skwjz數(shù)控機(jī)床維修改造系列講座

1、數(shù)控機(jī)床維修改造系列講座數(shù)控機(jī)床維修改造系列講座機(jī)床作為工作母機(jī)和維修工具，早已成為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的必要裝備。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展，更是制造高質(zhì)量、高效率、高一致性產(chǎn)品的有力保障。隨著人類社會(huì)的飛速發(fā)展與進(jìn)步，各種新材料、新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新配件不斷涌現(xiàn)，各個(gè)領(lǐng)域不斷提出新的要求，這一切都使得機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能千變?nèi)f化。計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展又使得機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)正在以更短的周期更新。面對(duì)如此的形勢(shì)，機(jī)床制造者在不斷努力跟蹤時(shí)代的步伐，機(jī)床的使用者、維修者也要努力跟上。為使讀者及時(shí)了解數(shù)控機(jī)床的技術(shù)與知識(shí)，加深數(shù)控機(jī)床使用與維修理念上的認(rèn)識(shí)，組織了此講座，力圖對(duì)讀者有所幫助。第1講 一個(gè)新

2、興的工業(yè)領(lǐng)域機(jī)床大修與數(shù)控化改造機(jī)械制造業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，具有重要的地位。為此，各國的經(jīng)濟(jì)學(xué)家和企業(yè)家在不斷探索新形勢(shì)下的各種先進(jìn)制造技術(shù)及制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。作為制造業(yè)核心的機(jī)床制造業(yè)則是支柱的基石，是任何行業(yè)都不可或缺的。一、產(chǎn)生與發(fā)展的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)(1)我國現(xiàn)有的、數(shù)以萬計(jì)的陳舊、落后的機(jī)床是機(jī)床大修與數(shù)控化改造行業(yè)產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)基 礎(chǔ)我國是一個(gè)發(fā)展中國家，由于長期自身機(jī)制的不適應(yīng)性，經(jīng)濟(jì)實(shí)力過低、技術(shù)落后、設(shè)備陳舊，極大地制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為盡快改變我國機(jī)械制造業(yè)的落后狀態(tài)，近二十多年來，我們?cè)谄D難地發(fā)展民族機(jī)床制造業(yè)的同時(shí)，積極地引進(jìn)了世界先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備。一方面與世界

3、先進(jìn)機(jī)床制造廠合作，不斷生產(chǎn)出具有世界先進(jìn)水平的各類機(jī)床；另一方面直接購進(jìn)了大量的各類機(jī)床。這一切都為我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了巨大的作用。但是，機(jī)床長期運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，同時(shí)又缺少認(rèn)真的維修與保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些機(jī)床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，或由于技術(shù)力量不足而被長期閑置，需要使用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能起動(dòng)；由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機(jī)床性能已不能滿足使用要求，急需更新升級(jí)改造；由于世界計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來一定困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在510年，而我國大多數(shù)

4、機(jī)床都在超期服役。這些諸多因素都需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行大修及數(shù)控化升級(jí)改造。(2)新進(jìn)的大批二手機(jī)床成為機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的催化劑自改革開放以來，許多企業(yè)引進(jìn)了一大批國外淘汰的舊機(jī)床，雖然有一部分尚能滿足使用要求，但是多數(shù)由于缺少經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、資料及備件等因素，造成雖廉價(jià)購進(jìn)但卻不能繼續(xù)發(fā)揮作用而閑置的尷尬局面。其中不乏有為改造后投入使用而引進(jìn)的舊機(jī)床和生產(chǎn)線。這里多數(shù)的二手機(jī)床只要再有適當(dāng)?shù)馁Y金投入，經(jīng)過大修改造即可發(fā)揮作用。(3)顯著的經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力 對(duì)于機(jī)床擁有者來說，只需花費(fèi)購買相同新機(jī)床30%以下的費(fèi)用即可獲得相同的使用效果。根據(jù)國際該行業(yè)的記載，即使將原機(jī)

5、床的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%左右的價(jià)格。對(duì)于機(jī)床大修改造業(yè)內(nèi)公司來說，這不僅為他們的服務(wù)企業(yè)產(chǎn)生巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根本動(dòng)力。(4)機(jī)床大修及數(shù)控化改造的優(yōu)勢(shì)是該行業(yè)生存與發(fā)展的有利條件 舊機(jī)床的大修、翻新、升級(jí)改造與購買新機(jī)床相比，具有下列優(yōu)勢(shì)：交貨期短。尤其是大型機(jī)床和特殊專用機(jī)床優(yōu)勢(shì)更加明顯。性能更穩(wěn)定。各基礎(chǔ)件經(jīng)長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長期磨合。功能穩(wěn)定性可靠性好。設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小。新機(jī)床設(shè)計(jì)中帶來的技術(shù)、方案風(fēng)險(xiǎn)在大修改造中幾乎不存在。可以更充分地體現(xiàn)用戶的意愿。用戶與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長期使用

6、情況，在大修改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)(包括增、改)意見，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、性能等。更有利于使用與維護(hù)。由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過程，可以直接獲取各種技術(shù)信息，更深入地掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，從而增強(qiáng)使用與維修的主動(dòng)能力?？梢愿斓孬@取最新的更實(shí)用的備件。節(jié)省大量投資。降低投資風(fēng)險(xiǎn)。(5)社會(huì)化、專業(yè)化趨勢(shì)是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的必由之路 舊機(jī)床的數(shù)控化改造和翻新不僅僅是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌時(shí)期必要和重要的行為，而且是一個(gè)企業(yè)長期發(fā)展的戰(zhàn)略措施。當(dāng)前，21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國大多數(shù)企業(yè)正面臨著企業(yè)

7、改制、轉(zhuǎn)軌以進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，迅速融入國際競(jìng)爭。這就需要我們企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)集中全部力量面對(duì)這些挑戰(zhàn)。企業(yè)集團(tuán)化和集團(tuán)內(nèi)部分散網(wǎng)絡(luò)化、自治性、并行工作的新型組織、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、敏捷制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、可持續(xù)制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)等等一系列新的技術(shù)理論，都需要下大力量去研究，以開發(fā)適銷對(duì)路產(chǎn)品，提高對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力；集中人力、財(cái)力、物力以提高本企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭力，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)以最快速度創(chuàng)造出盡可能多的價(jià)值。因此，企業(yè)自身不可能再像過去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下?lián)碛写蠖木S修隊(duì)伍。而設(shè)備維修改造的社會(huì)化、專業(yè)化也就不可避免地成為了大趨勢(shì)。國外機(jī)床的改造與翻新是近期發(fā)展起來的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在先進(jìn)國家已經(jīng)形成了一

