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數控機床的（de）電器故障診（zhěn）斷及維（wéi）修技術（shù）探究

2021-6-24 來源：江蘇聯合職業技術學院鎮江分院作者：吳鈞

摘要（yào）：數控機床現已成為現代自動化、電氣一體化生產發展的（de）主力設備，如今也大量且廣泛應用於機械製造加工業中（zhōng），數控機床中的電氣設備及其（qí）線（xiàn）路扮演著十分重要的角色，直接決定了數控機床的性（xìng）能及運行穩定性，還影響了數控機床（chuáng）的操（cāo）控、設備（bèi）功能（néng）及安全性能。所以，數控機床操作人員務必加強對數控機床電氣設（shè）備及其線路的（de）故障診斷及維修技術的分析與探究（jiū），全（quán）麵深化對數（shù）控機床電器故障診斷及維修的（de）能力，促（cù）進數控（kòng）機床在（zài）機械製造加工業中的穩定發（fā）展。

關鍵詞：數控機床（chuáng）；電氣故（gù）障；診斷；維修技術

0 引言

數控機床的出現成功實現將機器、電（diàn）氣設備、液體進行功（gōng）能的集成，屬（shǔ）於機械製造加工業的（de）高精尖生產設（shè）備（bèi），僅運轉穩定性與安全性有所保障，還能提高加工精（jīng）度且降低人工成本（běn）的投入，數控機床是否廣（guǎng）泛投入應用（yòng）已成為當前機械製造加工（gōng）業（yè）自動化、電氣一體化程度的評價標準。

數控機床的實際運行中任（rèn）一環節出現故障且無法得到及時的解決，都將（jiāng）會對機械製造加工生產造成影響，降低生產質量與效率，損害操作人員的安（ān）全（quán）與企業的經濟效益。

1 、數控機床的組成及其主要電氣設備

1.1 數控機床的基本組成

數控（kòng）機床（chuáng）的基本組成（chéng）有加工程序載體（tǐ）、數控裝置係統、伺服驅動裝置、機床主體、電氣係統設備及其管（guǎn）線與（yǔ）其它輔助裝置。以下是對各主要組成（chéng）部分的結構與工作原理的簡（jiǎn）要概述（shù）說明（míng）。

1.1.1 加工程序載體

數控機床在設定（dìng）好進行工作時，正常情況下是不需要（yào）人工第二次介入的，完全由（yóu）數控機床的加工程序電腦進行操控，要求工作人員在前期做好加工件的數控機床編程（chéng）工作。如機械加工（gōng）製造中的零部件加工，前期設計編程程序（xù）就要包（bāo）括刀具（jù）的使用、潤滑（huá）液與抗磨液壓油、切削油的使用、加工部（bù）件的相（xiàng）對運動軌跡、刀頭刀具、油泵等加工設備的各項數據參數等，將這（zhè）些加工程序進行編程工作使其轉化（huà）為數控機床的程序載體可接受的格式代碼（mǎ），最後輸入數控機床的程序電腦中，執行工作命令。

1.1.2 數控裝置

數控裝置是數控機床運行工作最重要的部件，現今的（de）數控裝（zhuāng）置大部分為 CNC（即 ComputerNumerical Control）技術。它主要通過多（duō）個微型處理器的共同處理工作，將數控裝置及其功能以程序化軟（ruǎn）件的形式呈現，所以也叫作軟件（jiàn）數控。CNC 係統在數控機床的應用（yòng）中準確地來說是一種（zhǒng）位置控（kòng）製係統，它（tā）可以根據（jù）加工（gōng）部件的（de）設計程序進行有效地補（bǔ）充理想的運動軌跡，隨（suí）後輸出指令至數控機床加工設備進行加工（gōng）。所以說，數控機床的數控裝置大概（gài）可以分成輸入、處理、分析和輸出這幾個部（bù）分（fèn），所有（yǒu）工（gōng）作處理過程必須經由計算機係統以（yǐ）及數控程序（xù）軟件進行分析與處理，最終實現數控機床的運轉。

