数控机床伺服进给系统常见故障及维修实例
数控机床伺服进给系统常见故障及维修实例[20200123191526]
【摘要】
随着微电子技术和电机技术的迅速发展，高精度伺服进给系统在数控设备上的应用越来越广泛。
伺服进给系统是高精度数控设备的核心部件之一，其工作速度和精度的高低直接决定数控设备的整体性能，因此，研发高速、高精度的数控伺服进给系统是研究高速、高精度数控系统的关键，也是提高数控设备精度和整体性能的重要途径。随着伺服驱动各个机电环节运行精度和速度的不断提高，伺服传动环节存在的各种不确定因素的干扰己成为影响整个数控伺服进给系统动态性能的主要因素，所以我们必须了解怎样在他出现故障时做到正确的维修，以保证我们能够正常的生产。我们要做到正确的维护它，必须首先了解它的原理、组成、分类等基础的知识。所以我们要多做分析在此。最后通过一些维修的实例来做具体的说明。
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关键字:】伺服电动机；伺服进给系统；联轴器；滚珠丝杠副
引言 1
一、伺服进给系统的组成及特点 2
二、滚珠丝杠副 2
（一）滚珠丝杠副的安装 2
（二）滚珠丝杠副的防护和润滑 4
（三）滚珠丝杠副在高速数控机床上的应用 4
三、联轴器 5
（一）弹性联轴器 5
（三）波纹管联轴器 6
（四）滑块联轴器 6
（五）梅花联轴器 6
四、传动机构 7
（一）齿轮传动装置 7
（二）同步齿形带 7
五、伺服进给系统的结构 7
六、进给伺服系统的常见故障及诊断方法 9
七、伺服电动机故障的维修8例 11
总结 14
参考文献 15
致谢 16
引言
随着科学技术的发展和数控技术的广泛应用，在机械制造业中，普通机床逐渐被高精度、高效率、高自动化的数控机床所替代。数控机床的普及使用以及计算机辅助设计和制造技术的迅速发展，大幅度地缩短了产品的制造周期，提高了产品的加工质量，加速了产品的更新换代，提高了产品的市场竞争力，因而数控加工具有广泛的发展前景和显著的经济效益。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体,是高度机电一体化的典型产品。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备,因此,其维护与保养更是不容忽视。
进给系统方面的维护需要先了解伺服系统的组成和特点以及结构，并且随着对各个结构详细的了解能知道一些结构的常出故障和常见的问题，例如机床出现振动，机床以高速运行时，可能产生振动，这时就会出现过流报警。机床振动问题一般属于速度问题，所以就应去查找速度环；而机床速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的，即凡是与速度有关的问题，应该去查找速度调节器，因此振动问题应查找速度调节器。主要从给定信号、反馈信号及速度调节器本身这三方面去查找故障。
一、伺服进给系统的组成及特点
数控机床的进给系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行元件组成机械传动系统，检测元件与反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。
数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力等特点。
目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置有以下几种：滚珠丝杠副、各类联轴器、各种减速机构、伺服进给系统的结构。
二、滚珠丝杠副
滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。滚珠丝杠副有多种结构型式。按滚珠循环方式分为外循环和内循环两大类。外循环回珠器用插管式的较多，内循环回珠器用腰形槽嵌块式的较多。
按螺纹轨道的截面形状分为单圆弧和双圆弧两种截形。由于双圆弧截形轴向刚度大于单圆弧截形，因此目前普遍采用双圆弧截形的丝杠。
按预加负载形式分，可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧，其预紧力一般为轴向载荷的1/3。
滚珠丝杠副与滑动丝杠螺母副比较有很多优点：传动效率高、灵敏度高、传动平稳：磨损小、寿命长；可消除轴向间隙，提高轴向刚度等。
滚珠丝杠螺母传动广泛应用于中小型数控机床的进给传动系统。在重型数控机床的短行程(6m以下)进给系统中也常被采用。
（一）滚珠丝杠副的安装
数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。通常都适当加大和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触强度，新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。
