5、转速偏离指令值 当主轴转速超过技术要求所规定的范围时，要考虑：1.电动机过载。 https://www.wendangku.net/doc/8b1966429.html,C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。 3.测速装置有故障或速度反馈信号断线。 4.主轴驱动装置故障。 6、主轴异常噪声及振动 首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。1.在减速过程中发生一般是又驱动装置造成的，如交流驱动中的再生回路故障。2.在恒转速时产生，可通过观察主轴电动机自由停车过程中是否有噪音和振动的来区别，如存在，则主轴机械部分有问题3.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。 7、主轴电动机不转 CNC系统至主轴驱动装置除了转速模拟量控制信号外，还有使能控制信号，一般为DC+24V继电器线圈电压。1.检查CNC系统是否有速度控制信号输出。2.检查能使信号是否接通。通过CRT观察I/O状态，分析机床PLC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。3.主轴驱动装置故障。4.主轴电动机故障。

数控机床用主轴伺服系统

数控机床用主轴伺服系统 数控机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。根据机床主传动的工作特点，早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展，机床结构有了很大的改进，从而对主轴系统提出了新的要求，而且因用途而异。在数控机床中，数控车床占42％，数控钻镗铣床占33％，数控磨床、冲床占23％，其他只占2％。为了满足量大面广的前两类数控机床的需要，对主轴传动提出了下述要求：主传动电动机应有2.2～250kW的功率范围；要有大的无级调速范围，如能在1：100～1000范围内进行恒转矩调速和1：10的恒功率调速；要求主传动有四象限的驱动能力；为了满足螺纹车削，要求主轴能与进给实行同步控制；在加工中心上为了自动换刀，要求主轴能进行高精度定向停位控制，甚至要求主轴具有角度分度控制功能等等。 主轴传动和进给传动一样，经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动，而随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代，目前已很少见到在数控机床上有使用直流主轴伺服系统了。但是国内生产的交流主轴伺服系统的产品尚很少见，大多采用进口产品。 交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结 构形式，而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。而交流主轴电动机的情况则不同，交流主轴电动机均采用异步电动机的结构形式，这是因为，一方面受永磁体的限制，当电动机容量做得很大时，

电动机成本会很高，对数控机床来讲无法接受采用；另一方面，数控机床的主轴传动系统不必像进给伺服系统那样要求如此高的性能，采用成本低的异步电动机进行矢量闭环控制，完全可满足数控机床主轴的要求。但对交流主轴电动机性能要求又与普通异步电动机不同，要求交流主轴电动机的输出特性曲线（输出功率与转速关系）是在基本速度以下时为恒转矩区域，而在基本速度以上时为恒功率区域。 交流主轴控制单元与进给系统一样，也有模拟式和数字式两种，现在所见到的国外交流主轴控制单元大多都是数字式的。 它们的工作过程简述如下：由数控系统来的速度指令（如10V时相当于6000r/min或4500r/min）在比较器中与检测器的信号相与之后，经比例积分回路3将速度误差信号放大作为转矩指令电压输出，再经绝对值回路4使转矩指令电压永远为正。然后经函数发生器6（它的作用是当电动机低速时提高转矩指令电压），送到V／F变换器7，变成误差脉冲（如10V相当于200kHz）。该误差脉冲送到微处理器8并与四倍回路17送来的速度反馈脉冲进行运算。在此同时，交预先写在微处理器部件中的ROM中的信息读出，分别送出振幅和相位信号，送到DA强励磁9和DA振幅器10。DA强励磁回路用于控制增加定子电流的振幅，而DA振幅器用于产生与转矩指令相对应的电动机定子电流的振幅。它们的输出值经乘法器11之后形成定子电流的振幅，送给U相和V相的电流指令回路12。另一方面，从微处理器输出的U、V两相的相位（即sinθ和sin(θ-120°））也被送到U相和V相的电流指令回路12，它实际上也是一个乘法器，通过它形成