數控裝置的輸入通（tōng）常有鍵盤編程程序直接（jiē）輸入、CAD係（xì）統直接（jiē）導入和外（wài）接計算機直接數控（kòng）輸入等（děng）。信（xìn）息（xī）處理則是通（tōng）過（guò）數控機床的輸入裝置將需要進行加工的零部件的程序及各項數據傳入 CNC 係統中，經 CNC 係統編譯成數控機床所能識別的格式代碼程序信息，再經過逐步儲存、分析與運行處理後，由輸出裝（zhuāng）置（zhì）輸出指令到伺（sì）服係統和主運動控製係統。

控機床的輸出裝置與伺服機構相連（lián）接，依據數控裝（zhuāng）置（zhì）的指（zhǐ）令接受運算係統的輸出信息，並將其轉送到各個數據對應的伺服控製係統，進行伺服係統的驅動進而實現（xiàn）數控機（jī）床（chuáng）的運轉。

1.1.3 伺服與測量反饋係統

伺服係統作為數控機床的重要（yào）運行（háng）操控係統，數控機床主要的進給（gěi）伺（sì）服控製與主軸伺服控製都由它來完成。伺服係（xì）統可以（yǐ）接受由數控機床控裝（zhuāng）置輸出的指令程（chéng）序信息，將其功率放大並進行分析處理（lǐ）後，轉變成數控機床各加工部件（jiàn）的位移（yí）指令信息。伺服（fú）係統作為數控（kòng）機床最後一道工序，它的運轉（zhuǎn）性能將直接決定數控機床的加工質量、加工（gōng）精度與速度等性能指標，所以，數控（kòng）機床的伺服驅動（dòng）裝置必須具有強大的接受、分與處理的性能，精（jīng）準而明確（què）地進行指令信息（xī）的讀取與處

理並驅動（dòng）伺服係統，加強數控機床的運（yùn）行穩定性。

數控機床中的測量反饋係統還會把數控機床運行（háng）過程中各（gè）加（jiā）工部件的實際位移進行檢測並換算成坐標，通過反饋係統反饋回數控機床數控裝（zhuāng）置中與設計編程程序（xù）值進行對比，並實時向伺（sì）服係統（tǒng）輸出（chū）設計程序中的理想運動軌跡與位移量指令。

1.1.4 數控機床主（zhǔ）體結構

數控機床的主體結構主要（yào）由床身、支撐底座、支撐立柱、橫梁、滑座、工作台、主軸箱進給係統、架等機械自動化部件組成。這些（xiē）的（de）組成將實現數控機床自動化控製完成各項機（jī）械製（zhì）造加工零部件的過程（chéng）。數控機床的主體結構通常采用（yòng）高強度、防震功能（néng）好以及耐高溫性能好的（de）鋼材，能有效提升數控機床主體結構的（de）靜剛度，還能通過主體結構加強阻尼設定與結構件強（qiáng）度（dù）、提升固（gù）有頻率等（děng）辦法來提升（shēng）數控機床主體結構的強度與防震性能，能讓數控機床在更穩定的工況下進行自動化切削工作。

優化數控機床主體（tǐ）結構件的（de）布局、增加（jiā）數控機床散熱性能以達到（dào）數控機床主體結構耐高溫性能的提升，可以有效防止高溫對數控機床運（yùn）行帶來的影響。

1.1.5 數控機床（chuáng）輔助裝置

輔助裝置是幫助數控機床在正常運轉（zhuǎn）工況下維持性能以及保（bǎo）持最（zuì）大化性能輸出的係統，比較常見的有：氣動刀具更換係統、液壓升降係（xì）統、切（qiē）削油泵、噴油係統、冷卻係統、排（pái）液與排屑係統、移動工作台、防護及照明裝置等，輔助裝置的配備能為數（shù）控機（jī）床的運（yùn）轉穩定性提供保障（zhàng），確保數控機床（chuáng）在（zài）自動化控製長時間運轉加工情況下故障出現（xiàn）頻率減少。

1.2 主要電（diàn）氣設備

1.2.1 空氣開關

空（kōng）氣開關又叫做空氣斷路器，是（shì）電路斷路器的一種，可以在電路內電流超過（guò）額定工作電流時自（zì）動斷（duàn）開裝置以防（fáng）止危險事故的發生。空氣（qì）開關的使用是數控機床低壓配電係統和電力（lì）拖動（dòng）係統中必不可少的措施，不僅可以實現電流的（de）控製還可（kě）以實現保護（hù）電路的功能，如完成接觸或是斷開電（diàn）路、避免電路或是數控機床電氣（qì）設備出現短路現象、電路係統過載（zǎi）或是啟動電動機等功能。