8、定的規(guī)模和市場(chǎng)。而在我國，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應(yīng)具備的條件來衡量還相距甚遠(yuǎn)。但是業(yè)內(nèi)有識(shí)之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的將來，一批具備一定條件和一定規(guī)模的機(jī)床改造、翻新的專業(yè)化企業(yè)會(huì)成長起來。 二、大修改造方案的選擇此項(xiàng)工作如果能爭得大修改造企業(yè)的技術(shù)支持可能會(huì)更好、更快些。1.前期立項(xiàng)準(zhǔn)備工作(1)技術(shù)可行性分析 主要是瞄準(zhǔn)改造目標(biāo)及加工對(duì)象，對(duì)被改造機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀的全面分析。其中包括機(jī)床原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理；機(jī)床的基礎(chǔ)部件和結(jié)構(gòu)件是否仍然完好；普通機(jī)床改為數(shù)控機(jī)床，要考察各坐標(biāo)軸的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌副的形式等是否適用；測(cè)量機(jī)床目前的各項(xiàng)精度與出廠精度進(jìn)行

9、對(duì)比，是否存在差距；綜合總結(jié)目前機(jī)床存在的一切故障和歷史上出現(xiàn)過的重大故障。針對(duì)上述問題，對(duì)照改造目標(biāo)和典型工件，編寫改造任務(wù)書，做到改造后的機(jī)床達(dá)到一定的先進(jìn)性和實(shí)用性。(2)經(jīng)濟(jì)可行性分析 從實(shí)際可操作性出發(fā)列出幾種應(yīng)考慮的情況：從機(jī)床自身的價(jià)值考慮，分析要達(dá)到改造目標(biāo)所需投入是否偏高；從該機(jī)床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來分析改造價(jià)值；從該機(jī)床的投入產(chǎn)出率估算，是否能較快收回投資，然后迅速產(chǎn)生較好效益；機(jī)床改造后提高了機(jī)床精度，增加了功能，是否能使本單位產(chǎn)品提高水平，或者能有利于開發(fā)新產(chǎn)品，從而獲得附加效益。改造資金來源可靠。(3)選擇機(jī)床改造者 這是一個(gè)很關(guān)鍵的問題。選擇得好，則

10、能順利完成改造任務(wù)，達(dá)到改 造目標(biāo)；選擇不好，不僅是機(jī)床改造的失敗，而且浪費(fèi)了資金和時(shí)間，影響生產(chǎn)。用戶可根據(jù)后面討論的機(jī)床改造應(yīng)具備的條件來慎重選擇。2.技術(shù)方案準(zhǔn)備(1)機(jī)械及液壓系統(tǒng) 作為機(jī)床的最終用戶，廠方必須首先要確認(rèn)，該機(jī)床機(jī)械及液壓系統(tǒng)的狀況。如：目前機(jī)床的精度，機(jī)械傳動(dòng)鏈的狀況，絲杠、導(dǎo)軌的狀況，有無重大故障等，以確定機(jī)床是大修、項(xiàng)修。如果是非數(shù)控機(jī)床要改為數(shù)控機(jī)床，首先要考慮機(jī)械改裝的可行性，最重要的是導(dǎo)軌的形式及滾珠絲杠的安裝。再有就是機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)間隙與傳動(dòng)剛度是否符合數(shù)控機(jī)床的要求。 (2)電氣系統(tǒng) 在做數(shù)控機(jī)床改造方案時(shí)，用戶可以根據(jù)機(jī)床的狀態(tài)及工藝要求來選擇數(shù)控

11、系統(tǒng)。其一，是選擇數(shù)控制造廠商，目前世界上性能及信譽(yù)較好的有：西門子(德國)、發(fā)那科(日本)、三菱(日本)、NUM(法國)、FAGOR(西班牙)等。用戶可在詳細(xì)了解上述廠商數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及性能價(jià)格比等指標(biāo)的基礎(chǔ)上，與實(shí)施改造的工程公司一道，選擇一個(gè)比較適合的數(shù)控系統(tǒng)。其二，是根據(jù)機(jī)床的功能要求選擇相應(yīng)控制系統(tǒng)的類型，做到既能滿足機(jī)床全部功能要求又不提高標(biāo)準(zhǔn)。我們建議，在選擇數(shù)控系統(tǒng)方面，要特別注意：一要盡量向一個(gè)著名廠家的型號(hào)系列靠攏。這樣既有利于維修和管理，也利于備件的購買。千萬不要把企業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)搞成萬國牌。二要清楚所選廠家在國內(nèi)的維修服務(wù)狀況，以免將來后患無窮。數(shù)控系統(tǒng)選定之后，用戶根據(jù)

12、機(jī)床實(shí)際狀況，決定更換或不更換驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。若不更換，則必須確認(rèn)老驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)是否可以匹配。對(duì)于機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)，目前數(shù)控系統(tǒng)的要求是增量式脈沖編碼輸入，所以老機(jī)床所配的感應(yīng)同步尺或旋轉(zhuǎn)變壓器等測(cè)量元件均需用增量式脈沖編碼器、光柵尺代替。對(duì)于外圍電路，改造可采取的方案有兩種：“接口型改造”，即保留外圍繼電器電路，只對(duì)NC、PLC進(jìn)行改造，新PLC不參與外圍電路控制，只處理NC所需的指令信號(hào)。此方案改造設(shè)計(jì)、調(diào)試工作量較小。另一種是“徹底改造”，在繼電器邏輯較復(fù)雜，故障率較高，用戶又能提供清楚邏輯圖的情況下，可用新NC所帶的PLC將外圍電路全部改造，簡化了外圍電路，又合理利用了PLC的控制能力。此

13、方案可大大簡化硬件電路，大大提高可靠性，但改造設(shè)計(jì)、調(diào)試工作量較大。(3)各部分安裝形式的確定 其一，控制系統(tǒng)的安裝常見的有懸掛式、柜式、臺(tái)式等。安裝方式的選定，直接決定各種連接電纜的走線方式和電纜長度，也關(guān)系到操作與維修的方便性。其二，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安裝，原則上只能采取電氣柜內(nèi)安裝這一種方式，應(yīng)考慮的因素有通風(fēng)冷卻，電纜走線方式及長度，對(duì)其他電器的干擾等。其三，電動(dòng)機(jī)的安裝，根據(jù)機(jī)床的實(shí)際，確定電動(dòng)機(jī)的安裝方式：法蘭式，底座式，帶底座法蘭式，再加上軸伸方向、電動(dòng)機(jī)接線盒的位置等，這些由電動(dòng)機(jī)的訂貨輔助參數(shù)確定。其四，測(cè)量系統(tǒng)的安裝，如選擇電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器的結(jié)構(gòu)方式，電動(dòng)機(jī)安裝一確定，它也就確定了

