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數控機床典型電氣故障診斷與維修

2018-3-21 來源：山（shān）西職業（yè）技術學院作者：張（zhāng）晶輝

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

關鍵詞（cí）：數控（kòng）機床；電氣故（gù）障；診（zhěn）斷與維修

０　引言

采用數控（kòng）技術進行控製的加（jiā）工設備稱為數控機床，它是一種綜合應用了（le）計算機技術，自動化控製技術、精密測量技術和機床設（shè）計（jì）等先進技術的典型機電一體化產品，隨（suí）著數控（kòng）技術的快速發展，數控機（jī）床的故障診斷與維修也越來越重要。

１　、數控機床的加工原理及特（tè）點

１．１　數控機（jī）床的加工（gōng）原理

在機械加工過程中，依據工件（jiàn）的尺寸形狀，刀具的走刀軌跡為直線或圓弧（hú）時，數控機床的工（gōng）作過程如下：

①按（àn）照坐標的方向，將刀（dāo）具與工件（jiàn）的運動軌跡分割成一些最（zuì）小的（de）移動量（稱為脈衝當量）；

②通過數控係統的插補軟（ruǎn）件或運算（suàn）器，把運動軌（guǐ）跡用“最小移動量”為單位的等效折線（xiàn）進行擬合；

③根據擬合折線的軌跡，數控係統給機床相應的坐標軸連續不斷分配進給脈衝，伺服驅動（dòng）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（wán）全是以脈衝當量為單位的，脈衝當量的單位往往是ｍｍ／脈衝。按照零件程序的（de）要求，使刀具按照坐標的移動方向移（yí）動若幹個最小位移量，從（cóng）而實現刀具與工件的相對運動，數控機床正是通過控製刀具運動軌跡來（lái）完成（chéng）零件加工（gōng）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（微分處理），求（qiú）出一係列中（zhōng）間點的坐標值，然後按這些計算出來的中間點的（de）坐（zuò）標（biāo）值向各坐標輸出（chū）脈衝（chōng）數。這些脈衝數決定了刀具運動的方向與（yǔ）距（jù）離，使最終的運動軌跡與加工（gōng）零件的外形（xíng）完全吻合，從（cóng）而保證加工出（chū）的工件具（jù）有最終需要的直線或圓（yuán）弧輪廓。

數控裝置進（jìn）行的這（zhè）種“數據點的密化”稱為插補，一般數控裝置都具有通過基本函數進行插補的功（gōng）能。

１．２　數控機床的特點

除（chú）了少數使用步進電機驅動的簡易數（shù）控機床以及作為特殊用途的數控機床之（zhī）外，一般來說，數控機床都具有以下（xià）一些特點。

（１）生產效率高。數控機床主軸轉速高，結構剛性好，可以選擇最（zuì）佳的切削參（cān）數，從而縮短實際加工時間；數控機床可以實現準確快速的自動定位，選擇最（zuì）佳的走刀（dāo）路線，從而縮短了輔助時間；數控機床可以自動進行工件裝（zhuāng）夾，更換加工零件（jiàn）時，無需重新調（diào）整，並且一（yī）次裝夾可以完成多工序的加工，真正實現了一機多用，大大地節省了（le）安裝調（diào）試的時（shí）間。

（２）加工精度高。

數控機床的（de）機械傳動係統和結構、部件的製（zhì）造和裝配精度都很高；數控機床按照程序自動加工，無需人工幹預（yù），而且還可以利用軟件進行校正，實現自動補（bǔ）償。因此，使用數控機床進行生產，可以保證零件的加工精度，穩（wěn）定產品（pǐn）質量。

（３）生產（chǎn）柔（róu）性大。在數（shù）控（kòng）機床上，對（duì）於不同的加工零件隻需改變加工（gōng）程序，就能改變零件的（de）加工工藝與工序，實現多品種（zhǒng）、小批量零件的生產（chǎn），以及新產品的試製加工；數控機床具有多軸聯動的曲線和曲麵加（jiā）工能力，從而能夠（gòu）完成很多普通（tōng）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（shēng）產加工過程（chéng）中的自動加工、自動換刀、自動排屑、自動冷卻和（hé）自動潤滑，能夠大大減輕操作者的勞動強度，改（gǎi）善勞動（dòng）條件。

（５）經（jīng）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（háng）合理的安排，從而在一（yī）定程度上加速資金的周（zhōu）轉，切實提（tí）高經濟效（xiào）益。

２　、數控機床電氣故障的診斷與維修

２．１　數控機床典（diǎn）型電（diàn）氣故障

數控機床電氣故障分為弱電故（gù）障和強（qiáng）電故障。弱電部分主要有ＣＮＣ裝置、ＰＭＣ控製器、ＣＲＴ顯示器以（yǐ）及伺服單（dān）元、輸入／輸出裝置等電子電路。強電部分是指繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關等電氣組件及其所組（zǔ）成的（de）電路。電氣故障具體表現為：係統黑屏或者是係統啟動開關失靈、係統啟動後電路板（bǎn）空開跳閘；係統啟動後機（jī）床一直報“急停”警；刀架不能換刀；主軸不轉，Ｘ、Ｙ、Ｚ軸或其他軸不動等。

２．２　故障產生的主要原因

故（gù）障產生的主要原因如下：

①機械零部件的鏽蝕、磨損和失效；②電氣組件的老化、損壞和失效；③電氣組件接觸不良；④使用環境變化，如電流或電壓波動、溫度變化（huà）、液壓（yā）壓力和（hé）流量的波動及油汙

