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數控機床電氣係統的（de）技術特點分析

2021-2-25 來源：衡水學院作（zuò）者：郭向榮

摘（zhāi）要：在當今的工業生產與製造（zào）領域中，數控機床得到了越來越廣泛（fàn）的應用。電氣係統是數控機床的一個重要組成部分，電氣係（xì）統的穩定（dìng）運（yùn）行是保障數控機床生產效率與生產質量的關鍵。為保障數控機（jī）床電氣係統的良好穩定運行，文章對數控機床電氣係統的結構組（zǔ）成、係統設計、故障特點（diǎn）及典型故障進行了（le）分析，旨在為數控機床電氣係統的合理應用提供參考。

關鍵詞：數控機床；電（diàn）氣係統；技術特點

數控機床的電氣係統比較複雜，在具體應用過（guò）程中很容易出現故障，這些故障不僅會降低數控機床的生產效率與生產質量，同時（shí）也會對其使用壽（shòu）命造（zào）成不利影響。因此（cǐ），在數控機床具體（tǐ）的應用過程中，工業生產企業一（yī）定要明確其技術特（tè）點與係統設計，並對其故障特點及（jí）其典型故（gù）障進行分析，提升數控機床（chuáng）的使用效果，延長其使用壽命。

1 、數（shù）控（kòng）機床的組成

1.1 機械傳動機構

機械傳動（dòng）機構（gòu）可（kě）以直接對（duì）數控機床的具體運動進行控製，它的精度會對零件加工精（jīng）度造成直（zhí）接影響。通常情況下，數控機床中的機械傳（chuán）動機構主要由兩個部分組成，其一是主軸（zhóu）傳動機構（gòu），其二是進給軸傳動機構，前（qián）者與主軸電動機相（xiàng）配合，對主軸運動（dòng）進（jìn）行控製；後者主要和進給電動機相配合，對進給軸的運動進行控製。

通過這兩個傳動機構的相（xiàng）互配合，可以在（zài）三維坐標所指定的區域之內實現（xiàn）相應軌跡（jì）的控製，以實現毛坯件加工。在此過程中，電氣係統可以對（duì）其開關量進行控（kòng）製，以保障每一個機械（xiè）運動部件動作的順序性，進而實現機床工作效率的顯著提升，並較普通機床實現人力成本的大量節約（yuē）。

1.2 電（diàn）氣係統

在數（shù）控（kòng）機床（chuáng）的應用（yòng）過程中，電（diàn）氣係統扮演著執行（háng）者的角色，它的主要（yào）組成部（bù）分包括電源、電機以及繼電器等模塊。電源可以為數控機床提供電流，其電流供給（gěi）共有兩種（zhǒng）性質（zhì），第一種是直流電，第二種是交流電，前者主要為電機和繼電（diàn）器這兩個模塊供電（diàn），後者主要為傳動機構供（gòng）電（diàn）。電機可以實現交流電（diàn）到機械力的轉變，然（rán）後借助傳導功能對機械傳動形式進行控製。直流電主要用作三相交流異（yì）步電動機中，為（wéi）其製動提供電能；同時，CNC 係統啟動和停止按鈕和都需要直（zhí）流電。在整個電（diàn）氣係統中，繼電器是一個重要的執行者，該模塊主要用來實施電氣係統中的動作邏輯，以實現機床各種（zhǒng）生產動（dòng）作的統一規劃和控（kòng）製。

1.3 可編程控製（zhì）器

可編程控製器（qì）就是 PLC 係（xì）統，它在數（shù）控機床中起到核心性的控製作用（yòng）。具（jù）體運行中，數控機（jī）床（chuáng）的控製任務有三個，第一個是主軸控製（zhì），第二個是位置控製，第（dì）三個是輔助（zhù）控製，而 PLC 係統可以借助插補（bǔ）程序的分（fèn）析與應用來行輔（fǔ）助指令的識別，並以控製數控機床的輔助動（dòng）作。在數控機床的具體（tǐ）應用（yòng）中，PC 端或編程人員輸入的相應插補程序會被翻譯為機（jī）械語言的形式，然後傳輸到伺服控製模塊，這一（yī）模塊在接（jiē）收到了相應的脈衝信息後，會根據信息控製電機驅動，以（yǐ）實現主軸以及位置的同步控（kòng）製。在此過程中（zhōng），位置檢測裝置會（huì）對電動機（jī）的狀態等數據進行檢測，並將所有采集到的數據都轉換成二進製形式的數據傳輸到數控係統，以保（bǎo）障（zhàng）數控機床控製的精準度。

