伺服系統作為數控機床的驅動器，集電力電子、控制、驅動和保護于一體，經歷了數字脈寬調制技術、專用電機材料技術、微電子技術和現代控制技術的進步。從邁步到DC，再到交往的發展。數控機床中存在多種伺服系統。本文分析了其結構和簡單分類，并簡要論述了其技術現狀和發展趨勢。

伺服系統（伺服系統）是一種伺服系統。它是以機械位置或角度為控制對象的自動控制系統，如數控機床。在伺服系統中使用的驅動電機需要快速響應、精確定位和轉動慣量。（機電系統中使用的伺服電機具有很大的慣性矩，并且可以直接連接到機械部件，如絲杠）。伺服電機有一個特殊的小慣量電機，具有極高的響應速度。然而，這種類型的電機過載。低容量時，在進給伺服系統中，必須加上加減速裝置。轉動慣量反映了系統的加速度特性。當選擇伺服電機時，系統的慣性矩不能大于電機慣性矩的3倍。特點，這種專用電機稱為伺服電機。當然，它的基本工作原理與普通的AC/DC電機沒有什么不同。這種電機的專用驅動單元稱為伺服驅動單元，有時稱為伺服，通常包括電流、速度和/或位置閉環。

一、概述

伺服系統由機械運動驅動，電機為控制對象，控制器為核心，電力電子功率轉換裝置為執行機構，電驅動自動控制系統由自動控制理論指導組成。這種類型的系統控制電機的轉矩、速度和角度，將電能轉換成機械能，以達到移動機器的運動要求。具體地，在數控機床中，伺服系統接收由數控系統發出的位移和速度指令。電機和機械傳動機構經過改造、調整和整流后，驅動機床坐標軸和主軸，驅動工作臺和刀架。軸的連接使得工具產生相對于工件的各種復雜的機械運動，從而加工用戶需要的復雜形狀的工件。伺服系統作為數控機床的驅動器，集電力電子、控制、驅動和保護于一體，經歷了數字脈寬調制技術、專用電機材料技術、微電子技術和現代控制技術的進步。從邁步到DC，再到交往的發展。數控機床中存在多種伺服系統。本文分析了其結構和簡單分類，并簡要論述了其技術現狀和發展趨勢。

第1章伺服驅動系統的作用：

伺服驅動系統是數控單元與機床之間的連接。通過伺服驅動系統將數控裝置發送的控制信息轉換為坐標軸的運動，完成程序規定的操作。伺服驅動系統是數控機床的重要組成部分。伺服驅動系統的功能如下：

（1）伺服驅動系統具有放大控制信號的能力；

（2）根據CNC單元發送的控制信號控制機床運動部件的位置和速度。

2型數控機床伺服驅動系統要求：

數控機床結合了傳統自動機床、精密機床和通用機床的優點，將高效率、高精度和高靈活性結合起來。

（1）可逆運行

（2）寬調速范圍

（3）具有足夠的傳動剛度和速度穩定性。

（4）無超調快速響應

（5）高精度

（6）低速大扭矩

第二、伺服驅動系統的分類

數控機床的伺服驅動系統根據其使用和功能分為進給驅動系統和主軸驅動系統，根據其控制原理和位置檢測反饋環節的有無，分為開環系統和閉環系統；根據驅動執行機構的作用原理，它是電液伺服驅動系統和電伺服驅動系統。電伺服驅動系統進一步分為直流伺服驅動系統和交流伺服驅動系統。

（1）進給傳動和主軸傳動

進給驅動是數控機床工作臺或刀柱坐標的控制系統，控制機床各軸的切削進給運動，并提供切削過程所需的扭矩。主軸驅動器控制機床主軸的旋轉運動，為機床主軸提供驅動力和所需的切削力。一般來說，對于進給驅動系統，主要關心的是其轉矩大小、調節范圍的大小和調整精度的水平，以及動態響應速度的速度。對于主軸驅動系統，主要關心的是它是否具有足夠的功率、寬的恒功率調節范圍和速度調節范圍。

