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數（shù）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（jì）術的發展，數控機床的維修已越來越重要。主要（yào）對數控機床電氣部分的故障診（zhěn）斷與維修進（jìn）行了介紹（shào）。基於對機床電氣原理的認識，可（kě）以更好地對機床（chuáng）電氣係統進行維修與維護。

關鍵（jiàn）詞：數控機床；電氣故障；診斷與維修（xiū）

０　引言

采用數（shù）控技術進（jìn）行控（kòng）製的加工設備稱（chēng）為數控（kòng）機床，它是一種綜合應用了計算機技術，自動化控（kòng）製技術、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（zhàng）診斷與維修也越來越（yuè）重要。

１　、數控機床的加工原（yuán）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（cùn）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（xià）：

①按照坐標的方向，將（jiāng）刀具（jù）與（yǔ）工件的運動軌跡分割成一些最小的移動量（稱為脈衝當量）；

②通過數控係統（tǒng）的插（chā）補軟件或運算器，把運動軌（guǐ）跡用“最小移動量（liàng）”為單位的等效折線進行擬合；

③根據擬合折線的（de）軌跡，數（shù）控（kòng）係統給機（jī）床（chuáng）相應的坐標（biāo）軸連續不斷（duàn）分配進給脈（mò）衝（chōng），伺服驅動係（xì）統驅動機床做相應運動。

刀具沿著各坐標軸的相對運動，完全是以脈衝當量為單位的，脈衝當量的單位往往是ｍｍ／脈衝。按照（zhào）零件（jiàn）程序的要求，使刀具按照坐（zuò）標的移動方向移（yí）動若幹個最小位移量，從而實現刀具（jù）與工件的相對運動（dòng），數控機床正是通過控製刀具運動軌（guǐ）跡來完成（chéng）零件加工的。

數控裝置在線（xiàn）段的起點和終點坐標值之間進行（háng）“數據點的密化”處理（微分處理），求出一係列中間點的坐標值，然後按這（zhè）些計算出（chū）來的中間點的坐標值向各（gè）坐標輸出脈衝數。這些脈衝數決定了刀具運動的方向與距離，使最終的運動軌跡與加（jiā）工零件的外形完全吻合，從而保證加工（gōng）出的（de）工件具有最終需要的直線或圓弧輪廓。

數（shù）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（dōu）具有通過基本函數進（jìn）行插補的（de）功能。

１．２　數控機床（chuáng）的特點

除了（le）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（tú）的數控機床之外，一般來說，數（shù）控機床都具（jù）有以（yǐ）下一些特點。

（１）生產效率高（gāo）。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（kě）以實現準確快速的自動定（dìng）位，選擇（zé）最佳的走刀路線，從而縮短了（le）輔助時間；數控機床可以自動進行工件裝夾，更換加工零（líng）件時，無需重（chóng）新調整，並且一次裝夾（jiá）可以完成多工序的加工，真正實現（xiàn）了一機多用，大（dà）大地節省了（le）安裝調（diào）試的時間。

（２）加（jiā）工精度高。

數控機床的機械傳動係統和結構、部件的製造和裝配精度都很高；數控機床按照程序自動加工，無（wú）需人工幹預（yù），而且還可以（yǐ）利用軟件（jiàn）進行校正，實現自動（dòng）補償（cháng）。因此，使用數控機床進行生產，可以保證（zhèng）零件的加工精度，穩定產品質（zhì）量。

（３）生產柔性大。在數控機床上，對（duì）於不同的加工（gōng）零件隻需（xū）改變加工程序，就能改變（biàn）零件的加工工藝與工序，實現多品種、小批量零件的生產，以及新產品的試製加工；數控機床具有多軸聯動的（de）曲線和曲麵加工能力，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複雜型麵零件加工。

（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（zì）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（de）勞動強度，改善勞動條件。

（５）經濟效益良好。生產者可以（yǐ）精確計算生（shēng）產成本，並（bìng）對生產進度進行合理的（de）安排，從而在一定程（chéng）度上加速資（zī）金的（de）周轉，切實提高經濟效益。

２　、數控機床電氣故障（zhàng）的診斷與維修

２．１　數控機床典型電（diàn）氣故障

數控機床（chuáng）電氣故（gù）障分為弱電故障和強電故障。弱電（diàn）部分主要有ＣＮＣ裝置、ＰＭＣ控製器（qì）、ＣＲＴ顯示器以（yǐ）及（jí）伺服單元、輸入／輸出（chū）裝置等電子電路。強電部分是（shì）指繼電器、接觸（chù）器、開關、熔斷（duàn）器、電源變壓器、電動機、電（diàn）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：係統黑（hēi）屏或者是係統啟動開關失靈、係統啟動後電路板空開跳閘；係統啟動後機床一直報“急停”警；刀架不能（néng）換刀；主軸不轉，Ｘ、Ｙ、Ｚ軸或其他軸不（bú）動等。

２．２　故障產（chǎn）生的（de）主要原因

故障產生的主要原因如（rú）下：

①機械零部件的鏽蝕、磨損和失效；②電氣組件的老化、損壞和失（shī）效；③電氣（qì）組件接觸（chù）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汙（wū）

；⑤隨機幹擾（rǎo）和噪聲、軟件程（chéng）序（xù）丟失（shī）或被破壞；⑥操作不當等。

２．３　數控機床（chuáng）電氣（qì）故障排（pái）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（jì）劃，即收集信息，擬定排除方法；③診斷，即進（jìn）行故障定位（wèi）；④維修，即解決發現的機床故障（zhàng）