1.4 保（bǎo）護機製

在（zài）數控機床具體的工作（zuò）中，可能會有（yǒu）一些（xiē）緊急情況發生，基於此，就需要設計一種相應的保（bǎo）護措施，以避免緊急情況對機床生產的不利影響。在具體（tǐ）設計中，應該設置一個故障急停（tíng）按鈕。在發生故障或誤操作時，操（cāo）作（zuò）人員隻需按下急停按鈕，就可以讓機床的工作立即（jí）停止，有效（xiào）避免事故。

2 、數控機床電氣控統設計（jì）

2.1 PLC 對外控製設計（jì）

在數控機床處在手動（dòng）操作或者是（shì）自動操作狀態下，借助操作界麵（miàn）上（shàng）的相應按鈕，或者是 M、T 指令的執行，就可以讓 PLC 實現開關信號對外輸出的有效控製，以運行數控機床的輔助功能，如冷卻開關、機械（xiè）手換刀以及刀庫選刀等的各項（xiàng）操（cāo）作。另外，機（jī）床側（cè）的（de）每一類檢測開關都將會把當前的機（jī）床（chuáng）狀態輸入 PLC 係統，然後（hòu）借助 PLC 係（xì）統對其進行邏輯運算。

2.2 PLC 對內控製設計

在數控機床的應用過程中，每一個 PLC 控製動（dòng）作的完成都要（yào）和 CNC 之間交換數據，這個數據交（jiāo）換信號也叫作接口信號，每個接口信號的功能都是由數控係統進行規定。具體應用中，數控係統可以按照（zhào）接口信號進（jìn）行主軸以及伺服軸等（děng）的控製（zhì）。

2.3 數控機（jī）床中 PLC 和機床側的 I/O 接口設計

在對數控（kòng）機床的電氣係統進行設（shè）計中，PLC 和機床側的 I/O 接口的布置（zhì）示意圖（tú）如圖 1 所示。

圖 1 PLC 和機床側的（de） I/O 輸入接口（a）和輸出接口（kǒu）（b）布置示（shì）意圖

3 、數控（kòng）機床電氣係統故障的特點、分類及其分析

3.1 數控機床電氣係（xì）統故障的特點

第一，在（zài）電纜經（jīng）過長（zhǎng）時間的磨損（sǔn）之後，可能會存在短路或斷線情況，橡膠電線有時會出現膨脹、黏化，直接引起絕緣係統的故障，進而導致短路（lù）。第二，由於環境溫度過高、電櫃（guì）溫升過（guò）快（kuài）等外界環（huán）境對電氣係統的影響，一些電氣元件很容易損壞。第三，在明確故障原因的情況下，檢修人員通常習慣采取最簡便的方法進行故障維（wéi）修，這樣也就很容易遺漏一些問題。第（dì）四，異步電機進水，排削器、冷卻泵以及電（diàn）動道等設備很容易被損壞，進而引起軸承的超負（fù）荷運（yùn）行情（qíng）況，這樣的情況（kuàng）也（yě）將引起電機（jī）故障。

3.2 數控機床電氣係統（tǒng）故障的分類

在對數控（kòng）機床電氣係（xì）統故障進行分類的過（guò）程中（zhōng），通常可以按照以下幾個類別進行劃分：第一，根據故（gù）障位置，可以將其劃分為軟件（jiàn）故障以及硬件（jiàn）故障（zhàng）。第二，根據故障發生的頻率，可以將其劃分為係統性故障以及隨（suí）機性故障。第三，根據是否有指示，可以分為有診斷指示類型的故障和（hé）無診斷指示類型的故障。第四，根據是否具有破壞性，可以分為有破壞性的故障和無破壞性的故障。

