數控機床典型電氣故障診斷與維修
2018-3-21 來源：山西職業技術學院 作者：張晶輝
摘要：隨著數控技術的發展，數控機床的維修已越來越重要。主要對數控機床電氣部分的故障診斷與維修進行了介紹。基于對機床電氣原理的認識，可以更好地對機床電氣系統進行維修與維護。
關鍵詞：數控機床；電氣故障；診斷與維修
０ 引言
采用數控技術進 行控制的加工設備稱為數控機床，它是一種綜合應用了計算機 技術，自動化控制技術、精密測量技術和機床設計等先進技術的典型機電一體化產品，隨著數控技術的快速發展，數控機床的故障診斷與維修也越來越重要。
１ 、數控機床的加工原理及特點
１．１ 數控機床的加工原理
在機械加工過程中，依據工件的尺寸形狀，刀具的走刀軌跡為直線或圓弧時，數控機床的工作過程如下：
①按照坐標的方向，將刀具與工件的運動軌跡分割成一些最小的移動量（稱為脈沖當量）；
②通過數控系統的插補軟件或運算器，把運動軌跡用“最小移動量”為單位的等效折線進行擬合；
③根據擬合折線的軌跡，數控系統給機床相應的坐標軸連續不斷分配進給脈沖，伺服驅動系統驅動機床做相應運動。
刀具沿著各坐標軸的相對運動，完全是以脈沖當量為單位的，脈沖當量的單位往往是 ｍｍ／脈沖。按照零件程序的要求，使刀具按照坐標的移動方向移動若干個最小位移量，從而實現刀具與工件的相對運動，數控機床正是通過控制刀具運動軌跡來完成零件加工的。
數控裝置在線段的起點和終 點坐標值之間進行“數據點的密化”處理（微分處理），求出一系列中間點的坐標值，然后按這些計算出來的中間點的坐標值向各坐標輸出脈沖數。這些脈沖數決定了刀具運動的方向與距離，使最終的運動軌跡與加工零件的外形完全吻合，從而保證加工出的工件具有最終需要的直線或圓弧輪廓。
數控裝置進行的這種“數據點的密化”稱為插補，一般數控裝置都具有通過基本函數進行插補的功能。
１．２ 數控機床的特點
除了少數使用步進電機驅動的簡易數控機床以及作為特殊用途的數控機床之外，一般來說，數控機床都具有以下一些特點。
（１）生產效率高。數控機床主軸轉速高，結構剛性好，可以選擇最佳的切削參數，從而縮短實際加工時間；數控機床可以實現準確快速的自動定位，選擇最佳的走刀路線，從而縮短了輔助時間；數控機床可以自動進行工件裝夾，更換加工零件時，無需重新調整，并且一次裝夾可以完成多工序的加工，真正實現了一機多用，大大地節省了安裝調試的時間。
（２）加工精度高。
數控機床的機械傳動系統和結構、部件的制造和裝配精度都很高；數控機床按照程序自動加工，無需人工干預，而且還可以利用軟件進行校正，實現自動補償。因此，使用數控機床進行生產，可以保證零件的加工精度，穩定產品質量。
（３）生產柔性大。在數控機床上，對于不同的加工零件只需改變加工程序，就能改變零件的加工工藝與工序，實現多品種、小批量零件的生產，以及新產品的試制加工；數控機床具有多軸聯動的曲線和曲面加工能力，從而能夠完成很多普通機床難以完成或者根本不能加工的復雜型面零件加工。
（４）生產自動化。
數控機床能夠實現生產加工過程中的自動加工、自動換刀、自動排屑、自動冷卻和自動潤滑，能夠大大減輕操作者的勞動強度，改善勞動條件。
（５）經濟效益良好。生產者可以精確計算生產成本，并對生產進度進行合理的安排，從而在一定程度上加速資金的周轉，切實提高經濟效益。
２ 、數控機床電氣故障的診斷與維修
２．１ 數控機床典型電氣故障
數控機床電氣故障分為弱電故障和強電故障。弱電部分主要有 ＣＮＣ 裝置、ＰＭＣ 控制器、ＣＲＴ 顯示器以及伺服單元、輸入／輸出裝置等電子電路。強電部分是指繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關等電氣組件及其所組成的電路。電氣故障具體表現為：系統黑屏或者是系統啟動開關失靈、系統啟動后電路板空開跳閘；系統啟動后機床一直報“急停”警；刀架不能換刀；主軸不轉，Ｘ、Ｙ、Ｚ軸或其他軸不動等。
２．２ 故障產生的主要原因
故障產生的主要原因如下：
①機械零部件的銹蝕、磨損和失效；②電氣組件的老化、損壞和失效；③電氣組件接觸不良；④使用環境變化，如電流或電壓波動、溫度變化、液壓壓力和流量的波動及油污
；⑤隨機干擾和噪聲、軟件程序丟失或被破壞；⑥操作不當等。
２．３ 數控機床電氣故障排除方法
數控機床電氣故障排除步驟如下：①偵察，即現場調查故障，查看故障現象；②計劃，即收集信息，擬定排除方法；③診斷，即進行故障定位；④維修，即解決發現的機床故障
；⑤試機，即測試機床是否正常工作。
