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數控（kòng）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（yuàn）作者：張晶輝

摘要：隨著數控技術的發展，數控機床的（de）維修已越來（lái）越重要。主要對數控機床電氣（qì）部分（fèn）的故障診斷與維修進行了介紹。基於對機（jī）床電氣原理的認識，可以更（gèng）好地對機床電氣係統進行維（wéi）修與維護。

關鍵詞：數控機床；電（diàn）氣故障；診斷與維修

０　引言（yán）

采用數（shù）控技術進行控製的加工設備稱為數控機床，它是一種（zhǒng）綜合應用了計算機技術，自動化（huà）控製技術、精密（mì）測量技術和機床設（shè）計等先（xiān）進技術的典（diǎn）型機電一體化產品，隨著數控技術的快速發（fā）展，數控機床的故障診斷與維修也越來越重要（yào）。

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（xiè）加工過程中，依據工件的尺寸形狀，刀具（jù）的走刀軌跡為直線（xiàn）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（liàng）（稱為脈衝當量）；

②通過數控係統的插補軟件或（huò）運（yùn）算器，把運動（dòng）軌跡用“最小移動量”為單位的（de）等效折線進行擬合；

③根據擬合折（shé）線的（de）軌跡，數控係統給機床相應的（de）坐標軸連（lián）續不斷分配進給脈衝，伺服驅動係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（wéi）單位的，脈衝當量的單位往往是ｍｍ／脈衝。按照零件程序的要求，使刀具（jù）按（àn）照（zhào）坐標（biāo）的移動方向移動若幹個最小位移量，從而實（shí）現刀具與工件的相對運動，數控機床正是通（tōng）過控製刀具（jù）運動軌跡來完（wán）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（wēi）分處理），求（qiú）出一係列中間點的坐標值，然後按這些計算出來的中（zhōng）間點的坐標值向各坐標輸出脈衝數。這些脈衝（chōng）數決定了刀具運動的方向與距離，使最終（zhōng）的運動軌跡與加工零（líng）件（jiàn）的外形完全吻合，從（cóng）而保證加工出的工件具有最終需要的直（zhí）線或圓弧輪（lún）廓。

數控裝置進行的這種“數據點的密化（huà）”稱為插補，一般數控裝（zhuāng）置都具有通過基本（běn）函數進行插補的功能（néng）。

１．２　數控機（jī）床的特點

除了少數使用步進電機驅動的簡易數控機（jī）床以及作為特殊用途的數控機（jī）床之外，一般來說，數控機（jī）床都具有以下一些特點。

（１）生產效（xiào）率高。數控機（jī）床主（zhǔ）軸轉速高，結（jié）構（gòu）剛性好，可以選擇最佳的切削參數，從而縮（suō）短實際加（jiā）工時間；數控機床可以實現準（zhǔn）確快速的自動定位，選擇最佳的走刀路線，從（cóng）而縮（suō）短了（le）輔助時間；數控機床可以（yǐ）自動進行工件裝夾，更換加工零件時，無需重（chóng）新（xīn）調整，並且一次裝夾可以完成多工序（xù）的加工，真正實現了一機多用，大（dà）大地節省了安裝調試的時間（jiān）。

（２）加工精度高。

數控機床的機（jī）械傳動（dòng）係統（tǒng）和結構、部件的製造和（hé）裝配（pèi）精度都很高；數控機床按照程序自動加（jiā）工，無需人（rén）工幹預，而且還可以利用軟件進行校正，實現（xiàn）自動補償。因（yīn）此，使用（yòng）數控機床（chuáng）進行生產，可以保證零件的加工精度，穩定產品質量（liàng）。

（３）生產柔性大（dà）。在數控機床上，對於（yú）不同的加工零件隻需改變加工（gōng）程序，就能改變零件（jiàn）的加工工藝與工序，實現多品種、小批量零件的生（shēng）產，以及新產品的試製加工；數控機（jī）床具有多軸聯動的曲線和曲（qǔ）麵加（jiā）工能力，從而（ér）能（néng）夠完成很多普通機床難以完成或者根本不能加工（gōng）的複雜（zá）型麵零（líng）件加工。

（４）生產自動化。

數控機床能夠（gòu）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（hé）自動潤滑，能夠大大減（jiǎn）輕操作者的勞動強度，改善（shàn）勞動條件。

（５）經濟效益良好。生產者可以精確計算生產成本，並對生產進度進行合理的（de）安排，從（cóng）而在一定程（chéng）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（xíng）電氣故障

數控（kòng）機床電氣故障分為弱電故障（zhàng）和強電故障（zhàng）。弱電部分主要有ＣＮＣ裝置、ＰＭＣ控（kòng）製器、ＣＲＴ顯示器以及伺服單元、輸（shū）入／輸出裝置等電（diàn）子電路。強電部（bù）分是指繼電器、接觸器（qì）、開關、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵（tiě）、行程開（kāi）關等電氣組件（jiàn）及其所（suǒ）組成的電路。電氣（qì）故障（zhàng）具體（tǐ）表現為：係統黑（hēi）屏（píng）或者是係統啟動（dòng）開關失靈、係統啟動後電（diàn）路（lù）板空開跳閘；係統啟（qǐ）動後機床一直報“急停”警；刀（dāo）架不能（néng）換刀；主（zhǔ）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（chǎn）生的主（zhǔ）要原因（yīn）如下：

①機械零部件的鏽（xiù）蝕、磨（mó）損（sǔn）和失效；②電氣組件的老化、損壞和失效（xiào）；③電氣組件接觸不良；④使用（yòng）環境變化，如電流或電壓波（bō）動、溫度變化、液（yè）壓壓力和流量的波（bō）動及油汙（wū）