14、；外裝式需要有彈性聯(lián)軸節(jié)、安裝卡子、電纜走線方向及長度等的考慮；對(duì)于光柵尺，安裝的問題則應(yīng)重視，除安裝可行性外，定尺、動(dòng)尺的安裝配合、安裝精度、溫度影響等均需考慮。三、項(xiàng)目的實(shí)施1.施工隊(duì)伍的選擇機(jī)床大修改造方案設(shè)計(jì)的好壞，大修改造成果的優(yōu)劣，除了經(jīng)濟(jì)因素外，很大程度上依賴于施工隊(duì)伍的素質(zhì)。這是一項(xiàng)很重要的工作，參與項(xiàng)目施工的公司應(yīng)具備下列條件。(1)完整、高效的技術(shù)支持體系 關(guān)鍵是人的因素。該公司應(yīng)具備一支包括機(jī)械、電氣、液壓、工藝工裝等全方位的、具有多年豐富的設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試工作經(jīng)驗(yàn)的工程師隊(duì)伍，同時(shí)還應(yīng)有一支能打硬仗的現(xiàn)場(chǎng)施工隊(duì)伍。這種工作模式是當(dāng)今市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)條件下的流行模式。(2

15、)適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的經(jīng)營管理模式 關(guān)鍵還是人的因素。擯棄計(jì)劃經(jīng)濟(jì)條件下企業(yè)管理中的一切阻礙發(fā)揮每個(gè)人積極性的組織形式和管理方法，組建起能快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的企業(yè)結(jié)構(gòu)，并在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中不斷改進(jìn)、完善，同時(shí)還要考慮該公司的規(guī)模、資金狀況等諸多因素。2.硬件定貨經(jīng)過如上的全面考慮，施工隊(duì)伍已選定，技術(shù)方案的細(xì)節(jié)確定，訂貨清單即可列出。用戶和工程公司可本著相互信任的態(tài)度，從降低成本和保證可靠性兩方面綜合考慮，確定國內(nèi)外定貨清單，并簽訂正式改造合同。在定貨進(jìn)行的同時(shí)，工程人員即可開始著手進(jìn)行系統(tǒng)機(jī)械大 修、項(xiàng)修及電氣軟件編制、實(shí)驗(yàn)室調(diào)試工作。3.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試這是改造能否成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工程人員在這一階段

16、完成機(jī)、電聯(lián)調(diào)，數(shù)控系統(tǒng)的最終調(diào)試、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)最佳化調(diào)節(jié)等工作，并為驗(yàn)收作準(zhǔn)備。4.試加工驗(yàn)收通常有兩個(gè)內(nèi)容：標(biāo)準(zhǔn)樣件的試切削，按照國際標(biāo)準(zhǔn)，不同類型的機(jī)床都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試切削程序；機(jī)床精度的校驗(yàn)，根據(jù)各廠測(cè)量水平的高低，采用相應(yīng)手段，有條件的用戶可采用激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量，這樣機(jī)床位置測(cè)量系統(tǒng)的補(bǔ)償可采用得到的數(shù)據(jù)，從而提高機(jī)床精度。5.資料、培訓(xùn)及保修在驗(yàn)收工作結(jié)束之后，還需要進(jìn)行技術(shù)資料整理、歸檔并提供給用戶，還要對(duì)用戶進(jìn)行技術(shù) 培訓(xùn)及保修工作。舊機(jī)床的數(shù)控化改造事業(yè)方興未艾，在我國目前形勢(shì)下將大批故障機(jī)床尤其是一大批進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床和二手設(shè)備進(jìn)行改造、升級(jí)，以較小的投入盡快使

17、這些設(shè)備在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮效能、創(chuàng)造效益，的確是許多企業(yè)的一項(xiàng)不可忽視的課題。沒有理論指導(dǎo)的實(shí)踐是盲目的實(shí)踐，沒有實(shí)踐的理論是空洞的理論。我國從事數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)、應(yīng)用與維修技術(shù)工作的工程技術(shù)人員數(shù)以萬計(jì)，然而由于此項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環(huán)境因素的制約，在數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)方面還沒有形成一套成熟的、完整的理論體系。當(dāng)今控制理論與自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，使得數(shù)控技術(shù)也在同步飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上的PC基、開放化和性能上的多樣化、復(fù)雜化、高智能化不僅給其應(yīng)用從觀念到實(shí)踐 帶來了巨大變化，也在其維修理論、技術(shù)和手段上帶來了很大的變化。因

18、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，本文僅是將多年的實(shí)踐探索及業(yè)內(nèi)眾同仁的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)加以適當(dāng)?shù)臍w納整理，以求對(duì)該學(xué)科理論的發(fā)展及工程技術(shù)人員的實(shí)踐有所裨益。一、數(shù)控技術(shù)談到維修，首先必須從總體上了解我們的維修對(duì)象。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。(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)，3.5in軟盤驅(qū)動(dòng)器，CNC鍵盤(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)

19、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。數(shù)控系統(tǒng)都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴(yán)格按規(guī)定操作，而日常的維護(hù)則主要是對(duì)硬件使用環(huán)境的保護(hù)和防止系統(tǒng)軟件的破壞。(3)可編程邏輯控制器是機(jī)床各項(xiàng)功能的邏輯控制中心。它將來自CNC的各種運(yùn)動(dòng)及功能指令進(jìn)行邏輯排序，使它們能夠準(zhǔn)確地、協(xié)調(diào)有序地安全運(yùn)行；同時(shí)將來自機(jī)床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給CNC，使CNC能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出進(jìn)一步的控制指令，如此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)床的控制。當(dāng)代PLC多集成于數(shù)控系統(tǒng)中，這主要是指控制軟件的集成化，而PLC硬件則在