３ 、數控機床常見電氣故障及排除方法
３．１ 系統黑屏和啟動開關失靈故障及排除方法
圖１為數控系統啟動電路原理圖。 若數控機床按下啟動按鈕后，系統不啟動，首先應該檢查數控機床總開關是否打開；其次，觀察電氣柜中電源盒的指示燈是否亮了，以此來判斷電源盒是否有２２０Ｖ 電源電壓的輸入。
若指示燈不亮，檢查電源盒是否有２２０Ｖ 電源，若有２２０Ｖ 電源，指示燈不亮或沒有２４Ｖ 電源輸出，則為電源盒損壞。若有２４Ｖ 電源，檢查系統后面是否有２４Ｖ 電源，若沒有，則需檢查電纜線是否斷路。需注意，２４Ｖ 電源短路，是電壓達不到 ２４Ｖ，也有可能使系統不啟動，這就需檢查其他２４Ｖ 電源是否短路；還有圖１所示的電路圖中，若有一路斷路或開關損壞，也可導致系統不啟動，若系統后面有２４Ｖ 電源，電路圖檢查也沒故障，則有可能是系統壞了，需更換數控系統。
３．２ 機床啟動后系統一直報
“急停”警數控機床一直報“急停”警的原因有很多，包括外部急停與內部急停，無論哪種急停，一旦報“急停”警，機床就停止不能運行。不同機床 報警的處 理方法不同，而機床報“急停”警時，常伴隨著其他報警信息的顯示，根據不同報警信息，選擇不同的方法。其不同故障處理方法如下：
（１）數 控 機床只報 “急停”警，無 其 他 報 警 信 息。現這種故障時，首先應該在數控系統中 ＰＬＣ狀態下查看 ＰＬＣ是否有輸入和輸出。若有，則根據機床電氣原理圖的急停電路，一次排查；若電路無故障，則需要檢查急停開關是否損壞。
（２）數控機床既報“急停”警，同時又報某軸超程。這種情況下，首先判斷機床是軟限位超程還是硬限位超程。
若硬限位超程，在操作面板上找到超程解除，將操作方式調在手輪方式下，按住超程解除，同時手搖機床，使機床不報警為止，按幾次復位鍵。若機床報軟限位超程，則可直接在手搖方式下，使機床不報警為止。
圖１ 數控系統啟動電路原理圖
３．３ 在手動方式下刀位不轉換
遇到數控 機 床 不 換 刀 時，首 先 應 該 在 ＰＬＣ 狀 態下，按下換刀按鈕，查看機床 ＰＬＣ是否有輸入／輸出信號。若沒有輸入信號，則需檢查刀架的輸入信號線或者是刀架的發信盤是否損壞。
若刀架發信盤損壞，則需更換刀架發信盤；若發信盤完好，則需檢查刀架的信號線與發信盤連接處是否牢靠，同時檢查信號線是否有斷路的情況。若機床有輸入／輸出信號，則需打開電氣柜，查看繼電器指示燈是否亮，接觸器是否吸合。
若不吸合，則有可能為接觸器損壞；若吸合，檢查刀架在吸合的瞬間是否有電壓，若有電壓，電機不轉動，則有可能為刀架電機損壞。
３．４ 在手動方式下冷卻電機不工作
出現這種情況時，首先在 ＰＬＣ狀態下查看冷卻是否有輸入和輸出；其次，根據機床冷卻電路圖，查看線路是否有斷路的情況；最后，檢查電路中各電器元件是否有損壞，檢查無誤后，查看冷卻電機是否有電壓或冷機電機是否損壞。
３．５ 一上電就出現空開跳閘
出現這種情況時，不要盲目上電，先檢查空開跳閘的原因。第一，有可能是空開的額定電流限值小，不夠負載的電流；第二，有可能是三相電短路，或者是某路
電路出現問題。
３．６ 手動方式下機床主軸不轉
不同數控機床主軸轉動的控制方式不同，一般機床主軸的轉動是由變頻器控制。系統控制 ＰＬＣ，ＰＬＣ通過繼電器控制變頻器，變頻器輸出控制主軸的正反轉。當主軸不轉時，首先應該查看 ＰＬＣ，其次查看繼電器，最后看主軸電機是否有電壓，依次查看，直到查出原因為止。
４ 、數控系統的日常維護保養
數控系統是數控機床電氣控制系統的核心。機床的數控系統在經過較長一段時間的使用后，某些元器件難免出現一些損壞或者故障。為了盡量地延長元器件的使用壽命和零部件的磨損周期，預防各種故障特別是惡性事故的發生，就必須對數控系統進行日常的維護與保養。
數控系統的日常維護主要包括以下幾方面：①制訂并且嚴格執行數控系統日常維護的規章制度；②定期維護數控系統的輸入／輸出設備；③定期檢查和更換直流電機的電刷；④定時清理數控柜的散熱通風系統，以防止數控裝置過熱；⑤應盡量少開數控柜門和強電柜的門；⑥經常監視數控裝置用的電網電壓；⑦定期檢查和更換存儲器用的電池；⑧對備用印制線路板進行維護；⑨對長期不用的數控系統進行維護。
５ 、結語
所有的數控機床其基本原理都相同，了解了其工作原理，才能對機床故障進行檢測與維修。在進行機床維修時，首先要沉著冷靜，在腦海中有一個完整的思路，避免做無用功。
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