數(shù)控機床典型電氣故障診斷與維修
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
作者；張毅
數(shù)控機床綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機床設(shè)計等先進技術(shù)的典型機電一體化產(chǎn)品，隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機床的故障診斷與維修也越來越重要。
1 數(shù)控機床的加工原理及特點
1.1 數(shù)控機床的加工原理
在機械加工過程中，依據(jù)工件的尺寸形狀，刀具的走刀軌跡為直線或圓弧時，數(shù)控機床的工作過程如下：①按照坐標的方向，將刀具與工件的運動軌跡分割成一些最小的移動量（稱為脈沖當量）；②通過數(shù)控系統(tǒng)的插補軟件或運算器，把運動軌跡用“最小移動量”為單位的等效折線進行擬合；③根據(jù)擬合折線的軌跡，數(shù)控系統(tǒng)給機床相應(yīng)的坐標軸連續(xù)不斷分配進給脈沖，伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動機床做相應(yīng)運動。
刀具沿著各坐標軸的相對運動，完全是以脈沖當量為單位的，脈沖當量的單位往往是mm/脈沖，按照零件程序的要求，使刀具按照坐標的移動方向移動若干個最小位移量，從而實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，數(shù)控機床正是通過控制刀具運動軌跡來完成零件加工的。數(shù)控裝置在線段的起點和終點坐標值之間進行“數(shù)據(jù)點的密化”處理（微分處理），求出一系列中間點的坐標值，然后按這些計算出來的中間點的坐標值向各坐標輸出脈沖數(shù)。這些脈沖數(shù)決定了刀具運動的方向與距離，使最終的運動軌跡與加工零件的外形完全吻合，從而保證加工出的工件具有最終需要的直線或圓弧輪廓。數(shù)控裝置進行的這種“數(shù)據(jù)點的密化”稱為插補，一般數(shù)控裝置都具有通過基本函數(shù)進行插補的功能。
1.2 數(shù)控機床的特點
除了少數(shù)使用步進電機驅(qū)動的簡易數(shù)控機床以及作為特殊用途的數(shù)控機床之外，一般來說，數(shù)控機床都具有以下一些特點。
(1)生產(chǎn)效率高。數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)剛性好，可以選擇最佳的切削參數(shù)，從而縮短實際加工時間；數(shù)控機床可以實現(xiàn)準確快速的自動定位，選擇最佳的走刀路線，從而縮短了輔助時間；數(shù)控機床可以自動進行工件裝夾，更換加工零件時，無需重新調(diào)整，并且一次裝夾可以完成多工序的加工，真正實現(xiàn)了一機多用，大大地節(jié)省了安裝調(diào)試的時間。
(2)加工精度高。數(shù)控機床的機械傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、部件的制造和裝配精度都很高；數(shù)控機床按照程序自動加工，無需人工干預(yù)，而且還可以利用軟件進行校正，實現(xiàn)自動補償。因此，使用數(shù)控機床進行生產(chǎn)，可以保證零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
(3)生產(chǎn)柔性大。在數(shù)控機床上，對于不同的加工零件只需改變加工程序，就能改變零件的加工工藝與工序，實現(xiàn)多品種、小批量零件的生產(chǎn)，以及新產(chǎn)品的試制加工；數(shù)控機床具有多軸聯(lián)動的曲線和曲面加工能力，從而能夠完成很多普通機床難以完成或者根本不能加工的復雜型面零件加工。
(4)生產(chǎn)自動化。數(shù)控機床能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)加工過程中的自動加工、自動換刀、自動排屑、自動冷卻和自動潤滑，能夠大大減輕操作者的勞動強度，改善勞動條件。
(5)經(jīng)濟效益良好。生產(chǎn)者可以精確計算生產(chǎn)成本，并對生產(chǎn)進度進行合理的安排，從而在一定程度上加速資金的周轉(zhuǎn)，切實提高經(jīng)濟效益。
2數(shù)控機床電氣故障的診斷與維修
2.1 數(shù)控機床典型電氣故障
數(shù)控機床電氣故障分為弱電故障和強電故障。弱電部分主要有CNC裝置、PMC控制器、CRT顯示器以及伺服單元、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(guān)、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣組件及其所組成的電路。
電氣故障具體表現(xiàn)為：系統(tǒng)黑屏或者是系統(tǒng)啟動開關(guān)失靈、系統(tǒng)啟動后電路板空開跳閘；系統(tǒng)啟動后機床一直報“急停”警；刀架不能換刀；主軸不轉(zhuǎn)，X、Y、Z軸或其他軸不動等。
2.2 故障產(chǎn)生的主要原因
故障產(chǎn)生的主要原因如下：①機械零部件的銹蝕、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(huán)境變化，如電流或電壓波動、溫度變化、液壓壓力和流量的波動及油污；⑤隨機干擾和噪聲、軟件程序丟失或被破壞；⑥操作不當?shù)取?