FANUC主轴驱动系统的故障诊断与维修

轴系统相同，但驱动器为数字式。驱动系统在攻螺纹、定位刚性、快速性与操作性能上有了较大的改进，其余性能与模拟式交流主轴系统相似。3)A06B-07**系列交流主轴电动机与A 06-6059系列数字式交流主轴驱动器配套组成的交流主轴驱动系统系列产品。该系列主轴驱动系统为FANUC公司20世纪80年代中期开发的交流主轴改进型产品，主要配套的系统有FANUCll、FANUC0、FANUCl5等。该系列产品可分为S系列(标准型)、P系列(广域恒功率调速)、H系列(高速润滑脂)、VH系列(高速油雾润滑)、HV系列(高电压输入)等几个系列。产品一般与A06-6059系列数字式交流主轴驱动器配套使用，其中，S系列为常用产品，在数控机床上使用最广。该系列产品主电动机采用了电磁心定子直冷的冷却型式，与早期的主轴驱动系统相比，提高了输出功率与转速，减小了系统的体积与重量；驱动器采用了更先进的控制技术和电子元器件，进一步提高了系统的性能。驱动系统功能强、可靠性好，在数控机床上得到了广泛应用，是数控机床维修过程中常见的主轴驱动系统之一。4)FANUC α/ai系列主轴驱动系统，它是FANUC公司的最新产品，其中αi系列主轴驱动系统为本世纪初开发的最新数控机床主轴驱动系统系列产品，是α系列的改进型。α/αi系列产品共有标准型α/αi系列、广域恒功率输出型αP/αPi系列、经济型αC/αCi系列、中空型(αT /αTi系列、强制冷却型αL/αLi系列、高电压输入型α(HV)/α(HV)i系列、高电压输入广域恒功率输出型αP(HV)/αP(HV)i系列、高电压输入中空型αT(HV)/αT(HV)i系列、高电压输入强制冷却型αL(HV)/αL(HV)i系列等产品。其中αLi系列最高输出转速为20000r/min、α(HV)i系列最大额定输出功率可达l00kW，可满足绝大多数数控机床的主轴要求。该系列产品的主要特点如下：①通过绕组转换功能，进一步增加了高速输出范围，缩短了加/减速时间，对于αPi系列，其恒功率输出范围比α系列扩大了1.5倍。②采用了最新的定子直接冷却方式，进一步减小了电动机外型尺寸，提高了输出功率和转矩。③通过精密的铝合金转子和严格的动平衡，使电动机在高速时振动级达到了V3级。④可以选择不同的排风

S形曲线在伺服控制系统中的应用分析

S形曲线在伺服控制系统中的应用分析 发表时间：2007-12-6郝为强来源：《伺服控制》网络版 关键字：伺服系统机械共振S形曲线Simulink 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享 工业控制领域常用的位置或速度控制曲线包括梯形曲线、S形曲线等。本文对伺服控制系统仿真模型，并对该模型进行了仿真分析。仿真结果表明，S形速度控制曲线较之梯形曲线能够带来更小的负载速度超调与调整时间。 伺服系统具有优异的控制带宽，快速的响应速度和定位精度，已被越来越广泛地应用到 机械控制系统中。机械系统中常用的传动方式有带传动、链传动、齿轮传动等等。带传动结 构简单、适宜远距离传输，而齿轮传动准确度高，适宜对传动精度要求较高的场合。虽然上 述传动方式各具优点，但传动刚性相差较大，比如带传动的刚性较弱，属于柔性件传动；而 齿轮传动的刚性较强。传动部分的刚性与伺服控制系统的闭环共振频率点密切相关。如果机 械传动部分的刚性较弱，如带传动，则伺服控制系统在通过增益调节而改善闭环控制带宽的 过程中很容易出现共振频率点，从而导致伺服控制系统的位置或速度跟踪出现波动，甚至出 现振荡，同时机械噪音显著增加，严重恶化了伺服控制系统的性能。 为了有效地抑制共振频率点，从而改善伺服控制系统性能，设计低通滤波器或陷波器是 伺服控制领域经常使用的方法。低通滤波器主要用来抑制高频共振，但会降低了伺服控制系 统的带宽；陷波器即为带阻滤波器，主要针对共振频率点进行抑制，由于伺服控制系统共振 频率点可能有多个，且很难准确测定，因此陷波器实际的抑制效果往往不是很理想。同时无 论是低通滤波器还是带通滤波器都存在不同程度的相位延迟，使用不当可能使得伺服控制系 统出现更大的过冲或振荡，因此使用时需要反复进行对比试验，较为复杂。 工业控制领域常用的位置或速度控制曲线包括梯形曲线、S形曲线等，见图1。 图1(a)梯形位置或速度控制曲线图

伺服系统介绍.doc

一、相关概念 伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。 在机器人中，伺服驱动器控制电机的运转。驱动器采用速度环，位置环，电流环三环闭环电路，内部还设有错误检出和保护电路。驱动器通过通信连接器，控制连接器，编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。通信连接器主要用于跟电脑或控制器通信。控制连接器用于跟伺服控制器联接，驱动器所需的输入信号、输出信号、控制信号和一些方式选择信号都通过该控制连接器传输，它是驱动器最为关键的连接器。编码连接器跟电机编码器连接，用于接收编码器闭环反馈信号，即速度反馈和换向信号。 伺服电机主要用于驱动机器人的关节。关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服电机的要求非常高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻，还必须经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件，做到高可靠性和稳定性。伺服电机分为直流、交流和步进，工业机器人用的较多的是交流。 机器人用伺服电机