1.2.2 電動機斷路（lù）器

電動機斷路器接入數控機床的（de）電路係統（tǒng）後，可以讓其自行運轉並且手動（dòng）通過按鈕或是旋鈕進行控製開關（guān），連接電路接觸器工作時可以實現遠程控製電動機（jī）電路。電動機的電路保護繼承了熱繼電器與電磁設備斷路器，並將所有的（de）帶（dài）電元件進行了保護措施，防（fáng）止人手直（zhí）接觸碰。本身具有（yǒu）的欠壓脫扣模塊可以保證電動機斷路器在欠壓條件下（xià）斷開，分勵脫扣模塊可以實現遠程操控斷路器（qì）斷開與連接。

1.2.3 熔斷器

熔斷器也是一種保護電路的裝置（zhì），在電路（lù）通過超（chāo）過額定工作電流值時，可（kě）以通過自身產熱對內部熔體進行熔（róng）斷，使得電路在此斷開實現保護電路。熔斷器當前已被（bèi）廣（guǎng）泛（fàn）應用於高、低壓配電係統和控製係統或是數控機床控製電氣設備中，是最為普遍（biàn）且成本較低的短路與電路過載保護器。熔斷器具（jù）有反時延的特性，當電路內過載電路較小（xiǎo）時，熔斷器內熔體的熔斷時間（jiān）較長，過載電路較大（dà）時熔體熔斷時間隨機縮短，所以熔斷器在超出額定工作電流較小時或是快速恢複（fù）正常電（diàn）流時並不會進行熔體熔斷，達（dá）到（dào）保護（hù）電路的目的（de）同時節省了（le）電路維（wéi）護成本。

1.2.4 接觸器

數控機床及其相關電氣設備中的接觸器（qì）有直流接觸器和交流接觸器（qì），不（bú）僅應用於電力係統、配電係統還在數控機床用電中廣泛運用。它可（kě）以通過電流經過（guò）內部線（xiàn）圈產（chǎn）生電磁場（chǎng），使得接觸觸頭閉合以控製電路（lù）負載（zǎi）。許多接觸器由於其可以頻繁與大電（diàn）流相接並（bìng）進行電（diàn）路控（kòng）製這（zhè）一（yī）特性，被廣泛使用於數控機床電氣設備，它不僅可以完成自身電路的（de）切斷與接通、保護電路，還可以實現（xiàn）低電壓釋放（fàng）保護。接（jiē）觸器的控製（zhì）容量大、涵蓋範圍廣，所以較為適用於頻繁開（kāi）閉操作或是遠距離控製電（diàn）路設備（bèi），逐漸成為了電氣（qì）設備及自動化控製係統的重要電（diàn）氣元件。

2 、常見的數控機床電氣設備故（gù）障

2.1 動作指令（lìng）信號異常

動作指令信號的異（yì）常會（huì）導致數控機床各動作執行（háng）出現（xiàn）故障，其中動作執行故障也分為零部件元件自身（shēn）故障與機械相關部件故障。容易產生零部（bù）件元件自身故障的電氣設備有伺服電機係統、驅動軸控製器、機械定位係（xì）統、電（diàn）磁閥的控製、電磁線（xiàn）圈、比例（lì）閥、電（diàn）動（dòng）機、高壓與低壓配（pèi）電係統、油路管線等，這（zhè）些零部件執（zhí）行（háng）元件一旦出現故障，都會導致數控機床報錯停止運行，甚至（zhì）有可能引發安（ān）全事（shì）故。

所以（yǐ），此類動作指（zhǐ）令信號異（yì）常的電氣（qì）設備故障，務必（bì）進行零部件執行元件的動作信號是否正常，比如動作指令信號是否正（zhèng）確傳達、零部件元件是否通、信號電氣設備及電路係統電壓與電流是（shì）否正常等，此外與零部件元件電氣設備相連接的機械設備也要一並檢測。

