2619473757963數(shù)控機(jī)床的電氣維修技術(shù)

1、數(shù)控機(jī)床的電氣維修技術(shù)摘 要：數(shù)控機(jī)床的電氣故障是數(shù)控機(jī)床的多發(fā)故障，其接線復(fù)雜、故障不易查找，一直是維修的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文對(duì)數(shù)控機(jī)床的電氣維修技術(shù)做出了簡(jiǎn)明的概括，簡(jiǎn)單闡述了數(shù)控機(jī)床的電氣系統(tǒng)的構(gòu)成，把一些常見的故障進(jìn)行分類，列舉了一些常見數(shù)控的機(jī)床的電氣故障的診斷方法，總結(jié)歸納出了數(shù)控機(jī)床的電氣維修方法及技巧，使維修人員可以有條理進(jìn)行數(shù)控機(jī)床電氣局部的診斷與維修，減少了電氣故障的診斷時(shí)間，加快了電氣故障維修的速度。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床，電氣故障，分析，維修前 言隨著電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的開展，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。以微處理器為根底，以大規(guī)模集成電路為標(biāo)志的數(shù)控設(shè)備，已在我國(guó)批量生產(chǎn)、大

2、量引進(jìn)和推廣應(yīng)用，它們給機(jī)械制造業(yè)的開展創(chuàng)造了條件，并帶來很大的效益。但同時(shí)，由于它們的先進(jìn)性、復(fù)雜性和智能化高的特點(diǎn)，在維修理論、技術(shù)和手段上都發(fā)生了飛躍的變化，也在其維修理論、技術(shù)和手段上帶來了很大的變化。另外任何一臺(tái)數(shù)控設(shè)備都是一種過程控制設(shè)備，這就要求它在實(shí)時(shí)控制的每一時(shí)刻都準(zhǔn)確無誤地工作。任何局部的故障與失效，都會(huì)使機(jī)床停機(jī)，從而造成生產(chǎn)停頓。因而對(duì)數(shù)控系統(tǒng)這樣原理復(fù)雜、結(jié)構(gòu)精密的裝置進(jìn)行維修就顯得十分必要了。尤其對(duì)引進(jìn)的CNC機(jī)床，大多花費(fèi)了幾十萬到上千萬美元。在許多行業(yè)中，這些設(shè)備均處于關(guān)鍵的工作崗位，假設(shè)在出現(xiàn)故障后不及時(shí)維修排除故障，就會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。我們現(xiàn)有的維修狀況

3、和水平，與國(guó)外進(jìn)口設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平還存在很大的差距，并且在數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)方面我國(guó)還沒有形成一套成熟的、完整的理論體系，這就給數(shù)控機(jī)床的維修與診斷帶來了很多的不便，因此，一篇講座形式的文章不可能把已經(jīng)形成了一門專門學(xué)科的數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)理論完整地表述出來，本文僅是將許多前輩的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)加以適當(dāng)?shù)臍w納整理，以求對(duì)該學(xué)科理論的開展及工程技術(shù)人員的實(shí)踐有所裨益。1.數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)綜述一臺(tái)典型的數(shù)控機(jī)床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)(1)數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應(yīng)用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(jī)(已很少使用)，軟盤驅(qū)動(dòng)器，CNC鍵盤

4、(一般輸入操作)，數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤及驅(qū)動(dòng)裝置(用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)保護(hù))、磁帶機(jī)(較少使用)、PC計(jì)算機(jī)等等。(2)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的中樞，它將接到的全部功能指令進(jìn)行解碼、運(yùn)算，然后有序地發(fā)出各種需要的運(yùn)動(dòng)指令和各種機(jī)床功能的控制指令，直至運(yùn)動(dòng)和功能結(jié)束。(3)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接受來自CNC的驅(qū)動(dòng)指令，經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩(功率)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反應(yīng)實(shí)施速度閉環(huán)控制。它還通過PLC將主軸的各種現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)通告CNC用以完成對(duì)主軸的各項(xiàng)功能控制。(4)進(jìn)給伺服系統(tǒng)接受來自CNC對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸分別提供的速度指令，經(jīng)速度與電流(轉(zhuǎn)矩)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床坐標(biāo)

5、軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反應(yīng)信號(hào)實(shí)施速度閉環(huán)控制。它也通過PLC與CNC通信，通報(bào)現(xiàn)時(shí)工作狀態(tài)并接受CNC的控制。(5)電器硬件電路隨著PLC功能的不斷強(qiáng)大，電器硬件電路主要任務(wù)是電源的生成與控制電路、隔離繼電器局部及各類執(zhí)行電器(繼電器、接觸器)，很少還有繼電器邏輯電路的存在。但是一些進(jìn)口機(jī)床柜中還有使用自含一定邏輯控制的專用組合型繼電器的情況，一旦這類元件出現(xiàn)故障，除了更換之外，還可以將其去除而由PLC邏輯取而代之，但是這不僅需要對(duì)該專用電器的工作原理有清楚的了解，還要對(duì)機(jī)床的PLC語言與程序深入掌握才行。(6)機(jī)床(電器局部)包括所有的電動(dòng)機(jī)、電磁閥、制動(dòng)器、各種開關(guān)等。它們是實(shí)現(xiàn)機(jī)床各種動(dòng)