；⑤隨（suí）機幹擾和噪聲、軟件程序丟失（shī）或被（bèi）破壞；⑥操（cāo）作不當等。

２．３　數控機（jī）床電氣故障排除方法

數控機（jī）床（chuáng）電氣故障（zhàng）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（shōu）集（jí）信息，擬定排（pái）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（shù）控（kòng）機床常（cháng）見電氣故障及排除方法

３．１　係統黑屏和啟動（dòng）開關失靈故障及排除方（fāng）法

圖１為數控係統啟動（dòng）電路原（yuán）理圖。若數控機床（chuáng）按下（xià）啟（qǐ）動按鈕（niǔ）後（hòu），係（xì）統不啟動，首先應該檢查數控機床總開關是否打開；其次（cì），觀察電氣櫃中電源盒（hé）的（de）指示（shì）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（hé）是否有２２０Ｖ電（diàn）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，檢查係統後麵是否有２４Ｖ電（diàn）源，若（ruò）沒有，則需檢查（chá）電纜線是否斷（duàn）路。需注意，２４Ｖ電源短路，是電壓達不到２４Ｖ，也有可能（néng）使係統不啟動，這（zhè）就需檢查其他２４Ｖ電（diàn）源是否短路；還有圖１所示的電路（lù）圖中，若有一路斷路或開關損（sǔn）壞，也可導致係統不啟動，若係統後麵有２４Ｖ電（diàn）源，電路圖檢查也沒故障，則（zé）有可能是係統壞了，需（xū）更換數控係統。

３．２　機床啟動後係統（tǒng）一直（zhí）報

“急停”警數控機床一直報（bào）“急停”警的原因有很多，包括外部急停與（yǔ）內部急停，無論（lùn）哪種急停，一旦報（bào）“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同，而機床報“急停”警時，常伴隨著其他報警信息的顯示，根（gēn）據不同報警信（xìn）息，選擇不同（tóng）的方法。其（qí）不同故障（zhàng）處理方（fāng）法如下：

（１）數控機床隻報 “急停”警，無其他報警信息。現這種故障時，首先應該在數控係統中ＰＬＣ狀（zhuàng）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（yī）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（kòng）機床既報（bào）“急停”警，同時又報（bào）某軸超程。這種情況下，首先判斷機床是軟限位超程（chéng）還是硬限位超程。

若硬限位超程，在操（cāo）作麵板上找到超程解除，將操作方式調（diào）在手輪方式（shì）下，按住超程解除，同時手搖機（jī）床，使機床不報警為（wéi）止，按幾次複（fù）位鍵。若機床報軟限位超程，則可直接在手搖方式下，使機床（chuáng）不報警為止。

圖１　數控（kòng）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（rù）信號線或者是（shì）刀架的發信盤是否損壞。

若刀架發信盤損壞，則需更（gèng）換（huàn）刀架發信盤；若發信盤完好，則需檢查刀（dāo）架的信（xìn）號（hào）線與發信盤連接處是否牢靠，同時檢查信號線是（shì）否有斷路的情（qíng）況。若機床有輸入／輸出信號（hào），則需打開電氣櫃，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（sǔn）壞；若吸合，檢查刀架在吸合的瞬（shùn）間是否有（yǒu）電壓，若有電壓，電機不轉動，則有可能為刀架（jià）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（què）是否有輸入和輸出；其次，根據機床冷卻電路（lù）圖，查看線路是否有斷路的情況；最後，檢查電路中各電器元件是否有損壞，檢查無誤後，查看冷（lěng）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（chū）現這（zhè）種情況時，不要盲目上電，先檢查空（kōng）開跳閘的原因。第一，有可能（néng）是空開的額定電流限值小，不夠負載（zǎi）的（de）電流；第二，有可能是三相電短路，或者是（shì）某路

電路（lù）出現問題。

３．６　手動方式下機床主軸不（bú）轉

不同數控機床主軸轉動（dòng）的控製（zhì）方式不同，一般機床主軸的轉動是由變頻器控（kòng）製。係統控（kòng）製ＰＬＣ，ＰＬＣ通過繼電器控製變頻器，變頻器輸出控製主軸的正反轉。當主軸不（bú）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（yǒu）電壓，依次查看，直到查出原因為止。

４　、數（shù）控係統的日常維護保養

數控係（xì）統是數控機床電氣控（kòng）製係（xì）統的核（hé）心（xīn）。機（jī）床的數控係統在經過較長一段時間的（de）使用後，某些元器件難免出現一些損壞或者故障。為了（le）盡量地延長元器件的使用壽命和零部件的（de）磨損周期，預防各種故障特別是（shì）惡（è）性事故的發（fā）生，就（jiù）必須對數控係統進行日常的（de）維護與保養。

數控（kòng）係統的日常維護主要包括以下幾（jǐ）方麵：①製訂並（bìng）且嚴（yán）格執行（háng）數控係（xì）統日常維護的（de）規章製度；②定期（qī）維（wéi）護數（shù）控係統的輸入／輸出設備；③定期檢查和更換直流電機的電刷；④定時清理（lǐ）數控櫃的散熱通風係統，以防止數控裝置過熱（rè）；⑤應盡量少開數控櫃門和強電櫃的（de）門；⑥經常監視數控（kòng）裝置用的電網電壓；⑦定期（qī）檢查和更換存儲器用的電池；⑧對備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

所有的數控機床其基本原理（lǐ）都相同，了解了其工作（zuò）原理，才（cái）能（néng）對機床故（gù）障進行檢測與維修。在進行機床維修時，首先要沉著冷（lěng）靜，在腦海中有一個完整的思路，避免做無用功。

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