20、規(guī)模較大的系統(tǒng)中往往采取分布式結(jié)構(gòu)。PLC與CNC的集成是采取軟件接口實(shí)現(xiàn)的，一般系統(tǒng)都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統(tǒng)對(duì)所有地址的信息狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)各接口信號(hào)的現(xiàn)時(shí)狀態(tài)加以分析判斷，據(jù)此作出進(jìn)一步的控制命令，完成對(duì)運(yùn)動(dòng)或功能的控制。不同廠商的PLC有不同的PLC語言和不同的語言表達(dá)形式，因此，力求熟悉某一機(jī)床PLC程序的前提是先熟悉該機(jī)床的PLC語言。(4)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)接受速度反饋實(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。主軸

21、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自身有許多參數(shù)設(shè)定，這些參數(shù)直接影響主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)特性，其中有些不可丟失或改變的，例如指示電動(dòng)機(jī)規(guī)格的參數(shù)等，有些是可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)加以調(diào)改的，例 如零漂等。通常CNC中也設(shè)有主軸相關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)，并且與主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)作用相同，因此要注意二者取一，切勿沖突。(5)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)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反饋信號(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。進(jìn)給伺服系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的正確調(diào)節(jié)是最重要的，應(yīng)該在位置開環(huán)的條件下作最佳化調(diào)節(jié)，既不過沖又要保

22、持一定的硬特性。它受機(jī)床坐標(biāo)軸機(jī)械特性的制約，一旦導(dǎo)軌和機(jī)械傳動(dòng)鏈 的狀態(tài)發(fā)生變化，就需重調(diào)速度環(huán)調(diào)節(jié)器。(6)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、隔離繼電器部分及各類執(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。(7)機(jī)床(電器部分)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)作

23、的執(zhí)行者和機(jī)床各種現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的報(bào)告員。這里可能的主要故障多數(shù)屬于電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開或斷裂。(8)速度測(cè)量通常由集裝于主軸和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)中的測(cè)速機(jī)來完成。它將電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為速度反饋信號(hào)，與指令速度電壓值相比較，從而實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。這里應(yīng)注意測(cè)速反饋電壓的匹配聯(lián)接，并且不要拆卸測(cè)速機(jī)。由此引起的速度失控多是由于測(cè)速反饋線接反或者斷線所致。(9)位置測(cè)量較早期的機(jī)床使用直線或圓形同步感應(yīng)器或者旋轉(zhuǎn)變壓器，而現(xiàn)代機(jī)床多采 用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測(cè)量元件。它們對(duì)機(jī)床坐標(biāo)軸在運(yùn)行中的實(shí)際位置進(jìn)行直接或間接的測(cè)量，將測(cè)量值反饋到CNC并與指令位移

24、相比較直至坐標(biāo)軸到達(dá)指令位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的精確控制。位置環(huán)可能出現(xiàn)的故障多為硬件故障，例如位置測(cè)量元件受到污染，導(dǎo)線連接故障等。(10)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)床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。2.數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的電氣控制數(shù)控機(jī)床一個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的電氣控制由電流(轉(zhuǎn)矩)控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)串聯(lián)組成 。其控制框圖如圖2。(1)電流環(huán)是為伺服電機(jī)提供轉(zhuǎn)矩的電路。一般情況下它與電動(dòng)機(jī)的匹配調(diào)節(jié)已由制造者作好了或者指定了相應(yīng)的匹配參數(shù)，其反饋信號(hào)也在伺服系統(tǒng)內(nèi)聯(lián)接完成，因此不需接線與調(diào)整。(2)速度環(huán)是控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速亦即坐標(biāo)軸運(yùn)行速度

25、的電路。速度調(diào)節(jié)器是比例積分(PI)調(diào)節(jié)器，其P、I調(diào)整值完全取決于所驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸的負(fù)載大小和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)(導(dǎo)軌、傳動(dòng)機(jī)構(gòu))的傳動(dòng)剛度與傳動(dòng)間隙等機(jī)械特性，一旦這些特性發(fā)生明顯變化時(shí)，首先需要對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)工作，然后重新調(diào)整速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器。速度環(huán)的最佳調(diào)節(jié)是在位置環(huán)開環(huán)的條件下才能完成的，這對(duì)于水平運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸和轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸較容易進(jìn)行，而對(duì)于垂向運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸則位置開環(huán)時(shí)會(huì)自動(dòng)下落而發(fā)生危險(xiǎn)，可以采取先摘下電動(dòng)機(jī)空載調(diào)整，然后再裝好電動(dòng)機(jī)與位置環(huán)一起調(diào)整或者直接帶位置環(huán)一起調(diào)整，這時(shí)需要有一定的經(jīng)驗(yàn)和細(xì)心。速度環(huán)的反饋環(huán)節(jié)見前面“速度測(cè)量”一節(jié)。(3)位置環(huán)是控制各坐標(biāo)軸按指令位置精確定位的

26、控制環(huán)節(jié)。位置環(huán)將最終影響坐標(biāo)軸的位置精度及工作精度。這其中有兩方面的工作：一是位置測(cè)量元件的精度與CNC系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的匹配問題。測(cè)量元件單位移動(dòng)距離發(fā)出的脈 沖數(shù)目經(jīng)過外部倍頻電路和/或CNC內(nèi)部倍頻系數(shù)的倍頻后要與數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的分辨率相符。例如位置測(cè)量元件10脈沖/mm，數(shù)控系統(tǒng)分辨率即脈沖當(dāng)量為0.001mm，則測(cè)量元件送出的脈沖必須經(jīng)過100倍頻方可匹配。二是位置環(huán)增益系數(shù)Kv值的正確設(shè)定與調(diào)節(jié)。通常Kv值是作為機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置的，數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)各個(gè)坐標(biāo)軸分別指定了Kv值的設(shè)置地址和數(shù)值單位。在速度環(huán)最佳化調(diào)節(jié)后Kv值的設(shè)定則成為反映機(jī)床性能好壞、影響最終精度的重要因素。Kv值是機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)

27、自身性能優(yōu)劣的直接表現(xiàn)而并非可以任意放大。關(guān)于Kv值的設(shè)置要注意兩個(gè)問題，首先要滿足下列公式：Kv=v/式中v坐標(biāo)運(yùn)行速度，m/min跟蹤誤差，mm注意，不同的數(shù)控系統(tǒng)采用的單位可能不同，設(shè)置時(shí)要注意數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的單位。例如，坐標(biāo)運(yùn)行速度的單位是m/min，則Kv值單位為m/(mm·min)，若v的單位為mm/s，則Kv的單位應(yīng)為mm/(mm·s)。其次要滿足各聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸的Kv值必須相同，以保證合成運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。通常是以Kv值最低的坐標(biāo)軸為準(zhǔn)。位置反饋(參見上節(jié)“位置測(cè)量”)有三種情況：一種是沒有位置測(cè)量元件，為位置開環(huán)控制即無位置反饋，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般即為開環(huán)；一種是半閉