二、伺服系统的技术现状 2.1视觉伺服系统 随着机器人技术的迅猛发展,机器人承担的任务更加复杂多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服控制利用视觉信息作为反馈，对环境进行非接触式的测量,具有更大的信息量，提高了机器人系统的灵活性和精确性,在机器人控制中具有不可替代的作用。 视觉系统由图像获取和视觉处理两部分组成,图像的获取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用获取的图像信息得到视觉反馈的过程。基本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。视觉伺服中的视觉反馈主要有基于位置、图像特征和多视图几何的方法。 其中,基于位置的方法将视觉系统动态隐含在了目标识别和定位中，从而简化了控制器的设计，但是一般需要已知目标物体的模型，且对图像噪声和相机标定误差较为敏感。基于图像特征的视觉反馈构造方法，其中基于特征点的方法在以往的视觉伺服中应用较为广泛，研究较为成熟，但是容易受到图像噪声和物体遮挡的影响，并且现有的特征提取方法在发生尺度和旋转变化时的重复性和精度都不是太好，在实际应用中存在较大的问题。因此，学者们提出了基于全局图像特征的视觉反馈方法，利用更多的图像信息对任务进行描述，从而增强视觉系统的鲁棒性，但是模型较为复杂，控制器的设计较为困难，且可能陷入局部极小点。目前针对这一类系统的控制器设计的研究还比较少,一般利用局部线性化模型进行控制,只能保证局部的稳定性。多视图几何描述了物体多幅图像之间的关系，间接反映了相机之间的几何关系。相比于基于图像特征的方法，多视图几何与笛卡尔空间的关系较为直接，简化了控制器的设计。常用的多视图几何包括单应性、对极几何以及三焦张量。 2.2伺服系统控制技术 现代的机器人伺服系统多采用交流伺服驱动系统，而且正在逐渐向数字化方向转变。数字控制技术已经五孔不入，如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器，把功能更加强大的控制器芯片已经各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服系统中，可以实现更好的控制性能。 最近几十年，由于微电子技术的进步，各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场，为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。如今，各种新型的伺服控制策略大量涌现，大有与传统控制策略一较高低的趋势下面简单介绍几种： 1）矢量控制矢量控制技术的提出，为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为：以转子旋转磁场作为参考系，将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量，且使两电流分量相互正交，同时对交直轴电流分量的

FANUC_0i_Mate_数控系统主轴驱动的连接..

FANUC 0i Mate 数控系统主轴驱动的连接 FANUC 0i Mate系统主轴控制可分为主轴串行输出/主轴模拟输出（Spindle serial output/Spindle analog output）。用模拟量控制的主轴驱动单元（如变频器）和电动机称为模拟主轴，主轴模拟输出接口只能控制一个模拟主轴。按串行方式传送数据（CNC给主轴电动机的指令）的接口称为串行输出接口；主轴串行输出接口能够控制两个串行主轴，必须使用FANUC的主轴驱动单元和电动机。 1、FANUC 0i MateC 数控系统模拟主轴的连接如下图： 图5-6 802C系统与变频器的连接 系统与主轴相关的系统接口有： JA40：模拟量主轴的速度信号接口（0~10V），CNC输出的速度信号（0-10V）与变频器的模拟量频率设定端连接，控制主轴电机的运行速度。 JA7A：串行主轴/主轴位置编码器信号接口，当主轴为串行主轴时，与主轴变频器的JA7B连接，实现主轴模块与CNC系统的信息传递；当主轴为模拟量主轴时，该接口又是

主轴位置编码的主轴位置反馈接口。 2、FANUC Oi Mate主轴相关参数表5.7 FANUC Oi Mate主轴相关参数

1）FANUC 0i的模拟主轴设置和siemens802s/c的模拟主轴设置基本类似，也可以分为单极性主轴和双极性主轴。单/双极性主轴的设置首先通过CNC主轴参数3706#6、#7设置极性。 TCW、CWM为主轴速度输出时电压极性。 其次，通过变频器参数选择频率控制输入信号的类型，以FUJI FRENIC-Multi为例，设置F01为1。