(2)開環控制與閉環控制

數控機床伺服驅動系統的基本組成如圖所示。根據反饋檢測單元的存在與否，將數控機床伺服驅動系統分為開環和閉環。這兩種類型的伺服驅動系統的基本部件是不相同的。但無論是哪種類型，致動器及其驅動控制單元都是必不可少的。驅動控制單元的功能是將進給命令轉換為驅動致動器所需的信號的形式，從而將信號轉換為相應的機械位移。

開環伺服驅動系統由驅動控制單元、執行機構和機床組成。通常，執行機構是步進電機。執行器對系統的特性有重大影響。

閉環伺服驅動系統包括致動器、驅動控制單元、機床、反饋檢測單元和比較控制環節。反饋檢測單元反饋工作臺的實際位置并將其反饋給比較控制鏈路。比較控制環節將指令信號和反饋信號進行比較，并將兩者之間的差值用作由驅動控制單元驅動和控制的伺服系統的下列誤差。組件驅動表移動。

在CNC系統中，由于計算機的引入，比較控制環節的功能由軟件完成，這導致了系統結構的一些變化，但基本上由執行機構、反饋檢測單元、比較控制環節、驅動器組成。控制單元和機床。

(3)直流伺服驅動與交流伺服驅動

20世紀70年代和80年代初，數控機床采用直流伺服驅動。直流大慣量伺服電機調速性能好，輸出轉矩大，過載能力強。此外，由于電機慣量等于機床傳動部件的慣量，所以在形成閉環后容易調整。直流中小慣性伺服電機及其大功率晶體管脈寬調制驅動裝置更適合數控機床頻繁啟動、制動、快速定位和切削的要求。然而，直流電動機的最大特點之一是存在電刷和機械換向器，這限制了它向大容量、高壓和高速發展，限制了它的應用。

20世紀80年代，交流電機調速技術在電機控制領域取得了突破性進展。交流伺服驅動系統進入了電氣傳動速度控制的各個領域。交流伺服驅動系統的最大優點是易于維修，制造簡單，易于大容量、高速度開發，適用于惡劣環境。同時，從減小伺服驅動系統尺寸、提高可靠性的角度考慮，采用交流電機比采用直流電機更為合理。

三、數控機床伺服系統故障診斷

數控機床伺服系統故障與機床總故障的比率較高。由于伺服系統中涉及的諸多環節，以及各種技術原理，很難對診斷進行維修。因此，有必要總結一些故障診斷方法。

通過位置伺服系統對CNC機床主軸進行定位。位置伺服系統一般采用閉環或半閉環控制。（半）閉環控制的特點是任何鏈路的故障可能導致不準確、不穩定或無效的系統定位。故障診斷和定位是維護的關鍵。根據伺服系統的控制原理和系統接口的特點，對系統進行分解和判斷是一種有效的方法。

主軸伺服系統的故障與診斷方法

當主軸伺服系統發生故障時，通常有三種表現形式：一種是在CRT或操作面板上顯示報警信息或報警內容；另一種是用報警燈DI在主軸驅動裝置上顯示主軸驅動裝置的故障。牙輪管；主軸不能正常工作，但沒有報警信息。主軸伺服系統的常見故障有：

（1）外部干擾

由于電磁干擾、不良的屏蔽和接地措施，主軸速度指令信號或反饋信號受到干擾，導致主軸驅動中的隨機和不規則波動。判斷是否存在干擾的方法是：當主軸速度指令為零時，主軸仍然往復運動，調整零速度平衡和漂移補償不能消除故障。

（2）過載

如果切削量過大，頻繁的正負旋轉會引起過載報警。具體表現為主軸電機過熱，主軸驅動顯示，過電流報警顯示。

（3）主軸定位抖動

主軸準停換刀、精縮、換檔等，有三種實現方法：

（1）機械停車控制

（2）磁傳感器的電準停止控制

( 3 ) 編碼器型準停止控制

（4）主軸轉速與進給速度不匹配

當用每轉一次進給指令進行螺紋切削或切削時，存在進給停止和主軸繼續運轉的問題。為了執行每轉指令進給，主軸必須有一個旋轉一轉的反饋信號。一般來說，主軸編碼器存在問題。這可以通過以下方法來確定：