28、環(huán)控制，即位置測(cè)量元件不在坐標(biāo)軸最終運(yùn)動(dòng)部件上，也就是說還有部分傳動(dòng)環(huán)節(jié)在位置閉環(huán)控制之外，這種情況要求環(huán)外傳動(dòng)部分應(yīng)有相當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)剛度和傳動(dòng)精度，加入反向間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償之后，可以得到很高的位置控制精度；第三種是全閉環(huán)控制，即位置測(cè)量元件安裝在坐標(biāo)軸的最終運(yùn)動(dòng)部件上，理論上這種控制的位置精度情況最好，但是它對(duì)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求更高而不是低，如若不然，則會(huì)嚴(yán)重影響兩坐標(biāo)的動(dòng)態(tài)精度，而使得機(jī)床只能在降低速度環(huán)和位置精度的情況下工作。影響全閉環(huán)控制精度的另一個(gè)重要問題是測(cè)量元件的精確安裝問題，千萬不可輕視。(4)前饋控制與反饋相反，它是將指令值取出部分預(yù)加到后面的調(diào)節(jié)電路，其主要作用是減小

29、跟蹤誤差以提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性從而提高位置控制精度。因?yàn)槎鄶?shù)機(jī)床沒有設(shè)此功能，故本文不詳述，只是要注意，前饋的加入必須是在上述三個(gè)控制環(huán)均最佳調(diào)試完畢后方可進(jìn)行第3講 數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)(中)二、維修工作的基本條件數(shù)控機(jī)床的身價(jià)從幾十萬元到上千萬元，一般都是企業(yè)中關(guān)鍵產(chǎn)品關(guān)鍵工序的關(guān)鍵設(shè)備，一 旦故障停機(jī)，其影響和損失往往很大。但是，人們對(duì)這樣的設(shè)備往往更多地是看重其效能，而不僅對(duì)合理地使用不夠重視，更對(duì)其保養(yǎng)及維修工作關(guān)注太少，日常不注意對(duì)保養(yǎng)與維修工作條件的創(chuàng)造和投入，故障出現(xiàn)臨時(shí)抱佛腳的現(xiàn)象很是普遍。因此，為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效益，我們一定要重視維修工作，創(chuàng)造出良好的維修條件。由于數(shù)控機(jī)

30、床日常出現(xiàn)的多為電氣故障，所以電氣維修更為重要。1.人員條件數(shù)控機(jī)床電氣維修工作的快速性、優(yōu)質(zhì)性關(guān)鍵取決于電氣維修人員的素質(zhì)條件。(1)首先是有高度的責(zé)任心和良好的職業(yè)道德。(2)知識(shí)面要廣。要學(xué)習(xí)并基本掌握有關(guān)數(shù)控機(jī)床電氣控制的各學(xué)科知識(shí)，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、模擬與數(shù)字電路技術(shù)、自動(dòng)控制與拖動(dòng)理論、控制技術(shù)、加工工藝以及機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)，當(dāng)然還包括上節(jié)所講的基本數(shù)控知識(shí)。(3)應(yīng)經(jīng)過良好的技術(shù)培訓(xùn)。數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，尤其是針對(duì)具體數(shù)控機(jī)床的技術(shù)培訓(xùn)，首先是參加相關(guān)的培訓(xùn)班和機(jī)床安裝現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際培訓(xùn)，然后向有經(jīng)驗(yàn)的維修人員學(xué)習(xí)，而更重要且更長時(shí)間的是自學(xué)。(4)勇于實(shí)踐。要積極投入數(shù)控機(jī)床的維修與操

31、作的工作中去，在不斷的實(shí)踐中提高分析能力和動(dòng)手能力。(5)掌握科學(xué)的方法。要做好維修工作光有熱情是不夠的，還必須在長期的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中總結(jié)提高，從中提煉出分析問題、解決問題的科學(xué)的方法。(6)學(xué)習(xí)并掌握各種電氣維修中常用的儀器、儀表和工具。(7)掌握一門外語，特別是英語。起碼應(yīng)做到能看懂技術(shù)資料。2.物質(zhì)條件(1)準(zhǔn)備好通用的和某臺(tái)數(shù)控機(jī)床專用的電氣備件。(2)非必要的常備電器元件應(yīng)做到采購渠道快速暢通。(3)必要的維修工具、儀器儀表等，最好配有筆記本電腦并裝有必要的維修軟件。 (4)每臺(tái)數(shù)控機(jī)床所配有的完整的技術(shù)圖樣和資料。(5)數(shù)控機(jī)床使用、維修技術(shù)檔案材料。3.關(guān)于預(yù)防性維護(hù)預(yù)防性維護(hù)的目

32、的是為了降低故障率，其工作內(nèi)容主要包括下列幾方面的工作。(1)人員安排 為每臺(tái)數(shù)控機(jī)床分配專門的操作人員、工藝人員和維修人員，所有人員都要不斷地努力提高自己的業(yè)務(wù)技術(shù)水平。(2)建規(guī)建檔 針對(duì)每臺(tái)機(jī)床的具體性能和加工對(duì)象制定操作規(guī)章，建立工作與維修檔案，管理者要經(jīng)常檢查、總結(jié)、改進(jìn)。(3)日常保養(yǎng) 對(duì)每臺(tái)數(shù)控機(jī)床都應(yīng)建立日常維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，包括保養(yǎng)內(nèi)容(如坐標(biāo)軸傳動(dòng)系統(tǒng)的潤滑、磨損情況，主軸潤滑等，油、水氣路，各項(xiàng)溫度控制，平衡系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，傳動(dòng)帶的松緊，繼電器、接觸器觸頭清潔，各插頭、接線端是否松動(dòng)，電氣柜通風(fēng)狀況等等)及各功能部件和元?dú)饧谋ｐB(yǎng)周期(每日、每月、半年或不定期)。(4)提高利

