第六章__ 进给驱动系统的故障诊断与维修
进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，直接影响了加工工件的精度。对它做好良好的维护与维修，是数控机床的关键。本章主要内容：
——介绍数控机床进给驱动系统组成及特点、分类等；
——介绍步进驱动系统的原理和主要特性，列出了步进驱动系统的主要故障及排除，并列出相应维修实例。
——简介了交流进给伺服驱动系统及分析了典型连接线路，列出了进给伺服驱动系统的主要报警及处理、主要故障及排除，并介绍了一些维修实例。
6.1 进给驱动概述
数控伺服系统是指以机床运动部件(如工作台、主轴和刀具等)的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称为随动系统。数控伺服系统的作用在于接受来自数控装置的进给信号，经过一定的信号变换及电压、功率放大，驱动机床运动部件实现运动，并保证动作的快速性和准确性。数控伺服系统作为数控装置和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分，数控机床的精度和速度等技术指标很大程度上取决于伺服系统的性能优劣。
6.1.1 对数控伺服系统的要求
随着数控技术的发展，对数控数控伺服提出了较高的要求，可以归纳为以下几个方面。
1、精度高
由于伺服系统控制数控机床的速度和位移输出，为保证加工质量，要求它有足够高的定位精度和重复定位精度。一般要求定位精度为0.001~0.01mm，高档设备达到0.1μm以上。速度控制要求较高的调节精度和较强的抗负载干扰能力，以保证动、静态精度较高。
2、快速响应特性好
为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。快速响应是伺服系统动态品质的标志之一，反映系统的跟踪精度。现代数控机床的插补时间都在20ms以内，在这么短时间内指令变化一次，要求伺服系统动态、静态误差小，反向死区小，能频繁启、停和正、反向运动。
3、调速范围宽
由于工件材料、刀具以及加工要求各不相同，要保证数控机床在任何情况下都能得到最佳切削条件，伺服系统就必须有足够的调速范围。这样既能满足高速加工要求，又能满足低速进给要求。在低速切削时，还要求伺服系统能输出较大的转距。
4、系统可靠性好
数控机床使用率很高，常常是24h连续工作不停机，要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。系统的可靠性常用发生故障时间间隔的长短的平均值作为依据，即平均无故障时间。这个时间越长，可靠性越好。
5、对电机的要求
_ 1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。
_ 2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4～6倍而不损坏。
_ 3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。
_ 4）电机应能承受频繁启、制动和反转。
6.1.2 数控伺服系统的基本组成
数控驱动系统的基本组成按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。这两种类型的伺服系统的基本组成不完全相同，但不管是哪种类型，执行元件及其驱动控制单元都必不可少。驱动控制单元的作用是将进给指令转化为执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。
开环伺服由驱动控制单元、执行元件和机床组成。通常，执行元件选用步进电动机，因系统不对输出进行检测，所以执行元件对系统的特性具有重要影响。闭环（半闭环）伺服由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测元件、比较环节组成。反馈检测元件分为速度反馈和位置反馈两类，闭环伺服系统采用位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。局部闭环伺服系统采用速度反馈单元检测执行远见的速度输出，间接保证工作台的移动精度。
6.1.3 数控机床进给驱动系统的基本形式
数控机床所采用的伺服进给系统按控制系统的结构可以分为开环控制、闭环控制、半闭环控制以及混合控制4种。
无位置反馈装置的伺服进给系统称为开环控制系统。使用步进电机（包括电液脉冲马达）作为伺服执行元件，是其最明显的特点。
在开环控制系统中，数控装置输出的脉冲，经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理，在驱动电路中进行功率放大后控制步进电机，最终控制了步进电机的角位移。步进电机再经过减速装置（或直接连接）带动了丝杠旋转，通过丝杠将角位移转移。因此，控制步进电机的转角与转速，就可以间接控制移动部件的移动速度与位移量。如图6-1为开环控制驱动系统的结构原理图。这种伺服系统比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。所以一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些经济型数控机床。