为了提高支承的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的。国内目前主要采用两种组合方式。一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用，其结构虽简单，但轴向刚度不足。另一种是把推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合使用，其轴向刚度有了提高，但增大了轴承的摩擦阻力和发热而且增加了轴承支架的结构尺寸。近年来国内外的轴承生产厂家已生产出一种滚珠丝杠专用轴承，这是一种能够承受很大轴向力的特殊向心推力球轴承，与一般的向心推力球轴承相比，接触角增大到60o，增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径。这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高了两倍以上，而且使用极为方便，产品成对出售，而且在出厂时已经选配好内外环的厚度，装配时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能获得出厂时已经调整好的预紧力。
滚珠丝杠副安装方式通常有以下几种：
1.双推一自由方式 如图2-1a所示，丝杠一端固定，端自由。固定端轴承同时承受轴向力和径向力。这种支承方式用于行程小的短丝杠。
2.双推一支承方式 如图2-1b所示，丝杠一端固定，另一端支承。固定端轴承同时承受轴向力和径向力；支承端轴承只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以避免或减少丝杠因自重而出现的弯曲。同时丝杠热变形可以自由地向一端伸长。
3.双推一双推方式 如图2-1c所示，丝杠两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力和径向力，这种支承方式，可以对丝杠施加适当的预拉力，提高丝杠支承刚度，可以部分补偿丝杠的热变形。
4.采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式 如图2-1d所示，此时，螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动： 由于丝杠不动，可避免受临界转速的限制，避免了细长滚珠丝杠高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活，可实现的转速高。此种方式可以对丝杠施加较大的预拉力，提高丝杠支承刚度，补偿丝杠的热变形。
（二）滚珠丝杠副的防护和润滑
1.滚珠丝杠副的防护 滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。
2.滚珠丝杠副的润滑 润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑油一般为全损耗系统用油：润滑脂可采用锂基润滑脂。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次，清洗丝杠上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂。用润滑油润滑的滚珠丝杠副，可在每次机床工作前加油一次。
【摘要】
随着微电子技术和电机技术的迅速发展，高精度伺服进给系统在数控设备上的应用越来越广泛。
伺服进给系统是高精度数控设备的核心部件之一，其工作速度和精度的高低直接决定数控设备的整体性能，因此，研发高速、高精度的数控伺服进给系统是研究高速、高精度数控系统的关键，也是提高数控设备精度和整体性能的重要途径。随着伺服驱动各个机电环节运行精度和速度的不断提高，伺服传动环节存在的各种不确定因素的干扰己成为影响整个数控伺服进给系统动态性能的主要因素，所以我们必须了解怎样在他出现故障时做到正确的维修，以保证我们能够正常的生产。我们要做到正确的维护它，必须首先了解它的原理、组成、分类等基础的知识。所以我们要多做分析在此。最后通过一些维修的实例来做具体的说明。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】伺服电动机；伺服进给系统；联轴器；滚珠丝杠副
引言 1
一、伺服进给系统的组成及特点 2
二、滚珠丝杠副 2
（一）滚珠丝杠副的安装 2
（二）滚珠丝杠副的防护和润滑 4
（三）滚珠丝杠副在高速数控机床上的应用 4
三、联轴器 5
（一）弹性联轴器 5
（三）波纹管联轴器 6
（四）滑块联轴器 6
（五）梅花联轴器 6
四、传动机构 7
（一）齿轮传动装置 7
（二）同步齿形带 7
五、伺服进给系统的结构 7
六、进给伺服系统的常见故障及诊断方法 9
七、伺服电动机故障的维修8例 11
总结 14
参考文献 15
致谢 16
引言
随着科学技术的发展和数控技术的广泛应用，在机械制造业中，普通机床逐渐被高精度、高效率、高自动化的数控机床所替代。数控机床的普及使用以及计算机辅助设计和制造技术的迅速发展，大幅度地缩短了产品的制造周期，提高了产品的加工质量，加速了产品的更新换代，提高了产品的市场竞争力，因而数控加工具有广泛的发展前景和显著的经济效益。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体,是高度机电一体化的典型产品。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备,因此,其维护与保养更是不容忽视。
进给系统方面的维护需要先了解伺服系统的组成和特点以及结构，并且随着对各个结构详细的了解能知道一些结构的常出故障和常见的问题，例如机床出现振动，机床以高速运行时，可能产生振动，这时就会出现过流报警。机床振动问题一般属于速度问题，所以就应去查找速度环；而机床速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的，即凡是与速度有关的问题，应该去查找速度调节器，因此振动问题应查找速度调节器。主要从给定信号、反馈信号及速度调节器本身这三方面去查找故障。