33、用率 數(shù)控機(jī)床如果較長時(shí)間閑置不用，當(dāng)需要使用時(shí)，首先機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)會(huì)由于油脂凝固、灰塵甚至生銹而影響其靜、動(dòng)態(tài)傳動(dòng)性能，降低機(jī)床精度，油路系統(tǒng)的 堵塞更是一大煩事；從電氣方面來看，由于一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的整個(gè)電氣控制系統(tǒng)硬件是由數(shù)以 萬計(jì)的電子元器件組成的，他們的性能和壽命具有很大離散性，從宏觀來看分三個(gè)階段：在一年之內(nèi)基本上處于所謂“磨合”階段。在該階段故障率呈下降趨勢(shì)，如果在這期間不斷開動(dòng)機(jī)床則會(huì)較快完成“磨合”任務(wù)，而且也可充分利用一年的維修期；第二階段為有效壽命 階段，也就是充分發(fā)揮效能的階段。在合理使用和良好的日常維護(hù)保養(yǎng)的條件下，機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)至少可在五年以上；第三階段為系統(tǒng)壽命衰老階

34、段，電器硬件故障會(huì)逐漸增多，數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命平均在810年左右。因此，在沒有加工任務(wù)的一段時(shí)間內(nèi)，最好較低速度下空運(yùn)行機(jī)床，至少也要經(jīng)常給數(shù)控系統(tǒng)通電，甚至每天都應(yīng)通電。三、維修與排故技術(shù)1.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。硬件故障是指電子、電器件、印制電路板、電線電纜、接插件等的不正常狀態(tài)甚至損壞，這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟件故障一般是指PLC邏輯控制程序中產(chǎn)生的故障，需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也屬于軟件故障。最嚴(yán)重的軟件故障則是數(shù)控系統(tǒng)軟件

35、的缺損甚至丟失，這就只有與生產(chǎn)廠商或其服務(wù)機(jī)構(gòu)聯(lián)系解決了。(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。當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)都設(shè)計(jì)有完美的自診斷程序，時(shí)實(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件性能，一旦發(fā)現(xiàn)故障則會(huì)立即報(bào)警或者還有簡要文字說明在屏幕上顯示出來，結(jié)合系統(tǒng)配備的診斷手冊(cè)不僅可以找到故障發(fā)生的原因、部位，而且還有排除的方法提示。機(jī)床制造者也會(huì)針對(duì)具體機(jī)床設(shè)計(jì)有相關(guān)的故障指示及診斷說明書。上述這兩部分有診斷指示的故障加上各電氣裝置上的各類指示燈使得絕大多數(shù)電氣故障的排除較為容易。無診斷指示的故障一部分是上述兩種診斷程序的不完整性所致(如開關(guān)不閉合、接插松動(dòng)等)。這類故障則要依靠對(duì)產(chǎn)生故障前

36、的工作過程和故障現(xiàn)象及后果，并依靠維修人員對(duì)機(jī)床的熟悉程度和技術(shù)水平加以分析、排除。(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。對(duì)于破壞性故障，損壞工 件甚至機(jī)床的故障，維修時(shí)不允許重演，這時(shí)只能根據(jù)產(chǎn)生故障時(shí)的現(xiàn)象進(jìn)行相應(yīng)的檢查、分析來排除之，技術(shù)難度較高且有一定風(fēng)險(xiǎn)。如果可能會(huì)損壞工件，則可卸下工件，試著重現(xiàn)故障過程，但應(yīng)十分小心。(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。系統(tǒng)性故障是指只要滿足一定的 條件則一定會(huì)產(chǎn)生的確定的故障；而隨機(jī)性故障是指在相同的條件下偶爾發(fā)生的故障，這類故障的分析較為困難，通常多與機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的局部松動(dòng)錯(cuò)位、部分電氣工件特性漂移或可靠

37、性降低、電氣裝置內(nèi)部溫度過高有關(guān)。此類故障的分析需經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、綜合判斷才可能排除。(5)以機(jī)床的運(yùn)動(dòng)品質(zhì)特性來衡量，則是機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性下降的故障。在這種情況下，機(jī)床雖 能正常運(yùn)轉(zhuǎn)卻加工不出合格的工件。例如機(jī)床定位精度超差、反向死區(qū)過大、坐標(biāo)運(yùn)行不平穩(wěn)等。這類故障必須使用檢測(cè)儀器確診產(chǎn)生誤差的機(jī)、電環(huán)節(jié)，然后通過對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的最佳化調(diào)整來排除。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。第4講 數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)(下)2.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

38、要應(yīng)作好下列工作：詢問調(diào)查在接到機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障要求排除的信息時(shí)，首先應(yīng)要求操作者盡量保持現(xiàn)場(chǎng) 故障狀態(tài)，不做任何處理，這樣有利于迅速精確地分析故障原因。同時(shí)仔細(xì)詢問故障指示情況、故障表象及故障產(chǎn)生的背景情況，依此做出初步判斷，以便確定現(xiàn)場(chǎng)排故所應(yīng)攜帶的工具、儀表、圖紙資料、備件等，減少往返時(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)檢查到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，首先要驗(yàn)證操作者提供的各種情況的準(zhǔn)確性、完整性，從而核實(shí) 初步判斷的準(zhǔn)確度。由于操作者的水平，對(duì)故障狀況描述不清甚至完全不準(zhǔn)確的情況不乏其例，因此到現(xiàn)場(chǎng)后仍然不要急于動(dòng)手處理，重新仔細(xì)調(diào)查各種情況，以免破壞了現(xiàn)場(chǎng)，使排故增加難度。故障分析根據(jù)已知的故障狀況按上節(jié)所述故障分類辦法分析

39、故障類型，從而確定排故原 則。由于大多數(shù)故障是有指示的，所以一般情況下，對(duì)照機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)診斷手冊(cè)和使 用說明書，可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。確定原因?qū)Χ喾N可能的原因進(jìn)行排查從中找出本次故障的真正原因，這時(shí)對(duì)維修人員是 一種對(duì)該機(jī)床熟悉程度、知識(shí)水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和分析判斷能力的綜合考驗(yàn)。排故準(zhǔn)備有的故障的排除方法可能很簡單，有些故障則往往較復(fù)雜，需要做一系列的準(zhǔn) 備工作，例如工具儀表的準(zhǔn)備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購甚至排故計(jì)劃步驟的制定等等。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

40、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。詢問 向故障現(xiàn)場(chǎng)人員仔細(xì)詢問故障產(chǎn)生的過程、故障表象及故障后果，并且在整個(gè)分析 判斷過程中可能要多次詢問。目視總體查看機(jī)床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(例如各坐標(biāo)軸位置、主軸狀態(tài)、 刀庫、機(jī)械手位置等)，各電控裝置(如數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置、潤滑裝置等)有無報(bào)警指示，局部查看有無保險(xiǎn)燒煅，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等 。觸摸在整機(jī)斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、 各功率及信號(hào)導(dǎo)線(如伺服與電機(jī)接觸器接線)的聯(lián)接