6、作的執(zhí)行者和機(jī)床各種現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的報(bào)告員。(7)外部設(shè)備一般指PC計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等輸出設(shè)備，多數(shù)不屬于機(jī)床的根本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。2.常見電氣故障分類數(shù)控機(jī)床的電氣故障可按故障的性質(zhì)、表象、原因或后果等分類。(1)以故障發(fā)生的部位，分為硬件故障和軟件故障。(2)以故障出現(xiàn)時(shí)有無指示，分為有診斷指示故障和無診斷指示故障。(3)以故障出現(xiàn)時(shí)有無破壞性，分為破壞性故障和非破壞性故障。(4)以故障出現(xiàn)的或然性，分為系統(tǒng)性故障和隨機(jī)性故障。(5)以機(jī)床的運(yùn)動(dòng)品質(zhì)特性來衡量，那么是機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性下降的故障。此處故障的分類是為了便于故障的分析排除，而一種故障的產(chǎn)生往往是多種類型的混

7、合，這就要求維修人員具體分析，參照上述分類采取相應(yīng)的分析、排除法。3.故障的調(diào)查與分析這是排故的第一階段，是非常關(guān)鍵的階段，主要應(yīng)作好以下工作：數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障的調(diào)查、分析與診斷的過程也就是故障的排除過程，一旦查明了原因，故障也就幾乎等于排除了。因此故障分析診斷的方法也就變得十分重要了。下面把電氣故障的常用診斷方法綜列于下。(1)直觀檢查法 這是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的檢查。(2)儀器檢查法 使用常規(guī)電工儀表，對(duì)各組交、直流電源電壓，對(duì)相關(guān)直流及脈沖信號(hào)等 進(jìn)行測(cè)量，從中找尋可能的故障。(3)信號(hào)與報(bào)警指示分析法硬件報(bào)警指示這是指包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)在內(nèi)的各電子、電器裝置上

8、的各種狀態(tài)和故障指示燈，結(jié)合指示燈狀態(tài)和相應(yīng)的功能說明便可獲知指示內(nèi)容及故障原因與排除方法。 軟件報(bào)警指示如前所述的系統(tǒng)軟件、PLC程序與加工程序中的故障通常都設(shè)有報(bào)警顯示，依據(jù)顯示的報(bào)警號(hào)對(duì)照相應(yīng)的診斷說明手冊(cè)便可獲知可能的故障原因及故障排除方法。(4)接口狀態(tài)檢查法現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)多將PLC集成于其中，而CNC與PLC之間那么以一系列接口信號(hào)形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號(hào)錯(cuò)誤或喪失相關(guān)的，這些接口信號(hào)有的可以在相應(yīng)的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示，有的可以通過簡(jiǎn)單操作在CRT屏幕上顯示，而所有的接口信號(hào)都可以用PLC編程器調(diào)出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機(jī)床的接口信號(hào)，又要

9、熟悉PLC編程器的應(yīng)用。(5)參數(shù)調(diào)整法數(shù)控系統(tǒng)、PLC及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都設(shè)置許多可修改的參數(shù)以適應(yīng)不同機(jī)床、不同工作狀態(tài)的要求。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機(jī)床相匹配，而且更是使機(jī)床各項(xiàng)功能到達(dá)最正確化所必需的。因此，任何參數(shù)的變化(尤其是模擬量參數(shù))甚至喪失都是不允許的；而隨機(jī)床的長(zhǎng)期運(yùn)行所引起的機(jī)械或電氣性能的變化會(huì)打破最初的匹配狀態(tài)和最正確化狀態(tài)。此類故障多指故障分類中的軟件故障，需要重新調(diào)整相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)方可排除。這種方法對(duì)維修人員的要求是很高的，不僅要對(duì)具體系統(tǒng)主要參數(shù)十分了解，既知曉其地址熟悉其作用，而且要有較豐富的電氣調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。(6)備件置換法當(dāng)故障分析結(jié)果集中于某一印

10、制電路板上時(shí)，由于電路集成度的不斷擴(kuò)大而要把故障落實(shí)于其上某一區(qū)域乃至某一元件是十分困難的，為了縮短停機(jī)時(shí)間，在有相同備件的條件下可以先將備件換上，然后再去檢查修復(fù)故障板。(7)交叉換位法當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障板或者不能確定是否故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個(gè)板互換檢查，例如兩個(gè)坐標(biāo)的指令板或伺服板的交換從中判斷故障板或故障部位。(8)特殊處理法當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)已進(jìn)入PC基、開放化的開展階段，其中軟件含量越來越豐富，有系統(tǒng)軟件、機(jī)床制造者軟件、甚至還有使用者自己的軟件，由于軟件邏輯的設(shè)計(jì)中不可防止的一些問題，會(huì)使得有些故障狀態(tài)無從分析，例如死機(jī)現(xiàn)象。4.電氣維修與故障的排除這是排故