3.3 數控機床電氣係（xì）統故障（zhàng）的分析

在發現數控機床電氣（qì）係統出現了故障之後（hòu），可以通過三個步驟進行故（gù）障分析（xī），第一步是調查，第二步是分（fèn）析，第三步是診斷。在接收到來自 PLC 的故障警告信息之後，首先應保持好故（gù）障（zhàng）現場（chǎng），同時對出現故障（zhàng）時的具體指示情況進行全麵檢查，通過故（gù）障現象的觀察（chá）找（zhǎo）出引起故障的外部原因。在檢查者來到故（gù）障現場後，應該向現場的當事人全麵了解（jiě）故障發（fā）生（shēng）時的（de）情（qíng）況，以更準確地判斷。然後是對故障進行分析，應該通過現場的已知故障情況，並通過個人經驗對可能導致該故障產生的原因進（jìn）行（háng）判斷，最終實現故障信息的有效獲取。在完成了故障（zhàng）分析和故障原因之後，應根據實際選擇合理的（de）處理方法，並根據故障的大小做好處理之前的準備工作，以保障故障處理效果。

4 、數控機床電氣係（xì）統典型問題及解決方（fāng）式

4.1 四方刀架換刀故障

在數控機的應用（yòng）過程中，四方刀架換刀故障是（shì）一個典型的電氣（qì）係統故障。比如，通過手動以及自動換刀功能（néng）進（jìn）行 CK6140 數控車（chē）床換刀的過程中發現無反應，係（xì）統所顯（xiǎn）示的信息是“換刀時間過長”。在出現此類故障時，應先對時間參數進行檢查，看時間參（cān）數是否被修改；若時間（jiān）參數正常，應該對控製狀態（tài）的正（zhèng）確性進行檢查，看（kàn）電（diàn）器櫃內的電器工作是否正常。在此次故障檢查中，經檢（jiǎn）查發現，繼電器停止工（gōng）作，該故障（zhàng）的主要原因是繼電（diàn）器元件被損壞，經進一步的檢查發現，繼電器（qì）保險絲已經被燒毀，在通過儀器檢（jiǎn）測的過程中發現，電動機兩相之間有著非常（cháng）小的電阻，最後在接線盒上發現了很多鐵屑（xiè），由此可判斷，這（zhè）些（xiē）鐵屑是導致此次故障的（de）主要（yào）原因。具體維修過程中，將（jiāng）這些鐵屑清理幹淨，並為繼電器更換了新的保險絲（sī），故障（zhàng）便得到了（le）有效（xiào）排除。

4.2 無法回到（dào）參考點故障

在（zài）某企業進行 XK841 數控銑床的應用（yòng）過程中，電氣控製係統出現了無法回到參考點的故障，其主要故障現象是（shì）X 軸不能回到參考點（diǎn）。具體診斷過程中，首先進入電氣控製係統的 I/O 診斷界（jiè）麵，將 X 軸的（de）軸向開關按下，發現 X軸（zhóu）無動作，由（yóu）此可以初步做出判斷：X 軸限位（wèi）開關存在故障。這（zhè）時，可以打開行程限位開（kāi）關，目測發現其內部存在少許液體（tǐ），由（yóu）此可判斷是這些液體（tǐ）導致的開關（guān）短路。此時，可以將形成限位開關換（huàn）掉，讓這一問（wèn）題得以解決。但是在解決了該問題之後，還需要進一（yī）步（bù）確認開關內出現液體的原因，經進一步的檢（jiǎn）查發現，進（jìn）行切削液傳輸的塑料管已經損壞，導（dǎo）致切屑液滲漏，進而（ér）造成了（le）開關積液短路。因此，在下一（yī）步的維修中，將損壞的塑（sù）料管（guǎn）更換掉，該問題就（jiù）得到了徹（chè）底解決。

5 、結束（shù）語

在數控機床（chuáng）中，電氣係統的應用是保障機床控製效果，提升機床生產效（xiào）率、生（shēng）產質量和節約成本的關（guān）鍵（jiàn）。但是因為電氣（qì）係統的結（jié）構比較複雜，且很多外（wài）部因素都會對係統運行造（zào）成不利影響，所以（yǐ）在（zài）具體的應用過程中，數控機床的電氣（qì）係統也就很容易出現一些問題（tí），進而對機床（chuáng）的正常運行造成不利影（yǐng）響。基於此（cǐ），技術人員應全麵了解數控（kòng）機床的組成及其電氣係統的設計，這樣才能有效掌（zhǎng）握數控機床電氣係統的技（jì）術（shù）特點，以實現科學、合（hé）理、準確的故障分（fèn）析和故障處理。

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