41、狀況等來發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障的原因。 通電這是指為了檢查有無冒煙、打火、有無異常聲音、氣味以及觸摸有無過熱電動(dòng)機(jī)和元件存在而通電，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電分析。(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。例如用萬用表檢查各電源情況，及對(duì)某些電路板上設(shè)置的 相關(guān)信號(hào)狀態(tài)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量，用示波器觀察相關(guān)的脈動(dòng)信號(hào)的幅值、相位甚至有無，用PLC 編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。(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

42、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之間則以一系列接口信號(hào)形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號(hào)錯(cuò)誤或丟失相關(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

43、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)功能達(dá)到最佳化所必需的。因此，任何參數(shù)的變化(尤其是模擬量參數(shù))甚至丟失都是不允許的；而隨機(jī)床的長期運(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)和最佳化狀態(tài)。此類故障多指故障分類一節(jié)中后一類故障，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

44、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。備件板的更換要注意以下問題。更換任何備件都必須在斷電情況下進(jìn)行。許多印制電路板上都有一些開關(guān)或短路棒的設(shè)定以匹配實(shí)際需要，因此在更換備件板上一 定要記錄下原有的開關(guān)位置和設(shè)定狀態(tài)，并將新板作好同樣的設(shè)定，否則會(huì)產(chǎn)生報(bào)警而不能工作。某些印制電路板的更換還需在更換后進(jìn)行某些特定操作以完成其中軟件與參數(shù)的建立。這 一點(diǎn)需要仔細(xì)閱讀相應(yīng)電路板的使用說明。有些印制電路板是不能輕易拔出的，例如含有工作存儲(chǔ)器的板，或者備用電池板，它會(huì)丟 失有用的參數(shù)或者程序。必須更換時(shí)也必須遵照有關(guān)說明操作。鑒于以上條件，

45、在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細(xì)閱讀相關(guān)資料，弄懂要求和操作步驟 之后再動(dòng)手，以免造成更大的故障。(7)交*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。這種交*換位法應(yīng)特別注意，不僅硬件接線的正確交換，還要將一系列相應(yīng)的參數(shù)交換，否則不僅達(dá)不到目的，反而會(huì)產(chǎn)生新的故障造成思維的混亂，一定要事先考慮周全，設(shè)計(jì)好軟、硬件交換方案，準(zhǔn)確無誤再行交換檢查。(8)特殊處理法當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)已進(jìn)入PC基、開放化的發(fā)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

46、自己的軟件，由于軟件邏輯的設(shè)計(jì)中不可避免的一些問題，會(huì)使得有些故障狀態(tài)無從分析，例如死機(jī)現(xiàn)象。對(duì)于這種故障現(xiàn)象則可以采取特殊手段來處理，比如整機(jī)斷電，稍作停頓后再開機(jī)，有時(shí)則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長期實(shí)踐中摸索其規(guī)律或者其他有效的方法。3.電氣維修與故障的排除這是排故的第二階段，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，因此電氣故障的一些常用排除方法 在上一節(jié)的分析方法中已綜合介紹過了，本節(jié)則列舉幾個(gè)常見電氣故障做一簡要介紹，供維修者參考。(1)電源電源是維修系統(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)丟 失數(shù)據(jù)、造成停機(jī)。重者會(huì)毀壞系統(tǒng)局部甚至

47、全部。西方國家由于電力充足，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)于我國有較大波動(dòng)和高次諧波的電力供電網(wǎng)來說就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現(xiàn)由電源而引起的故障。我們?cè)谠O(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的供電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量做到：提供獨(dú)立的配電箱而不與其他設(shè)備串用。電網(wǎng)供電質(zhì)量較差的地區(qū)應(yīng)配備三相交流穩(wěn)壓裝置。電源始端有良好的接地。進(jìn)入數(shù)控機(jī)床的三相電源應(yīng)采用三相五線制，中線(N)與接地(PE)嚴(yán)格分開。電柜內(nèi)電器件的布局和交、直流電線的敷設(shè)要相互隔離。(2)數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)故障位置環(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。坐標(biāo)軸在沒有指令的情況下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)?？赡苁瞧?/p>

48、移過大；位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋；反饋接線開路；測(cè)量元件損壞。(3)機(jī)床坐標(biāo)找不到零點(diǎn)?？赡苁橇惴较蛟谶h(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)軌潤滑不充分甚至磨損造成的；對(duì)于電氣控制系統(tǒng)來說則可能是速度環(huán)、位置環(huán)和相關(guān)參數(shù)已不在最佳匹配狀態(tài)，應(yīng)在機(jī)械故障基本排除后重新進(jìn)行最佳化調(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，一般情況下機(jī)床斷電

49、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忽視，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。本文由于篇幅所限不做更多的介紹，讀者可參閱數(shù)控機(jī)床的隨機(jī)資料及其他專門介紹各種故 障的文章。4.維修排故后的總結(jié)提高工作對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣故障進(jìn)行維修和分析排除后的總結(jié)與提高工作是排故的第三階段，也是十分重要的階段，應(yīng)引起足夠重視?？偨Y(jié)提高工作的主要內(nèi)容包括：詳細(xì)記錄從故障的發(fā)生、分析判

50、斷到排除全過程中出現(xiàn)的各種問題，采取的各種措施，涉 及到的相關(guān)電路圖、相關(guān)參數(shù)和相關(guān)軟件，其間錯(cuò)誤分析和排故方法也應(yīng)記錄并記錄其無效的原因。除填入維修檔案外，內(nèi)容較多者還要另文詳細(xì)書寫。有條件的維修人員應(yīng)該從較典型的故障排除實(shí)踐中找出常有普遍意義的內(nèi)容作為研究課題 進(jìn)行理論性探討，寫出論文，從而達(dá)到提高的目的。特別是在有些故障的排除中并未經(jīng)由認(rèn)真系統(tǒng)地分析判斷而是帶有一定地偶然性排除了故障，這種情況下的事后總結(jié)研究就更加必要?？偨Y(jié)故障排除過程中所需要的各類圖樣、文字資料，若有不足應(yīng)事后想辦法補(bǔ)濟(jì)，而且在 隨后的日子里研讀，以備將來之需。從排故過程中發(fā)現(xiàn)自己欠缺的知識(shí)，制定學(xué)習(xí)計(jì)劃，力爭盡快補(bǔ)課