11、的第二階段，是實(shí)施階段。如前所述，電氣故障的分析過程也就是故障的排除過程，電氣故障的一些常用排除方法 在前面的分析方法中已介紹過了，下面那么列舉幾個(gè)常見電氣故障做一簡(jiǎn)要介紹。電源故障電源是維修系統(tǒng)乃至整個(gè)機(jī)床正常工作的能量來源，它的失效或者故障輕者會(huì)喪失數(shù)據(jù)、造成停機(jī)。重者會(huì)毀壞系統(tǒng)局部甚至全部。西方國(guó)家由于電力充足，電網(wǎng)質(zhì)量高，因此其電氣系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)考慮較少，這對(duì)于我國(guó)有較大波動(dòng)和高次諧波的電力供電網(wǎng)來說就略顯缺乏，再加上某些人為的因素，難免出現(xiàn)由電源而引起的故障。數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)故障1位置環(huán)報(bào)警?？赡苁俏恢脺y(cè)量回路開路；測(cè)量元件損壞；位置控制建立的接口信號(hào)不存在等。2坐標(biāo)軸在沒有指令的情況

12、下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。可能是漂移過大；位置環(huán)或速度環(huán)接成正反應(yīng)；反應(yīng)接線開路；測(cè)量元件損壞。3機(jī)床坐標(biāo)找不到零點(diǎn)。可能是零方向在遠(yuǎn)離零點(diǎn)；編碼器損壞或接線開路；光柵零點(diǎn)標(biāo) 記移位；回零減速開關(guān)失靈。4機(jī)床動(dòng)態(tài)特性變差，工件加工質(zhì)量下降，甚至在一定速度下機(jī)床發(fā)生振動(dòng)。這其中有很大一種可能是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)間隙過大甚至磨損嚴(yán)重或者導(dǎo)軌潤(rùn)滑不充分甚至磨損造成的；對(duì)于電氣控制系統(tǒng)來說那么可能是速度環(huán)、位置環(huán)和相關(guān)參數(shù)已不在最正確匹配狀態(tài)，應(yīng)在機(jī)械故障根本排除后重新進(jìn)行最正確化調(diào)整。5偶發(fā)性停機(jī)故障。這里有兩種可能的情況：一種情況是如前所述的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)中的問題造成在某些特定的操作與功能運(yùn)行組合下的停機(jī)故障，一般情況

13、下機(jī)床斷電后重新通電便會(huì)消失；另一種情況是由環(huán)境條件引起的，如強(qiáng)力干擾(電網(wǎng)或周邊設(shè)備)、溫度過高、濕度過大等。這種環(huán)境因素往往被人們所無視，例如：南方地區(qū)將機(jī)床置于普通廠房甚至靠近敞開的大門附近，電柜長(zhǎng)時(shí)間開門運(yùn)行，附近有大量產(chǎn)生粉塵、金屬屑或水霧的設(shè)備等等。這些因素不僅會(huì)造成故障，嚴(yán)重的還會(huì)損壞系統(tǒng)與機(jī)床，務(wù)必注意改善。結(jié) 論本文闡述的數(shù)控機(jī)床電氣故障的維修方法適合常見的數(shù)控機(jī)床的電氣故障?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床日益向著大型化、復(fù)雜化、自動(dòng)化、高速化和連續(xù)化的方向開展，其電氣系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，數(shù)控機(jī)床的電氣故障維修也越來越困難，對(duì)電氣故障診斷技術(shù)的要求也越來越高。應(yīng)用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行

14、監(jiān)測(cè)與診斷，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器故障，消除事故隱患和預(yù)防設(shè)備惡性事故的發(fā)生。并且，隨著高新技術(shù)快速開展，數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)將不斷完善和日趨成熟。 參考文獻(xiàn)1：電子工業(yè)出版社，1994.2周文彪主編.現(xiàn)代設(shè)備管理理論與方法.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1995.3張翠鳳主編.設(shè)備維修工藝學(xué).西安：西北工業(yè)大學(xué)講義，1987.4孫漢卿主編.數(shù)控機(jī)床維修技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.5畢承恩，丁乃健主編.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.6李福生主編.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè).北京：北京出版社，1993.7吳祖育，秦鵬飛主編.數(shù)控機(jī)床.上海：上海科技出版社，1990.8熊光華主編.數(shù)控機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.9劉希金主編.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)故障檢測(cè)與維修.北京：兵器工業(yè)出版社，1995.10郭士義主編.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.謝 辭從開始進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)到論文的順利完成，有許多可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助。首先，我要感謝導(dǎo)師胡福志。本課題的大量研