伺服系统的故障分析与维修

第 3 章伺服系统的故障分析与维修3．1 伺服系统概述 数控机床的伺服驱动系统主要有两种：进给驱动系统和主轴驱动系统。 前者控制机床各坐标轴的切削进给运动，后者控制机床主轴的旋转运动。 它们的职能是提供切削过程中所需要的转矩和功率，可以任意调节运转速度和准确的位置控制。 数控机床的伺服驱动系统分直流与交流两类不同的装置。 1、伺服系统的概念 伺服系统是以机械位置或角度作为控制量的自动控制系统。 在数控机床中，CNC 控制器经过插补运算生成的进给脉冲或进给位移量指令输入到伺服系统，由伺服系统经变换和功率放大转化为机床机械部件的高精度运动。 伺服系统既是数控机床控制器与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节，它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。 数控机床的最高移动速度、运动精度和定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动、静态性能。 研究与开发高性能的伺服系统是现代数控机床的关键技术之一。 早期的数控机床，尤其是大中型数控机床常采用电液伺服系统驱动。 从八十年代起全电气伺服系统成为数控机床的主要驱动器。 2、伺服系统的基本技术要求 （1）精度高 伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。 在速度控制中，要求高的调速精度，比较强的抗负载扰动能力。即对静、动态精度要求都比较高。 （2）稳定性好 稳定性是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 随伺服系统要求有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。 稳定性直接影响数控价格的精度和表面粗糙度。 （3）快速响应 快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快。 这一方面要求过渡过程时间要短，一般在200 ms 以内，甚至小于几十毫秒；另一方面要求超调要小。 （4）调速范围宽 调速范围Rn 指生产机械要求电机能提供的最高转速nmax 和最低转速nmin之比：Rn=nmax/nmin 。 通常，nmax和nmin一般对指额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，也可以是实际负载的转速。 1）进给伺服系统的调速要求

FANUC 系统常见术语

FANUC 系统常见术语 1、控制轨迹数（Controlled Path）：CNC控制的进给伺服轴（进给）的组数。加工时每组形成一条刀具轨迹，各组可单独运动，也可同时协调运动。 2、控制轴数（Controlled Axes）：CNC控制的进给伺服轴总数/每一轨迹。 3、联动控制轴数（Simultaneously Controlled Axes）：每一轨迹同时插补的进给伺服轴数。 4、PMC控制轴（Axis control by PMC）：由PMC（可编程机床控制器）控制的进给伺服轴。控制指令编在PMC的程序（梯形图）中，因此修改不便，故这种方法通常只用于移动量固定的进给轴控制。 5、Cf轴控制（Cf Axis Control）（T系列）：车床系统中，主轴的回转位置（转角）控制和其它进给轴一样由进给伺服电动机实现。该轴与其它进给轴联动进行插补，加工任意曲线。 6、Cs轮廓控制（Cs contouring control）（T系列）：车床系统中，主轴的回转位置（转角）控制不是用进给伺服电动机而由FANUC主轴电动机实现。主轴的位置（角度）由装于主轴（不是主轴电动机）上的高分辨率编码器检测，此时主轴是作为进给伺服轴工作，运动速度为：度/分，并可与其它进给轴一起插补，加工出轮廓曲线。 7、回转轴控制（Rotary axis control）：将进给轴设定为回转轴作角度位置控制。回转一周的角度，可用参数设为任意值。FANUC系统通常只是基本轴以外的进给轴才能设为回转轴。 8、控制轴脱开（Controlled Axis Detach）：指定某一进给伺服轴脱离CNC的控制而无系统报警。通常用于转台控制，机床不用转台时执行该功能将转台电动机的插头拔下，卸掉转台。 9、伺服关断（Servo Off）：用PMC信号将进给伺服轴的电源关断，使其脱离CNC的控制用手可以自由移动，但是CNC仍然实时地监视该轴的实际位置。该功能可用于在CNC机床上用机械手轮控制工作台的移动，或工作台、转台被机械夹紧时以避免进给电动机发生过流。 10、位置跟踪（Follow-up）：当伺服关断、急停或伺服报警时若工作台发生机械位置移动，在CNC的位置误差寄存器中就会有位置误差。位置跟踪功能就是修改CNC控制器监测的机床位置，使位置误差寄存器中的误差变为零。当然，是否执行位置跟踪应该根据实际控制的需要而定。 11、增量编码器（Increment pulse coder）：回转式（角度）位置测量元件，装于电动机轴或滚珠丝杠上，回转时发出等间隔脉冲表示位移量。由于码盘上没有零点，故不能表示机床的位置。只有在机床回零，建立了机床坐标系的零点后，才能表示出工作台或刀具的位置。使用时应该注意的是，增量编码器的信号输出有两种方式：串行和并行。CNC单元与此对应有串行接口和并行接口。 12、绝对值编码器（Absolute pulse coder）：回转式（角度）位置测量元件，用途与增量编码器相同，不同点是这种编码器的码盘上有绝对零点，该点作为脉冲的计数基准。因此计数值既可以映位移量，也可以实时地反映机床的实际位置。另外，关机后机床的位置也不会丢失，开机后不用回零点，即可立即投入加工运行。与增量编码器一样，使用时应注意脉冲信号的串行输出与并行输出，以便与CNC单元的接口相配。（早期的CNC系统无串行口。） 13、FSSB（FANUC 串行伺服总线）：FANUC 串行伺服总线（FANUC Serial Servo

