數(shù)控機(jī)床典型電氣故障診斷與維修
2018-3-21 來源：山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：張晶輝
摘要：隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的維修已越來越重要。主要對數(shù)控機(jī)床電氣部分的故障診斷與維修進(jìn)行了介紹。基于對機(jī)床電氣原理的認(rèn)識，可以更好地對機(jī)床電氣系統(tǒng)進(jìn)行維修與維護(hù)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；電氣故障；診斷與維修
０ 引言
采用數(shù)控技術(shù)進(jìn) 行控制的加工設(shè)備稱為數(shù)控機(jī)床，它是一種綜合應(yīng)用了計算機(jī) 技術(shù)，自動化控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修也越來越重要。
１ 、數(shù)控機(jī)床的加工原理及特點(diǎn)
１．１ 數(shù)控機(jī)床的加工原理
在機(jī)械加工過程中，依據(jù)工件的尺寸形狀，刀具的走刀軌跡為直線或圓弧時，數(shù)控機(jī)床的工作過程如下：
①按照坐標(biāo)的方向，將刀具與工件的運(yùn)動軌跡分割成一些最小的移動量（稱為脈沖當(dāng)量）；
②通過數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)軟件或運(yùn)算器，把運(yùn)動軌跡用“最小移動量”為單位的等效折線進(jìn)行擬合；
③根據(jù)擬合折線的軌跡，數(shù)控系統(tǒng)給機(jī)床相應(yīng)的坐標(biāo)軸連續(xù)不斷分配進(jìn)給脈沖，伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)床做相應(yīng)運(yùn)動。
刀具沿著各坐標(biāo)軸的相對運(yùn)動，完全是以脈沖當(dāng)量為單位的，脈沖當(dāng)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(biāo)的移動方向移動若干個最小位移量，從而實現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動，數(shù)控機(jī)床正是通過控制刀具運(yùn)動軌跡來完成零件加工的。
數(shù)控裝置在線段的起點(diǎn)和終 點(diǎn)坐標(biāo)值之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”處理（微分處理），求出一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后按這些計算出來的中間點(diǎn)的坐標(biāo)值向各坐標(biāo)輸出脈沖數(shù)。這些脈沖數(shù)決定了刀具運(yùn)動的方向與距離，使最終的運(yùn)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(shù)控裝置進(jìn)行的這種“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”稱為插補(bǔ)，一般數(shù)控裝置都具有通過基本函數(shù)進(jìn)行插補(bǔ)的功能。
１．２ 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)
除了少數(shù)使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的簡易數(shù)控機(jī)床以及作為特殊用途的數(shù)控機(jī)床之外，一般來說，數(shù)控機(jī)床都具有以下一些特點(diǎn)。
（１）生產(chǎn)效率高。數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)剛性好，可以選擇最佳的切削參數(shù)，從而縮短實際加工時間；數(shù)控機(jī)床可以實現(xiàn)準(zhǔn)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(shù)控機(jī)床可以自動進(jìn)行工件裝夾，更換加工零件時，無需重新調(diào)整，并且一次裝夾可以完成多工序的加工，真正實現(xiàn)了一機(jī)多用，大大地節(jié)省了安裝調(diào)試的時間。
（２）加工精度高。
數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、部件的制造和裝配精度都很高；數(shù)控機(jī)床按照程序自動加工，無需人工干預(yù)，而且還可以利用軟件進(jìn)行校正，實現(xiàn)自動補(bǔ)償。因此，使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)，可以保證零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
（３）生產(chǎn)柔性大。在數(shù)控機(jī)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(xiàn)多品種、小批量零件的生產(chǎn)，以及新產(chǎn)品的試制加工；數(shù)控機(jī)床具有多軸聯(lián)動的曲線和曲面加工能力，從而能夠完成很多普通機(jī)床難以完成或者根本不能加工的復(fù)雜型面零件加工。
（４）生產(chǎn)自動化。
數(shù)控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)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(qiáng)度，改善勞動條件。
（５）經(jīng)濟(jì)效益良好。生產(chǎn)者可以精確計算生產(chǎn)成本，并對生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行合理的安排，從而在一定程度上加速資金的周轉(zhuǎn)，切實提高經(jīng)濟(jì)效益。
２ 、數(shù)控機(jī)床電氣故障的診斷與維修
２．１ 數(shù)控機(jī)床典型電氣故障
數(shù)控機(jī)床電氣故障分為弱電故障和強(qiáng)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(qiáng)電部分是指繼電器、接觸器、開關(guān)、熔斷器、電源變壓器、電動機(jī)、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣組件及其所組成的電路。電氣故障具體表現(xiàn)為：系統(tǒng)黑屏或者是系統(tǒng)啟動開關(guān)失靈、系統(tǒng)啟動后電路板空開跳閘；系統(tǒng)啟動后機(jī)床一直報“急停”警；刀架不能換刀；主軸不轉(zhuǎn)，Ｘ、Ｙ、Ｚ軸或其他軸不動等。
２．２ 故障產(chǎn)生的主要原因
故障產(chǎn)生的主要原因如下：