2.2 中（zhōng）間控製故障

中間控製故障共有兩種常見故障方式，分別為數（shù）控係（xì）統故障和（hé）輔助裝置及電氣設備控製回路（lù）故障。此階（jiē）段的中間控製故障在發生時（shí）都（dōu）會（huì）及（jí）時反饋到數（shù）控裝置，及時作（zuò）出報警警報，並立即（jí）停機，相（xiàng）較於（yú）其他難以發現的故障或是隱患比較容易解決。

2.3 信號檢測工作異常

信號檢（jiǎn）測工作（zuò）異常的出現，通常會在數（shù）控機床的數控裝置中反映出來，通常有檢測設備自身故障與檢測設（shè）備相關機械加工（gōng）部件信號故障（zhàng）兩種。檢測設備（bèi）有刀具與工作台的速度與位置信息檢測設備，測速電動（dòng）機、位置編（biān）碼（mǎ）器、光柵感應裝置與各種（zhǒng）順序控製檢測設備，如（rú）空（kōng）氣開關、電磁閥、壓力開關（guān）等（děng）。

上述所（suǒ）有檢測裝置都或多或少地與其（qí）控製的相關機械加工部件或是數控（kòng）機床氣液管線相連接，所以在全麵進行檢測裝備自身信號檢測工作時（shí），也不能忽略相關機械（xiè）加工部部件的連（lián）接（jiē）信號檢測。

3 、如何理解故障處理的思路與原則

係統（tǒng），不同的（de）數控係統由於其設計功能的不（bú）同，設計思想與配置（zhì）也不同，但是所（suǒ）有數控機床的數控係統（tǒng）都有基（jī）礎的處（chù）理思路與基本結構，所以（yǐ）在數控機床的數控係統出現故障時，維修人（rén）員需要（yào）有一套完備的故障處理思路及原則。維修工人（rén）到達（dá）現場後務必對數控機（jī）床的運（yùn）轉工況與環境等條件進行考察與分析，對於故障出現的狀況（kuàng）做出全（quán）麵的分析與研判，盡可能地做到全麵（miàn）掌握故障狀況與性質，進行故障處（chù）理的同時要保證自身（shēn）專（zhuān）業技術（shù）水平過硬且小心謹（jǐn）慎，防止故障狀況進一步惡化。

也可以通過數控機（jī）床數控係統中的程序代碼報錯檢測進行數據提（tí）取，幫助自己明（míng）白故障（zhàng）出（chū）現的原因（yīn）與複雜程度，甚至在進行維（wéi）修前（qián）就將故障出現的部位與相（xiàng）關維修點規劃好，所有技術（shù）層麵與維修工具準備周全，設計好維修（xiū）方案（àn）以便故障處理（lǐ）的有效進行。故障出現時，應按照（zhào）以下故障（zhàng）處理原則進行：先常用消（xiāo）耗部件後用特殊功（gōng）能部件，對（duì）於數控機（jī）床的電氣（qì）設備（bèi）故障檢測理應從數控機床電氣係統中常用、消耗量較大的部（bù）件開始，完成再進行特殊功能實現部件的（de）檢測，以此能有效加強數控機床電氣故障（zhàng）的處理水平與效率。先（xiān）簡單後繁雜原則，數控機床數控係統電氣設備係統的故障檢測與處理程序中，務必遵循先從電氣係統較（jiào）為簡單的零部件與結構起手，做好萬無一（yī）失的檢（jiǎn）測與運行測（cè）試後，再進行電氣係（xì）統（tǒng）中相對複雜、難度較（jiào）高的（de）部件檢（jiǎn）測，這樣的故障檢測與處理原則能（néng）大幅提高數控機床電氣係（xì）統故障成因的分析與處理效率。

先檢測公用部分後獨占部分原則，數控機床的電（diàn）氣係統（tǒng）設備中（zhōng），不同的設計與功能要求促使（shǐ）了許多電氣設備是聯合運作的，這些公用部分模塊的故障檢測相對較為簡單，比如數控機床電氣係統中的電路接地係統、可編程控製器、供電係統、位係統等，此類公用部分模塊的故障檢測完（wán）成後再對各種細分（fèn）功能的特有零部件進行檢測，有利（lì）故障原因的快速分析與查找、處理，提升數控機床故障處理水平。軟件後硬件設施的原則，數控機床電氣係統（tǒng）的故障檢測，可（kě）以先利用自（zì）身自（zì）動化控（kòng）製、軟（ruǎn）件設施程度高的優點進（jìn）行數控係統的故障檢測，如（rú）此一來可以（yǐ）更快地對數控機床電氣係統中的軟件設施與各項數據參數信息進（jìn）行診斷，提升（shēng）各項檢測診斷程序的檢測速度。