伺服系统基础知识资料

交流永磁同步伺服驱动系统 一、伺服系统简介 伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。 交流永磁同步伺服驱动系统（以下简称伺服系统），是基于国外高端伺服技术开发出适合于国内环境的伺服驱动系统，具有性能优异、可靠性强，广泛应用于数控机床、织袜机械、纺织机械、绣花机、雕刻机械等领域，在这些要求高精度高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显的优势。其中，PMSM具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高。交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。伺服系统调速范围一般的在1:5000～1:10000；定位精度一般都要达到±1个脉冲；稳速精度，尤其是低速下的稳速精度，比如给定1rpm时，一般的在±0.1rpm以内，高性能的可以达到±0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90°或者幅值不小于50％。应用在特定要求高的一些场合，目前国内主流产品的频率在200～500Hz。运行稳定性方面，主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。 二、伺服系统的组成 伺服系统的组成 1.上位机 上位机通过控制端口发送指令（模拟指令或脉冲指令）给驱动器。驱动器跟随外部指令来执行，同时驱动器反馈信号给上位机。 2.驱动器

FANUC 0-C 系统的基本结构及维修方法 发那科伺服驱动器维修

FANUC 0-C 系统的基本结构及维修方法发那科伺服驱动器维修 FANUC 0-C系统的基本结构及维修方法 一 FANUC 0-C系统的基本结构 1．主PCB板 主PCB板（主印刷电路板）是系统的主控制板，由主CPU及其外围电路组成，也是安装其它PCB板的基板。是0-C系统的基本组成部分。系统控制单元有A 、B 两种型号。A、B单元的选择是根据机床的需要来确定的，一般A规格主要用于4轴之内的系统，B规格用于5轴以上的系统。主PCB板与控制单元相同，也分为A、B两种规格，与控制单元配合使用。 2．电源单元 电源单元是0-C系统的基本组成部分，根据输出功率的不同有A、AI、B2三种型号，其中电源单元AI包含了输入单元，是最常用的一种。 3．存储卡 存储卡是0-C系统的基本组成部分，是程序、数据存储的关键部分。另外，存储卡上还有串行主轴接口、模拟主轴接口、主轴位置编码器接口、手摇脉冲发生器接口、CRT/MDI接口、阅读机/穿孔机接口等。 4．输入/输出卡 输入/输出卡是0-C系统的基本组成部分，是连接CNC与机床侧开关信号的中间部分。根据输入/输出点数的不同，有I/OC5卡（I/O点数：40/40）、I/OC6卡（I/O点数：80/56）、I/OC7卡（I/O点数：104/72）几种。 5．1~4轴控制卡 1~4轴控制卡是0-C系统的基本组成部分。0-C系统采用全数字式伺服控制，其控制的核心（位置环、速度环、电流环）都在轴卡上。根据控制轴数的不同，轴卡分2轴卡、3/4轴卡几种。 6．PMC-M控制卡 PMC-M卡是0-C系统的选择部分。如果内装PMC-L不能满足要求，需要选择此控制卡。PMC-M卡有以下几种规格。 PMC-M电路板 A16B-1211-0907 PMC-M（I/O Unit 光缆） A16B-1211-0909 PMC-M（I/O Link主+ 子功能） A16B-2200-0345 PMC-M（I/O Link主功能） A16B-2200-0346 7．图形控制及2/3手脉接口卡 图形控制及2/3手摇脉冲发生器接口卡是0-C系统的选择部分，当系统需要图形显示功能、伺服波形显示功能或要连接2/3手摇脉冲发生器时，必须选择此控制卡。 8．宏程序ROM卡 宏程序ROM卡是0-C系统的选择部分。系统使用宏程序执行器时，用户的宏程序固化在宏程序卡的ROM中。 9．子CPU卡和远程缓冲卡

