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摘 要
简要介绍了当今世界数控伺服系统发展的趋势，我国数控机床中伺服系统的现状及数控机床的伺服性能。在此基础上讨论了FANUC-15MB数控龙门式镗铣床伺服系统的故障诊断。
世界上各工业发达国家还将数控维修列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术应用与维护，而且在“高精尖”数控技术关键技术应用与维护方面对我国实行封锁和限制政策。
通过在设备维修、技术开发、生产等多部门多方面的接触和工作，并在几个月的设备维修和设备管理工作中不断地学习与积累大量的工作经验，现就普遍存在数控机床电气设备维修的方法与实践上做一剖析阐述。
关键词：数控设备，维护保养，故障分析，故障维修
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目 录
第一章 数控伺服系统????????????3
1.1 伺服系统的发展?????????????????3 1.2 数控系统的构成与特点??????????????3
第二章 数控机床中伺服系统的现状?????????5
2.1 概述??????????????????????5 2.2 伺服系统的结构及分类??????????????5 2.3 进给伺服系统的现状与展望????????????6
第三章 数控机床的伺服系统性能?????????8
3.1 加工精度????????????????????8 3.2 开环放大倍数??????????????????8 3.3 宽范围调速????????????????????9
第四章 FANUC-15MB数控伺服系统的故障诊断?????10 4.1 FANUC-15MB数控进给轴的伺服控制原理及故障?10
4.2 FANUC-15MB数控同步轴组的控制原理及故障???12 4.3 FANUC-15MB数控的自诊断???????????13
第五章 结论与建议????????????????14 参考文献 ????????????????????15 附录：伺服系统结构图
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第一章 数控伺服系统
1.1伺服系统的发展
（1） 直流伺服系统
伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。70年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。 （2）交流伺服系统
从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术—交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。 （3）交直流伺服系统的比较
直流伺服驱动技术受电机本身缺陷的影响，其发展受到了限制。直流伺服电机存在机械结构复杂、维护工作量大等缺点，在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度，难以应用到高速及大容量的场合，机械换向器则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。
交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，特别是交流伺服电机的过负荷特性和低惯性更体现出交流伺服系统的优越性。所以交流伺服系统在工厂自动化（FA）等各个领域得到了广泛的应用。
综上所述，伺服系统将向两个方向发展。一个是满足一般工业应用要求，对性能指标要求不高的应用场合，追求低成本、少维护、使用简单等特点的驱动产品，如变频电机、变频器等。另一个就是代表着伺服系统发展水平的主导产品—伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的驱动控制，以满足用户较高的应用要求。
1.2数控系统的构成与特点
目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统，同样也有很大
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的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。
控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。最新一代的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。
数控系统的主要特点是：可靠性要求高：因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失；有较高的环境适应能力，因为数控系统一般为工业控制机，其工作环境为车间环境，要求它具有在震动，高温，潮湿以及各种工业干扰源的环境条件下工作的能力；接口电路复杂，数控系统要与各种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的各种情况，适应设备的各种工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁。
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第二章 数控机床中伺服系统的现状
2.1伺服系统的概述
伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以
电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 2.2伺服系统的结构及分类
从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。
伺服系统不同的结构形式，主要体现在检测信号的反馈形式上，以带编码器的伺服电动机为例：
1. 方式一（见附图2-1）
转速反馈信号与位置反馈信号处理分离，驱动装置与数控系统配接有通用性。图2-1为SINUMERIK800系列数控系统与SIMODRIVE611A进给驱动模块和IFT5伺服电动机构成的进给伺服系统。
2. 方式二（见附图2-2）
图2-2为FANUC数控系统与用于车床进给控制的a系列2轴交流驱动单元的伺服系统，伺服电动机上的脉冲编码器降检测信号直接反馈于数控系统，经位置处理和速度处理，输出速度控制信号、速度反馈信号及使能信号至驱动单元JV1B和JV2B端口中。
3. 方式三（见附图2-3）
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