；⑤試機，即測試機床是（shì）否正常工作。

３　、數控機床常見電氣（qì）故障及排除方法

３．１　係統黑屏和（hé）啟動開關失靈故障及排除方法

圖１為（wéi）數控係統啟動（dòng）電路原理圖。若數控機床按下啟（qǐ）動按鈕後，係統不啟動，首先（xiān）應該檢查數控機床（chuáng）總開關是否打開；其次，觀察電氣櫃中電源盒的指示燈是否亮了（le），以此來判斷電（diàn）源盒是否有２２０Ｖ電源電壓的輸入。

若指示燈不亮，檢查電源（yuán）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，檢查係統後麵是（shì）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（dào）２４Ｖ，也有可能（néng）使係統不啟動，這就需檢查其他２４Ｖ電源（yuán）是否短路（lù）；還有圖１所示的電（diàn）路圖（tú）中，若有一路斷路（lù）或開關損（sǔn）壞，也可導致係統不啟動，若係統後麵有２４Ｖ電源，電路圖檢查也沒故（gù）障，則有可能是係統壞了，需更（gèng）換數（shù）控係統。

３．２　機床啟動後係統一直報

“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（tíng）與內部急停，無論哪種急停，一旦報“急（jí）停”警，機床就停止不能運行。不同機床報警的處理方法不（bú）同，而機床（chuáng）報“急停”警時，常伴隨著其他報警信息的顯示，根據不同報警（jǐng）信息，選（xuǎn）擇不同的（de）方（fāng）法。其不同故障處理方法如下：

（１）數控機床隻報 “急停”警（jǐng），無其他報警信息（xī）。現這種故障時，首（shǒu）先（xiān）應該在數控係統中（zhōng）ＰＬＣ狀態下查看ＰＬＣ是否有輸入和輸出。若有，則根（gēn）據機床電氣原理圖的急停電路，一次（cì）排查；若電路（lù）無故障，則需要檢查急停（tíng）開關是否（fǒu）損壞（huài）。

（２）數控機床既報“急（jí）停”警，同時（shí）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（yìng）限位超程（chéng）。

若硬限位超程，在操作麵板上找到超程解除，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，按幾次複位鍵。若機（jī）床報軟限位超程，則可直接在手搖方式下（xià），使（shǐ）機（jī）床不報警為止。

圖１　數控係統啟動電路原理圖

３．３　在手動方式下刀位不轉換

遇到數控機床不換（huàn）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（hào），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（jià）發信盤；若（ruò）發信盤完好，則（zé）需檢（jiǎn）查刀架的信號線（xiàn）與發信盤連接處是否（fǒu）牢靠，同時（shí）檢查信號線是否有斷路的情況。若機床有輸入／輸（shū）出信號，則需打開電氣櫃，查看繼電器指（zhǐ）示燈是否亮，接觸器（qì）是否吸（xī）合。

若不吸合，則有可能為接觸器損壞；若吸合，檢查刀（dāo）架在吸合的瞬間是（shì）否有電壓，若有電壓，電機不轉動（dòng），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（zhǒng）情況時，首先在ＰＬＣ狀態下查看冷（lěng）卻是否（fǒu）有輸入和輸出；其（qí）次，根（gēn）據機床冷卻電路圖，查看線路是否有斷路的情況；最後，檢查電路中各電器（qì）元件（jiàn）是否有損壞，檢查無誤後，查看（kàn）冷卻電機是否有電壓（yā）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（shàng）電（diàn），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（èr），有可（kě）能是三（sān）相電（diàn）短路，或者是某路（lù）

電路（lù）出現（xiàn）問題（tí）。

３．６　手動方式下機床主軸不轉

不（bú）同數控機床主軸轉（zhuǎn）動的控製方式不同，一般機床主軸的轉（zhuǎn）動是由變頻器控製。係統控製ＰＬＣ，ＰＬＣ通過繼電器控（kòng）製（zhì）變頻器，變頻器輸出控（kòng）製主軸的正反轉。當主軸不轉時，首先應該查看ＰＬＣ，其次查看繼電器（qì），最後看主軸電機是否有電壓（yā），依次查看，直到查出原因為止。

４　、數控係統的日（rì）常維護保養

數控係統是數控機床電（diàn）氣控製（zhì）係統的核心。機床的（de）數控（kòng）係統在經過較長一段時間的使用後，某些元器件難免出現一些損壞（huài）或者（zhě）故障。為了盡量地（dì）延長元器件的使用壽命和零部件的磨損周（zhōu）期，預防各種故障特別是惡性事（shì）故的發（fā）生，就（jiù）必須對數控係統進行日常的維護與保養。

數控係統（tǒng）的日常維護主要包括以下幾方麵：①製訂並且嚴（yán）格執行數控係統日常維護的規章製度；②定（dìng）期維護數控係統（tǒng）的輸入／輸出設（shè）備；③定期檢查和（hé）更換直流電機（jī）的電刷；④定時清理數控櫃的散熱通風係統，以防止（zhǐ）數控裝置過熱；⑤應盡量少開數（shù）控櫃門和強電（diàn）櫃的門；⑥經常監視（shì）數控裝置用的電網（wǎng）電壓；⑦定期檢查和（hé）更換存儲器用的電池；⑧對備（bèi）用印製線路板進行維護；⑨對長期不用的數控係統（tǒng）進行維護。

５　、結語

所有（yǒu）的數控機床其基本原理都相同（tóng），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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