主轴伺服系统故障诊断与维修

主轴伺服系统故障诊断与维修 摘要：本文通过对数控机床主轴伺服系统的介绍，阐述了主轴伺服系统的故障所产生的形式、不同的故障点主要产生的原因，以及根据不同故障所表现形式去分析、解决问题。通过对主轴伺服系统维修实例的讲解，为我们今后在生产一线提供一些解决问题的思路。 关键词：主轴伺服系统故障诊断主轴编码器CNC Abstract: Based on the numerical control machine tool spindle of servo system, the author introduces the main shaft servo system fault produced form, different failure causes of the main point, and the form according to different fault to analysis, solve the problem. Through an example of spindle servo system maintenance its interpretation, for our future in production line to provide some methods to resolve problems. Keywords: spindle servo system, fault diagnosis, main shaft encoder, CNC 主轴驱动系统就是在系统中完成主运动的动力装置部分。它带动工件或刀具作相应的旋转运动，从而能配合进给运动，加工出理想的零件。主轴驱动变速目前主要有两种形式：一是主轴电动机齿轮换档，目的在于降低主轴转速，增大传动比，放大主轴功率以适应切削的需要；二是主轴电动机通过同步齿形带或皮带驱动主轴，该类主轴电动机又称宽域电机或强切削电动机，具有恒功率宽的特点。由于无需机械变速，主轴箱内省却了齿轮和离合器，主轴箱实际上成了主轴支架，简化了主传动系统，从而提高了传动链的可靠性。 1 主轴伺服系统故障诊断

机械设备中伺服系统的设计与应用

价值工程 1机械设备伺服系统传动装置的设计背景研究在机械设备伺服系统当中，传动装置是很关键的一个组成环节，在一些精密的机床以及仪器工作台的自动定位、 机械运动以及数控机床托板移动中都有了很深入和广泛的应用，应用中传动装置主要是利用转矩和转速的传递来保障伺服系统电动机与负载之间的良好匹配。在机械设备当中，伺服系统主要是应用于工作台和砂轮架的回转和移动，据其功能与作用我们就不难认识到，在进行伺服系统的设计与应用时就应当在考虑其强度与刚度的同时进一步的关注其精度、摩擦和惯性力等，在我们目前广泛应 用的大型机械设备当中，砂轮架在X 轴上的移动、 托板在Z 轴上的移动以及高机构在U 轴上的移动都是需要伺服电机来进行驱动的。正是因为这样，我们才提出机械设备伺服系统的传动装置与整个机械设备的精度以及生产效率都息息相关，本文也正是在这样一种背景和前提之下，对机械设备伺服系统当中传动装置的设计与应用进行了说明和分析。 2估算载荷 在进行机械设备伺服系统的设计与应用时，最为首要 的就是要根据机械设备本身的尺寸、 重量以及功能配置等方面的具体条件来对其载荷进行估计。在估算之前，首先就要对机械设备本身的尺寸、托板长度、润滑方式以及导轨的类型进行确定；然后再确定出托板上需要安装的部件，包括垫板、砂轮架、电气操纵台、液压部件以及测量装置等，这样就可以准确的估算出托板所需要承受的实际总重量。 3选择伺服电动机型号 3.1传动总转速比的选择原则实际工作中机械设备伺服系统的传动装置所面临的实际工作环境和工作状况往往都是有所不同的，因此其载荷的综合也就需要结合具 体的情况来进行分析和确定。一般作用在传动装置上的载荷主要是有以下几类：工作载荷、摩擦载荷和惯性载荷等， 上文中所探讨的从伺服电动机到负载之间功率传递的过程当中，总转速比的选择实际上探讨的就是转速与转矩之间的合理匹配问题。仅仅从托板的角度上来看待的话，伺服系统传动装置的总传动比一般情况下就是降速的，在进行分析和确定的过程当中就要较多的考虑到各个方面的具体问题，包括转速对整个系统稳定性、快速性以及精确性的影响、伺服电机与负载之间最佳匹配等，这样一些方面的保证和确定都是非常关键和必要的，对整体设计的功能以及效果都有影响。 3.2伺服电动机型号的选择 3.2.1采用齿轮齿条传动在采用齿轮齿条传动方式的情况下，我们就可以根据相关方面的计算来对电动机的型号进行确定和选择。首先，作用于齿轮之上沿着导轨方向上的外力为： F 外力=μmg+ma μ是导轨上的摩擦因素，m 是负载的总重量，g 是物体的重力加速度，a 是负载在启动时候的加速度。 作用于齿轮上的最终的输出扭矩为：T 输出=F 外力*d/2 d 是齿轮节圆的直径，相应的电机的输出扭矩也就可以表示如下： T 1=T 输出/(i*η) i 是减速器的传动比，而η表示的是整个传动装置的传动效率。上述所说明的一系列计算我们就可以得出一系列的参数，根据参数就可以对电机的型号进行选择。 3.2.2采用滚珠丝杆传动我们从两个具体的角度来对伺服电动机型号的选择进行说明。按最大切削负载转矩来计算电机的扭矩，在这样一种计算模式下，最大切削负载转矩就不能够超过电动机的额定转矩，将其折算成为电动机的最大切削负载转矩就可以表示如下： T t =F max P h 2πη +T f1+T f2!" i —————————————————————— —作者简介：高绍峻（1987-），男，天津人，大专学历，研究方向为数 控技术。 机械设备中伺服系统的设计与应用 Design and Application of Servo System in Mechanical Equipment 高绍峻GAO Shao-jun （天津药业集团，天津300457） （Tianjin Pharmaceutical Group ， Tianjin 300457，China ）摘要：在本文中主要是结合托板传动链的设计实例来对机械设备中伺服系统的设计与应用进行了分析和说明，相应考虑到设计 中的具体问题。本文主要是分析不同传动方式在应用过程中的优势与不足，并针对性的提出解决的方法和意见，尽可能保证能够以最 为经济和实用的方式来满足机械设备实际的需求。 Abstract:This article is a combination of the pallet transmission chain design examples analyzed and the corresponding servo system design and application of machinery and equipment taking into account the specific issues in the design process.This paper is to analyze the advantages and disadvantages of the different transmission mode in the application process,and targeted the solution,and opinions,as far as possible to ensure the most economical and practical way to meet the actual needs of the machinery and equipment. 关键词：伺服系统；机械设备；传动装置Key words:servo systems ；mechanical equipment ；gear 中图分类号：TG519.1文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）31-0024-03 ·24·