；⑤隨機幹擾和噪聲（shēng）、軟件程序丟失或（huò）被破壞；⑥操作不當等。

２．３　數控機床電氣故障排除方法

數控機床電氣故障（zhàng）排除步驟（zhòu）如下：①偵察，即現場調查（chá）故障，查看（kàn）故障現象；②計劃，即收集信息，擬（nǐ）定排除方法；③診斷，即進行故障定位；④維修（xiū），即解決（jué）發現的機床故障

；⑤試機，即測（cè）試機（jī）床是否正（zhèng）常工作。

３　、數控機床常見電氣故障及排除方法

３．１　係統黑屏和啟動開關失（shī）靈故障及排除方法

圖１為數控（kòng）係統啟動電路原理圖。若數控機床按下啟動按鈕後，係統不啟動，首先應該檢查（chá）數控（kòng）機床總開關是否打開；其（qí）次，觀察電氣櫃中（zhōng）電源盒的（de）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（shì）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，也有可能使（shǐ）係統不啟動，這就需檢查其他２４Ｖ電源是否短路；還有（yǒu）圖１所示的電路圖中，若有（yǒu）一路斷路或開關損壞，也（yě）可導致係統不（bú）啟（qǐ）動，若係統後麵有２４Ｖ電（diàn）源，電路圖檢查也沒故障，則有（yǒu）可能是係統壞了，需更換（huàn）數控係（xì）統。

３．２　機床啟動後係統一直報

“急停”警數控（kòng）機床一直報“急停”警（jǐng）的原因有很多（duō），包括外部急停（tíng）與內部急（jí）停，無論（lùn）哪種急停，一旦報“急停”警，機床就停止不能運行（háng）。不同機（jī）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（bào）警信息的（de）顯示，根據不同報警信息，選擇不同的方法。其不同故障處理方法如下：

（１）數控機床（chuáng）隻報 “急（jí）停”警，無其（qí）他報警信息。現這種故障時，首（shǒu）先應該（gāi）在（zài）數控係統中ＰＬＣ狀態下查看（kàn）ＰＬＣ是否有輸入和輸出（chū）。若有，則根據機床電氣原理圖的急停電路，一次（cì）排查；若電路無故障，則需要檢查急停開關是否損壞。

（２）數控機床既報“急停”警（jǐng），同時又報某軸（zhóu）超程。這種情況下，首（shǒu）先判斷機床是軟（ruǎn）限位（wèi）超程還是硬限位超程。

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（jǐ）次複位鍵。若機床報軟限位超程，則可直接在手搖方式（shì）下，使機床不報警為止。

圖１　數控係統啟動（dòng）電路原理圖

３．３　在手動方（fāng）式下刀位不轉換

遇（yù）到數控機床不換刀時，首先應該在ＰＬＣ狀（zhuàng）態（tài）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，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。

若刀架發信盤（pán）損壞，則需更換刀架發信盤；若發信盤完好，則需檢查刀架（jià）的信號線與發信盤連接處是否牢靠，同時檢查信號線是（shì）否有（yǒu）斷路的情況。若（ruò）機床有輸入／輸出信號，則需打開電氣（qì）櫃，查看繼電器指示燈是（shì）否（fǒu）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（diàn）壓，電機不轉動，則有可能為刀架電機損壞（huài）。

３．４　在（zài）手動方式下冷卻電（diàn）機不工作

出現這種情況（kuàng）時，首先在（zài）ＰＬＣ狀態下查看冷卻是否有輸入和（hé）輸出；其次，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（chá）電路（lù）中各電器元件是否有損壞，檢查無誤後，查看冷卻電機是否有電壓或冷機電機是否損壞。

３．５　一上電（diàn）就出現空開跳閘

出現這種情況時，不要盲目上電，先（xiān）檢查空（kōng）開跳閘的原因。第一，有可能是空開的額定電流限值小，不（bú）夠負載的電流；第二，有可（kě）能是三相電短路（lù），或（huò）者（zhě）是某路

電路出現問題。

３．６　手動方式（shì）下機床主軸不轉

不同數控機（jī）床主軸轉動的控（kòng）製方式不同，一（yī）般機床主（zhǔ）軸的轉動是由變頻（pín）器控製。係統控（kòng）製ＰＬＣ，ＰＬＣ通過繼電器控製變頻器，變頻器輸出（chū）控製主軸的正（zhèng）反轉。當主（zhǔ）軸不轉時，首先（xiān）應該查看ＰＬＣ，其（qí）次查看繼電器，最（zuì）後看主軸電機是否有電壓，依次查看（kàn），直到查出原因為止。

４　、數控係統的日常維護保養

數控係統是數控機床電氣控製係統的核心（xīn）。機床的數控係統在經過較長一段時間的使（shǐ）用後（hòu），某些元器件難免出現一（yī）些損壞或者故障。為了盡量地延長元器件的使用壽（shòu）命和零部件的磨損（sǔn）周期，預防各種（zhǒng）故障特別是惡性事故的發生（shēng），就必（bì）須對數控係統進行日常的維護與保養（yǎng）。

數控係統的日常維護主要包括以下幾方麵：①製（zhì）訂（dìng）並且嚴格執行數控係統日常維護的規章（zhāng）製度；②定期維護數控係（xì）統的輸入／輸出設備；③定期檢查和更換直（zhí）流電機的電（diàn）刷；④定（dìng）時清理數控（kòng）櫃（guì）的散熱（rè）通風係統，以防止（zhǐ）數控裝置過熱；⑤應盡量少開數控櫃（guì）門和（hé）強電櫃的門；⑥經常監視數控裝置用的電網電壓；⑦定期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進行維護。

５　、結語

所（suǒ）有的數（shù）控機床其基本原理都相同，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（sī）路，避免做無用功。

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