（1）CRT屏具有報警顯示功能；

（2）通過CRT調用機器數據或I/O狀態，觀察編碼器的信號狀態；

( 3 )使用每分鐘進給命令而不是每次旋轉進給來執行程序，以查看故障是否消失。

（5）速度偏離指令值

當主軸轉速超過技術要求規定的范圍時，考慮：

（1）電機過載。

（2 )數控系統輸出的主軸速度模擬輸出(通常為0-10V)沒有達到與速度命令相對應的值。

（3）測速裝置有故障或轉速反饋信號發生故障。

（4）主軸傳動裝置有故障。

（6）主軸異常噪聲與振動

首先要做的是區分主軸的機械部分或電驅動部分中出現的異常噪聲和振動。

1)減速過程的發生通常是由驅動裝置引起的，例如交流驅動中的再生電路故障。

2)它是以恒定速度產生的，這可以通過觀察主軸電機在自由停止過程中是否存在噪聲和振動來區分。如果存在，則主軸的機械部分存在問題；

3）檢查振動周期是否與速度有關。如果不相關，一般不調整主軸驅動單元；如果相關，則應檢查主軸的機械部分是否良好，以及測速裝置是否有缺陷。

（7）主軸電機不轉動

除了速度模擬控制信號，CNC系統到主軸驅動器還具有使能控制信號，通常是DC 24V繼電器線圈電壓。

1）檢查CNC系統是否有速度控制信號輸出。

2）檢查信號是否可以打開。通過CRT觀察I/O狀態，分析機床PLC圖形（或流程圖）以確定主軸的啟動條件，如潤滑和冷卻是否滿足。

3）主軸傳動裝置有故障。

4）主軸電機有故障。

四、饋電伺服系統故障及診斷方法

1. 超程

當進給運動超過由軟件設置的軟件限制或由限制開關設置的硬件限制時，將發生超行程警報，并且警報內容將顯示在CRT上。根據CNC系統手冊，可以消除報警。故障，取消警報。

2. 過載

當進給運動的負荷太大，頻繁的正反運動以及傳動鏈的潤滑不良時，將引起過載警報。在CRT上通常會顯示伺服電機過載、過熱或過電流等報警信息。同時，在電源柜中的饋電驅動單元上，指示燈或數字管將提示驅動單元過載、過電流等信息。

3. 擺動

在喂食過程中發生攪拌。

( 1 ) 測速信號不穩定，如測速裝置故障、速度反饋信號干擾等；

（2）速度控制信號不穩定或干擾；

（3）端子接觸不良，如螺釘松動。當在正向和反向的換向力矩中發生湍流時，通常是由于進給鏈的間隙或伺服系統的增益過大而引起的。

4. 爬行

當它發生在起動加速段或低速進給時，通常是由于進給傳動鏈的潤滑狀態差、伺服系統增益低和過載等因素造成的。特別地，由于松耦合或耦合本身的缺陷，例如裂紋，伺服電機和滾珠絲杠之間的耦合與伺服電機的旋轉不同步。使運動產生閃爍和蠕動現象。

5. 型機床振動

當機器高速運轉時，可能會發生振動，并會發生過電流報警。機器振動問題一般是速度問題，所以你應該尋找速度環；而整個機器速度的調整過程都是由速度調節器來完成的，也就是說，任何速度相關的問題，你都應該尋找速度調節器，所以振動問題要尋找速度調節器。主要從給定的信號、反饋信號和速度調節器本身找出故障。

6. 伺服電機不轉動

除了速度控制信號之外，進給驅動單元的CNC系統還具有使能控制信號，通常是DC 24V繼電器線圈電壓。伺服電機不轉動。常見的診斷方法有：

（1）檢查CNC系統是否有速度控制信號輸出；

（2）檢查啟動信號是否開啟。通過CRT觀察I/O狀態，分析機床的PLC梯形圖（或流程圖），判斷進給軸的潤滑、冷卻等啟動條件是否滿足；

（3）有電磁制動器的伺服電機，檢查電磁制動器是否松開；

（4）進給驅動單元存在故障；

（5）伺服電機有故障。

為了使數控系統成為更好的機器零件，必須加強對伺服系統及其故障診斷的理解。