关于伺服系统的一些基本概念

关于伺服系统的一些基本概念 1.评价伺服系统技术水平的主要指标 （1）功率变化率：功率变化率就是从能量观点，希望伺服电机在指定信号的作用下尽可能快的将输入电能转换为机械能，实现所期望的机械运动，实现快速响应。 功率变化率定义如下： Pr=dp/dt 其中：p=Tω Pr=d(Tω)/dt=Tdω/dt 其中：T=Jdω/dt，dω/dt=T/J Pr = T2 / J 伺服电机的功率变化率与伺服电机的最高转速的峰值扭矩T和转子的转动惯量有关。 Kollmorgen公司的GoldLine系列直流无刷伺服电机的功率变化率比其它公司的伺服电机高出4—10倍。这是因为Kollmorgen公司的转矩角控制专利技术使Kollmogen伺服电机的转矩-转速特性几乎为矩形，而其它公司的伺服电机的转矩-转速特性近乎三角形。 （2）单位电动机重量的功率（转矩）输出：这个指标反映伺服电机的磁极材料和铁心材料磁性能的好坏，绕组的绝缘等级的高低，轴和壳体材料机械强度的大小。这个指标对用于航天/航空领域的伺服电机非常重要。Kollmorgen伺服电机的主要优势就在于单位电机重量的输出功率（转矩）大。与其它公司的伺服电机比，尺寸小，重量轻。 （3）转矩/惯量比：反映伺服电机的加/减速能力。Kollmorgen的小惯量伺服电机具有很高的加/减速能力，用于振动攻丝振动频率可达60 Hz。IL无铁心系列直线电机的最大加速度可达55—60 g（g位重力加速度：9.8 m/s2）；IC系列有铁心直线电机的最大加速度可达15—25 g。 （4）转矩脉动：伺服电机运行时，转矩的脉动对速度环是一种负载扰动，将引起电机速度的波动。特别是伺服电机低速运行时，由转矩脉动引起的速度波动直接影响系统的低速性能和调速范围。 伺服电机的转矩脉动主要是由谐波转矩引起的。产生谐波转矩的因素很多：有由定子铁心的槽产生的“齿谐波”转矩；有由有限的换向片数（直流有刷电机）或有限的转子位置的采样点数（直流无刷电机）产生的“换向谐波”转矩；有由磁场非矩形分布（对直流有刷电机或方波电流驱动的直流无刷电机）或非正弦分布（对正弦波电流驱动的直流无刷电机）产生的“磁场分布谐波”转矩。这些谐波转矩迭加在输出转矩上，产生转矩脉动。 Kollmorgen采用了许多技术来减小转矩的脉动：利用定子铁心迭片的“斜槽”来减小“齿谐波”转矩；利用转子磁极的形状获得近似正弦的磁场分布，减小“磁场分布谐波”转矩；对正弦波电流驱动的GoldLine系列直流无刷伺服电机增加转子位置的采样点数来减小“换向谐波”转矩。因此，Kollmorgen伺服电机的转矩脉动小，低速性能好，调速范围大。 2.伺服系统的可靠性 系统的可靠性是在规定的条件下和规定的时间内完成所要求的功能的能力。伺服系统的可靠性包括伺服电机的可靠性和伺服放大器与伺服电源的可靠性两部分。