軟件檢測完成後但故（gù）障依然存在（zài）時（shí），再（zài）進行數控機床電氣係統的硬件設施層麵的檢測，如此可（kě）以很（hěn）大程度上降低數控機床電氣設備（bèi）故障出現的（de）判斷分（fèn）析難度以及工作量，提升數控機床電氣係統故障的處理效率的同時促進企業經濟效（xiào）益最大化。

4 、數控機床電氣設備故（gù）障診（zhěn）斷及維修技術探究

4.1 信號指示分析處理法

數控機床在設計初期就已經設置好了（le）各數控係統、電氣設備、伺服（fú）係統（tǒng）的電子異常檢測報警係統，一旦檢（jiǎn）測到異常或是出現（xiàn）故障都會及時反饋到數控係（xì）統中，並進行硬件報警如頂（dǐng）部的警報故障指示（shì）燈，操作人員（yuán）可以根據警報故障指示燈與數控係統中的報錯代（dài）碼進行故障原因與部件位置的分析與研判，及時地進行故障的處理與危險警報的排除。數控機床的電氣係統與數控係統的（de）軟件也會進行相（xiàng）應的故障檢（jiǎn）測與報錯（cuò），軟件（jiàn）加工程序、可編程控製器程序中存在的故障通常不會反應到頂部硬（yìng）件故障警報燈上，而是在計算機或是（shì）數控係（xì）統（tǒng）中出現相應的報錯（cuò）代碼供操作人員知曉並及時作出解決（jué）措施。

4.2 接口狀況自檢查看法

近些年（nián）的數控機床隨著科技水平的發（fā）展也在（zài）進步，很多數控機（jī）床的（de）數控係統（tǒng）都已集成了可編程控製器程序，CNC 控製係統與 PLC 程序的相連則是通（tōng）過一係列信號（hào）傳遞，難免會有線材與接口的出現。數控機床的某些電氣設備故障即可通過接口端狀態自檢（jiǎn）與查看的方（fāng）法進行故障排除（chú），PLC 係統可以清晰明了地查看哪些端口出現故障，所（suǒ）以此項故障檢測處（chù）理方法對操作人員對 PLC 程序的掌握水平有一定的限製。

4.3 使用相關檢測（cè）設備

對於數控機床電氣係統及相關設備和管線來說，完全可以使用電力檢測儀表如萬用（yòng）表、電流表、電壓表等，進行（háng）電氣係統直流供電或是脈衝信號進行檢測，從電路上找尋可能出現故障（zhàng）的原因。過萬用表檢測各電路、電（diàn）源或是電路板上相（xiàng）關信（xìn）號（hào）狀態進行測量，示波器進行（háng）脈衝信號的檢測、PLC 編程程（chéng）序查找故障起（qǐ）因與大概部（bù）位等，都可以有效提升數控機床電氣設備的診斷、維修的水平與效率。

4.4 測試程序導入法

此方法通過數控程序自（zì）行編譯功能測試程序或是外部手工編程進行功能測試程序的編譯，然後將其導（dǎo）入到數控機（jī）床（chuáng）數控（kòng）係統中進（jìn）行各種運行（háng）參數、數據的分析集成並進行程序自檢與診斷，可以有效地對各項電氣設備及其管線進行檢測與（yǔ）診斷，對於 PLC 相連接的機械加工工作部（bù）位進行穩定性與精（jīng）度的檢測，進而實現對數控機床故障出現的原因及可能部位（wèi）的診（zhěn）斷與維修。

5 、結束語

綜上（shàng）所述，數控機床電氣係統故障的（de）出現勢必會（huì）影響整體運轉的安全性及穩定性，相關行業及工作人員務必（bì）加強對（duì）數控機床電氣設備故障的診斷以及維（wéi）修能力，全力保障數控機床在運行過程中發揮出最好的性能。

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