2.3 數(shù)控機床電氣故障排除方法
數(shù)控機床電氣故障排除步驟如下：①偵察，即現(xiàn)場調(diào)查故障，查看故障現(xiàn)象；②計劃，即收集信息，擬定排除方法；③診斷，即進行故障定位；④維修，即解決發(fā)現(xiàn)的機床故障；⑤試機，即測試機床是否正常工作。
3 數(shù)控機床常見電氣故障及排除方法
3.1 系統(tǒng)黑屏和啟動開關(guān)失靈故障及排除方法
圖1為數(shù)控系統(tǒng)啟動電路原理圖。若數(shù)控機床按下啟動按鈕后，系統(tǒng)不啟動，首先應(yīng)該檢查數(shù)控機床總開關(guān)是否打開；其次，觀察電氣柜中電源盒的指示燈是否亮了，以此來判斷電源盒是否有220 V電源電壓的輸入。若指示燈不亮，檢查電源盒是否有220 V電源，若有220 V電源，指示燈不亮或沒有24 V電源輸出，則為電源盒損壞。若有24 V電源，檢查系統(tǒng)后面是否有24 V電源，若沒有，則需檢查電纜線是否斷路。需注意，24 V電源短路，是電壓達不到24 V，也有可能使系統(tǒng)不啟動，這就需檢查其他24 V電源是否短路；還有圖1所示的電路圖中，若有一路斷路或開關(guān)損壞，也可導致系統(tǒng)不啟動，若系統(tǒng)后面有24 V電源，電路圖檢查也沒故障，則有可能是系統(tǒng)壞了，需更換數(shù)控系統(tǒng)。
3.2機床啟動后系統(tǒng)一直報“急停”警
數(shù)控機床一直報“急停”警的原因有很多，包括外部急停與內(nèi)部急停，無論哪種急停，一旦報“急停”警，機床就停止不能運行。不同機床報警的處理方法不同，而機床報“急停”警時，常伴隨著其他報警信息的顯示，根據(jù)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(shù)控機床只報“急停”警，無其他報警信息。出現(xiàn)這種故障時，首先應(yīng)該在數(shù)控系統(tǒng)中PLC狀態(tài)下查看PLC是否有輸入和輸出。若有，則根據(jù)機床電氣原理圖的急停電路，一次排查；若電路無故障，則需要檢查急停開關(guān)是否損壞。
(2)數(shù)控機床既報“急停”警，同時又報某軸超程。這種情況下，首先判斷機床是軟限位超程還是硬限位超程。若硬限位超程，在操作面板上找到超程解除，將操作方式調(diào)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，按幾次復位鍵。若機床報軟限位超程，則可直接在手搖方式下，使機床不報警為止。
3.3在手動方式下刀位不轉(zhuǎn)換
遇到數(shù)控機床不換刀時，首先應(yīng)該在PLC狀態(tài)下，按下?lián)Q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(fā)信盤損壞，則需更換刀架發(fā)信盤；若發(fā)信盤完好，則需檢查刀架的信號線與發(fā)信盤連接處是否牢靠，同時檢查信號線是否有斷路的情況。
若機床有輸入／輸出信號，則需打開電氣柜，查看繼電器指示燈是否亮，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，若有電壓，電機不轉(zhuǎn)動，則有可能為刀架電機損壞。
3.4在手動方式下冷卻電機不工作
出現(xiàn)這種情況時，首先在PLC狀態(tài)下查看冷卻是否有輸入和輸出；其次，根據(jù)機床冷卻電路圖，查看線路是否有斷路的情況；最后，檢查電路中各電器元件是否有損壞，檢查無誤后，查看冷卻電機是否有電壓或冷卻電機是否損壞。
3.5 一上電就出現(xiàn)空開跳閘
出現(xiàn)這種情況時，不要盲目上電，先檢查空開跳閘的原因。第一，有可能是空開的額定電流限值小，不夠負載的電流；第二，有可能是三相電短路，或者是某路電路出現(xiàn)問題。
3.6 手動方式下機床主軸不轉(zhuǎn)
不同數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)動的控制方式不同，一般機床主軸的轉(zhuǎn)動是由變頻器控制。系統(tǒng)控制PLC，PLC通過繼電器控制變頻器，變頻器輸出控制主軸的正反轉(zhuǎn)。當主軸不轉(zhuǎn)時，首先應(yīng)該查看PLC，其次查看繼電器，最后看主軸電機是否有電壓，依次查看，直到查出原因為止。
4數(shù)控系統(tǒng)的日常維護保養(yǎng)
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的核心。機床的數(shù)控系統(tǒng)在經(jīng)過較長一段時間的使用后，某些元器件難免出現(xiàn)一些損壞或者故障。為了盡量地延長元器件的使用壽命和零部件的磨損周期，預(yù)防各種故障特別是惡性事故的發(fā)生，就必須對數(shù)控系統(tǒng)進行日常的維護與保養(yǎng)。
數(shù)控系統(tǒng)的日常維護主要包括以下幾方面：①制訂并且嚴格執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)日常維護的規(guī)章制度；②定期維護數(shù)控系統(tǒng)的輸入／輸出設(shè)備；③定期檢查和更換直流電機的電刷；④定時清理數(shù)控柜的散熱通風系統(tǒng)，以防止數(shù)控裝置過熱；⑤應(yīng)盡量少開數(shù)控柜門和強電柜的門；⑥經(jīng)常監(jiān)視數(shù)控裝置用的電網(wǎng)電壓；⑦定期檢查和更換存儲器用的電池；⑧對備用印制線路板進行維護；⑨對長期不用的數(shù)控系統(tǒng)進行維護。
5結(jié)語
所有的數(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路，避免做無用功。
6摘要：隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的維修已越來越重要。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�；趯C床電氣原理的認識，可以更好地對機床電氣系統(tǒng)進行維修與維護。