51、。找出工具、儀表、備件之不足，條件允許時(shí)補(bǔ)齊?？偨Y(jié)提高工作的好處是：迅速提高維修者的理論水平和維修能力。 提高重復(fù)性故障的維修速度。利于分析設(shè)備的故障率及可維修性，改進(jìn)操作規(guī)程，提高機(jī)床壽命和利用率。可改進(jìn)機(jī)床電氣原設(shè)計(jì)之不足。資源共享?？偨Y(jié)資料可作為其他維修人員的參數(shù)資料、學(xué)習(xí)培訓(xùn)教材。第5講 SINUMERIK 810 T/M的維修(上)一、SINUMERIK 810T/M的結(jié)構(gòu)SINUMERIK 810T/M是西門子的一個(gè)中檔數(shù)控系統(tǒng)。為了使用戶更好地了解和使用該系統(tǒng)，首先從維修的角度向用戶介紹其硬件及軟件構(gòu)成，再結(jié)合維修實(shí)例向用戶講解如何排除一些常見故障。1.810T/M的硬件構(gòu)成SI

52、NUMERIK 810T/M數(shù)控系統(tǒng)的主要部件如圖1所示。其主要模塊有：(1)帶協(xié)處理器的CPU板(6FX1138-5BB*)，是數(shù)控系統(tǒng)的核心。其中主要包括NC與PC的CPU、實(shí)際值寄存器、工件程序存儲(chǔ)器、引導(dǎo)指令輸入器(啟動(dòng)芯片)及兩個(gè)串行通用接口。系統(tǒng)只有一片中央處理器(Intel 80186)，為NC與PC的CPU所共用，從而降低了成本，簡化了整機(jī)結(jié)構(gòu)。(2)位置控制模塊(6FX1121-4BA*)，是數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的進(jìn)給軸與主軸實(shí)現(xiàn)位置反饋閉環(huán)控制的接口。它對(duì)每個(gè)控制軸的位置反饋信號(hào)進(jìn)行拾取、監(jiān)控、計(jì)數(shù)與緩沖，通過總線到CPU模塊的實(shí)際值寄存器，同時(shí)將數(shù)控系統(tǒng)對(duì)各軸的控制指令模擬量(

53、0+/-10V,2mA)及相應(yīng)軸的調(diào)節(jié)釋放信號(hào)到相應(yīng)的待服單元。系統(tǒng)要求的位置反饋元件是數(shù)字式的增量位移傳感器。(3)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)板(6FX1121-1BA)基主要功能是插接系統(tǒng)程序，存儲(chǔ)器子模塊(EPROM)。6F X11218-1BA模塊還可帶有32kB靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器作為工件程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，擴(kuò)充容量相當(dāng)于 80m穿孔帶。(4)接口板(6FX1121-2BA*)，有下述功能：實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)操作面板和機(jī)床控制面板的接口。通過I/O總線輸入/輸出模塊以及手輪控制模塊實(shí)現(xiàn)接口?？梢赃B接兩個(gè)快速測(cè)量頭(用于工件和刀具的檢測(cè))。插接用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(帶電池的6kB RAM存儲(chǔ)器子模塊)。(5)文字、圖形

54、處理器板(6FX1151-1BA*)，其主要功能是進(jìn)行文字和圖形顯示處理 ，輸出高分辨率的隔行掃描信號(hào)，給CRT顯示器的適配單元。(6)單元模塊(6EV3055-OBC)，包括電源啟動(dòng)邏輯控制，輸入濾波，開關(guān)式穩(wěn)壓電源(24V/5V )及風(fēng)扇監(jiān)控等。2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1所示，相互的關(guān)系由圖2的框圖說明之。第6講 SINUMERIK 810 T/M的維修(下)   二、810T/M常見故障及排除方法1.熒光屏無顯示(設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后的黑屏) 在使用手冊(cè)810T/M的設(shè)備中，熒光屏無顯示是常見的一種故障，尤其在潮濕氣候下，關(guān)機(jī)較 長時(shí)間后，更為突出。主要是由于備用電池?zé)o

55、電引起的；也有少部分是由于硬件損壞造成的。廣大用戶所希望的是如何能準(zhǔn)確而快速地判斷出故障原因。下面以個(gè)人遇到和處理該故障的經(jīng)驗(yàn)，編制了流程圖(圖3)，供大家參考。流程圖說明：(1)在機(jī)床正常工作時(shí)，請(qǐng)將上講表1中的/類即系統(tǒng)使用者/機(jī)床使用者的數(shù)據(jù)備份。 (2)所有板的插拔都要在斷電情況下進(jìn)行。2.回參考點(diǎn)問題(1)回參考點(diǎn)的目的為什么要回參考點(diǎn)呢?不回參考點(diǎn)行不行呢?簡單地說，回參考點(diǎn)是為了每次上電開機(jī)后，在機(jī)床上建立一個(gè)唯一的坐標(biāo)系。尤其當(dāng)810T/M安裝在一般的中檔以上機(jī)床時(shí)，回參考點(diǎn)是必不可少的。對(duì)于那些低檔數(shù)控機(jī)床由于功能要求不同亦可不回參考點(diǎn)。(2)回參考點(diǎn)的過程圖4為回參考點(diǎn)時(shí)軸

56、運(yùn)動(dòng)與信號(hào)的變化過程。當(dāng)某一個(gè)軸開始回參考點(diǎn)，其接觸開關(guān)信號(hào)有“0-1-0”(在810T/M中是Q108.4為第一軸回零信號(hào)，Q112.4為第二軸回零信號(hào).)或者(即1-0-1)的變化后，810T/M的位置環(huán)等候從編碼器中零脈沖(Zero Mark)的發(fā)出。當(dāng)接到該脈沖信號(hào)后再移動(dòng)2mm的距離該軸停下來，并確認(rèn)回參考點(diǎn)過程完成，由于在開關(guān)信號(hào)變化后的零脈沖在機(jī)床上是唯一的，所以建立的坐標(biāo)系是唯一的。(3)有時(shí)為什么回不了參考點(diǎn)這個(gè)問題有兩種可能：接近開關(guān)壞了。在回參考點(diǎn)的過程中，雖然機(jī)床撞了回零擋塊，但Q108.4/Q112.4.無信號(hào)變化，則回零肯定要失敗。解決的辦法是讓接觸開關(guān)運(yùn)動(dòng)，要使對(duì)應(yīng)的Q108.4/Q112.4等有變化；若無變化須排除相應(yīng)的故障。雖然Q108.4