一、伺服进给系统的组成及特点
数控机床的进给系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统，机械传动部件和执行元件组成机械传动系统，检测元件与反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。
数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力等特点。
目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置有以下几种：滚珠丝杠副、各类联轴器、各种减速机构、伺服进给系统的结构。
二、滚珠丝杠副
滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。滚珠丝杠副有多种结构型式。按滚珠循环方式分为外循环和内循环两大类。外循环回珠器用插管式的较多，内循环回珠器用腰形槽嵌块式的较多。
按螺纹轨道的截面形状分为单圆弧和双圆弧两种截形。由于双圆弧截形轴向刚度大于单圆弧截形，因此目前普遍采用双圆弧截形的丝杠。
按预加负载形式分，可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧，其预紧力一般为轴向载荷的1/3。
滚珠丝杠副与滑动丝杠螺母副比较有很多优点：传动效率高、灵敏度高、传动平稳：磨损小、寿命长；可消除轴向间隙，提高轴向刚度等。
滚珠丝杠螺母传动广泛应用于中小型数控机床的进给传动系统。在重型数控机床的短行程(6m以下)进给系统中也常被采用。
（一）滚珠丝杠副的安装
数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。通常都适当加大和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触强度，新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。
为了提高支承的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的。国内目前主要采用两种组合方式。一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用，其结构虽简单，但轴向刚度不足。另一种是把推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合使用，其轴向刚度有了提高，但增大了轴承的摩擦阻力和发热而且增加了轴承支架的结构尺寸。近年来国内外的轴承生产厂家已生产出一种滚珠丝杠专用轴承，这是一种能够承受很大轴向力的特殊向心推力球轴承，与一般的向心推力球轴承相比，接触角增大到60o，增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径。这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高了两倍以上，而且使用极为方便，产品成对出售，而且在出厂时已经选配好内外环的厚度，装配时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能获得出厂时已经调整好的预紧力。
滚珠丝杠副安装方式通常有以下几种：
1.双推一自由方式 如图2-1a所示，丝杠一端固定，端自由。固定端轴承同时承受轴向力和径向力。这种支承方式用于行程小的短丝杠。
2.双推一支承方式 如图2-1b所示，丝杠一端固定，另一端支承。固定端轴承同时承受轴向力和径向力；支承端轴承只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以避免或减少丝杠因自重而出现的弯曲。同时丝杠热变形可以自由地向一端伸长。
3.双推一双推方式 如图2-1c所示，丝杠两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力和径向力，这种支承方式，可以对丝杠施加适当的预拉力，提高丝杠支承刚度，可以部分补偿丝杠的热变形。
4.采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式 如图2-1d所示，此时，螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动： 由于丝杠不动，可避免受临界转速的限制，避免了细长滚珠丝杠高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活，可实现的转速高。此种方式可以对丝杠施加较大的预拉力，提高丝杠支承刚度，补偿丝杠的热变形。
（二）滚珠丝杠副的防护和润滑
1.滚珠丝杠副的防护 滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。
2.滚珠丝杠副的润滑 润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑油一般为全损耗系统用油：润滑脂可采用锂基润滑脂。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次，清洗丝杠上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂。用润滑油润滑的滚珠丝杠副，可在每次机床工作前加油一次。
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