主轴驱动器AL-12报警维修方法

例304．主轴驱动器AL-12报警的维修 故障现象：一台配套FANUC 11M系统的卧式加工中心, 在加工过程中，主轴运行突然停止，驱动器显示12号报警。 分析与处理过程：交流主轴驱动器出现12号报警的含义是“直流母线过电流”，由本章前述可知，故障可能的原因如下： 1)电动机输出端或电动机绕组局部短路。 2)逆变功率晶体管不良。 3)驱动器控制板故障。 根据以上原因，维修时进行了仔细检查。确认电动机输出端、电动机饶组无局部短路。然后断开驱动器(机床)电源，检查了逆变晶体管组件。通过打开驱动器，拆下电动机电枢线，用万用表检查逆变晶体管组件的集电极(C1、C2)和发射极(E1、E2)、基极(B1、B2)之间，以及基极(B1、B2)和发射极(El、E2)之间的电阻值，与正常值(表7-25所示)比较，检查发现C1-E1之间短路，即晶体管组件己损坏。 表7-25 逆变晶体管组件的正常电阻值 测量端万用表测量方法正常值测量端万用表测量方法正常值 C-E 正端接C 几百欧C-B 负端接C ∞ 负端接C ∞B-E 正端接B 几百欧 C-B 正端接C 几百欧负端接B ∞ 为确定故障原因，又对驱动器控制板上的晶体管驱动回路进行了进一步的检查。检查方法如下： 1)取下直流母线熔断器F7，合上交流电源，输入旋转指令。 2)按表7-26、表7-27的引脚，通过驱动器的连接插座CN6、CN7，测定8个晶体管(型号为ETl91)的基极B与发射极E间的控制电压，并根据CN6、CN7插脚与各晶体管管脚的对应关系逐一检查(以发射极为参考，测量B-E正常值一般在2V左右)。检查发现1C~lB之间电压为0V，证明C~B极击穿，同时发现二极管D27也被击穿。 表7-26 CN6的引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5C 5B 5E 6C 6B 6E 7C 7B 7E 8C 8B 8E 表7-27 CN7的引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1C 1B 1E 2C 2B 2E 3C 3B 3E 4C 4B 4E 在更换上述部件后，再次起动主轴驱动器，显示报警成为AL-19。根据本章前述，驱动器AL-19报警为U相电流检测电路过流报警。 为了进一步检查AL-19报警的原因，维修时对控制回路的电源进行了检查。 检查驱动器电源测试端子，交流输入电源正常；直流输出+24V、+15V、+5V均正常，但-15V 电压为“0”。进一步检查电源回路，发现集成稳压器(型号：7915)损坏。更换7915后，-15V 输出电压正常，主轴AL-19报警消除，机床恢复正常。

数控车床的伺服系统介绍

4、简述采用的数控铣床伺服系统的组成、原理及作用 数控机床伺服系统是以机床运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称位置 随动系统，简称伺服系统。 数控机床伺服系统包括进给伺服系统和主轴伺服系统。 1、进给伺服系统用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一种精密的位置跟踪、定位 系统，它包括速度控制和位置控制，是一般概念的伺服驱动系统；数控机床的进给伺服系 统与一般的机床的进给系统有本质的差异，它能根据指令信号自动精确的控制执行部件运 动的位移、方向和速度，以及数个执行部件按一定的规律运动以合成一定的运动轨迹。 2、主轴伺服系统用于控制机床主轴的旋转运动和切削过程中的转矩和功率，一般只以速 度控制为主。 伺服控制系统分为开环伺服系统和闭环伺服系统，开环伺服系统由驱动控制单元、执行原 件和机床组成。闭环伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床及反馈检测元件、比较环 节组成。 图4-1数控伺服系统的组成 伺服系统的作用是接受数控系统发出的进给位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定 的转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件进行运动。 5、分析所采用数控铣床所需的主运动、进给运动、换刀与刀库原理结构，并画出数控机 床总体方案草图，简述其尺寸、动力、运动参数范围。 5.1数控机床CK6140主轴运动 主轴部件是机床的重要部件之一，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接影响。特别 是如果数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响将更为严重。数控机床主轴部件 在结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具自动装夹、主轴的定向停止等问题。 数控机床主轴的支承主要采用图1所示的三种主要形式。图5-1a所示结构的前支承采用 双列短圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承。这 种结构的综合刚度高，可以满足强力切削要求，是目前各类数控机床普遍采用的形式。图 5-1b所示结构的前支承采用多个高精度向心推力球轴承，后支承采用单个向心推力球轴承。这种配置的高速性能好，但承载能力较小，适用于高速、轻载和精密数控机床。图5-1c所示结构为前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承为单列圆锥滚子轴承。这种配置的径向和