①機(jī)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(huán)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(jī)干擾和噪聲、軟件程序丟失或被破壞；⑥操作不當(dāng)?shù)取?/font>
２．３ 數(shù)控機(jī)床電氣故障排除方法
數(shù)控機(jī)床電氣故障排除步驟如下：①偵察，即現(xiàn)場調(diào)查故障，查看故障現(xiàn)象；②計劃，即收集信息，擬定排除方法；③診斷，即進(jìn)行故障定位；④維修，即解決發(fā)現(xiàn)的機(jī)床故障
；⑤試機(jī)，即測試機(jī)床是否正常工作。
３ 、數(shù)控機(jī)床常見電氣故障及排除方法
３．１ 系統(tǒng)黑屏和啟動開關(guān)失靈故障及排除方法
圖１為數(shù)控系統(tǒng)啟動電路原理圖。 若數(shù)控機(jī)床按下啟動按鈕后，系統(tǒng)不啟動，首先應(yīng)該檢查數(shù)控機(jī)床總開關(guān)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(tǒng)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(dá)不到 ２４Ｖ，也有可能使系統(tǒng)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(guān)損壞，也可導(dǎo)致系統(tǒng)不啟動，若系統(tǒng)后面有２４Ｖ 電源，電路圖檢查也沒故障，則有可能是系統(tǒng)壞了，需更換數(shù)控系統(tǒng)。
３．２ 機(jī)床啟動后系統(tǒng)一直報
“急停”警數(shù)控機(jī)床一直報“急停”警的原因有很多，包括外部急停與內(nèi)部急停，無論哪種急停，一旦報“急停”警，機(jī)床就停止不能運(yùn)行。不同機(jī)床 報警的處 理方法不同，而機(jī)床報“急停”警時，常伴隨著其他報警信息的顯示，根據(jù)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(shù) 控 機(jī)床只報 “急停”警，無 其 他 報 警 信 息。現(xiàn)這種故障時，首先應(yīng)該在數(shù)控系統(tǒng)中 ＰＬＣ狀態(tài)下查看 ＰＬＣ是否有輸入和輸出。若有，則根據(jù)機(jī)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(guān)是否損壞。
（２）數(shù)控機(jī)床既報“急停”警，同時又報某軸超程。這種情況下，首先判斷機(jī)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(diào)在手輪方式下，按住超程解除，同時手搖機(jī)床，使機(jī)床不報警為止，按幾次復(fù)位鍵。若機(jī)床報軟限位超程，則可直接在手搖方式下，使機(jī)床不報警為止。
圖１ 數(shù)控系統(tǒng)啟動電路原理圖
３．３ 在手動方式下刀位不轉(zhuǎn)換
遇到數(shù)控 機(jī) 床 不 換 刀 時，首 先 應(yīng) 該 在 ＰＬＣ 狀 態(tài)下，按下?lián)Q刀按鈕，查看機(jī)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(fā)信盤是否損壞。
若刀架發(fā)信盤損壞，則需更換刀架發(fā)信盤；若發(fā)信盤完好，則需檢查刀架的信號線與發(fā)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(jī)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(jī)不轉(zhuǎn)動，則有可能為刀架電機(jī)損壞。
３．４ 在手動方式下冷卻電機(jī)不工作
出現(xiàn)這種情況時，首先在 ＰＬＣ狀態(tài)下查看冷卻是否有輸入和輸出；其次，根據(jù)機(jī)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(jī)是否有電壓或冷機(jī)電機(jī)是否損壞。
３．５ 一上電就出現(xiàn)空開跳閘
出現(xiàn)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(fù)載的電流；第二，有可能是三相電短路，或者是某路
電路出現(xiàn)問題。
３．６ 手動方式下機(jī)床主軸不轉(zhuǎn)
不同數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動的控制方式不同，一般機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)動是由變頻器控制。系統(tǒng)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(zhuǎn)。當(dāng)主軸不轉(zhuǎn)時，首先應(yīng)該查看 ＰＬＣ，其次查看繼電器，最后看主軸電機(jī)是否有電壓，依次查看，直到查出原因為止。
４ 、數(shù)控系統(tǒng)的日常維護(hù)保養(yǎng)
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的核心。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)在經(jīng)過較長一段時間的使用后，某些元器件難免出現(xiàn)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(yù)防各種故障特別是惡性事故的發(fā)生，就必須對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行日常的維護(hù)與保養(yǎng)。
數(shù)控系統(tǒng)的日常維護(hù)主要包括以下幾方面：①制訂并且嚴(yán)格執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)日常維護(hù)的規(guī)章制度；②定期維護(hù)數(shù)控系統(tǒng)的輸入／輸出設(shè)備；③定期檢查和更換直流電機(jī)的電刷；④定時清理數(shù)控柜的散熱通風(fēng)系統(tǒng)，以防止數(shù)控裝置過熱；⑤應(yīng)盡量少開數(shù)控柜門和強(qiáng)電柜的門；⑥經(jīng)常監(jiān)視數(shù)控裝置用的電網(wǎng)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(jìn)行維護(hù)；⑨對長期不用的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。
５ 、結(jié)語
所有的數(shù)控機(jī)床其基本原理都相同，了解了其工作原理，才能對機(jī)床故障進(jìn)行檢測與維修。在進(jìn)行機(jī)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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