261947$3757963$数控机床的电气维修技术

黑龙江农业经济职业学院机电工程系毕业论文

数控机床的电气维修技术

摘 要：数控机床的电气故障是数控机床的多发故障，其接线复杂、故障不易查找，一直是维修的一个重点和难点。本文对数控机床的电气维修技术做出了简明的概括，简单阐述了数控机床的电气系统的构成，把一些常见的故障进行分类，列举了一些常见数控的机床的电气故障的诊断方法，总结归纳出了数控机床的电气维修方法及技巧，使维修人员可以有条理进行数控机床电气部分的诊断与维修，减少了电气故障的诊断时间，加快了电气故障维修的速度。

关键词：数控机床，电气故障，分析，维修

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前 言

随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。另外任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。尤其对引进的CNC机床，大多花费了几十万到上千万美元。在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修排除故障，就会造成较大的经济损失。我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存在很大的差距，并且在数控机床电气维修技术方面我国还没有形成一套成熟的、完整的理论体系，这就给数控机床的维修与诊断带来了很多的不便，因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将许多前辈的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。

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1.数控机床电气控制系统综述

一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。

图1 数控机床电气控制系统

(1)数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，CNC键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、PC计算机等等。

(2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。

(3)主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。

(4)进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信，通报现时工作状态并接受CNC的控制。

(5)电器硬件电路随着PLC功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的PLC语言与程序深入掌握才行。

(6)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。

(7)外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。

2.常见电气故障分类

数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。 (1)以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。

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(2)以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。 (3)以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。 (4)以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。 (5)以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。

此处故障的分类是为了便于故障的分析排除，而一种故障的产生往往是多种类型的混合，这就要求维修人员具体分析，参照上述分类采取相应的分析、排除法。

3.故障的调查与分析

这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：

数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。

(1)直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。

(2)仪器检查法 使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等 进行测量，从中找寻可能的故障。

(3)信号与报警指示分析法

①硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

②软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

(4)接口状态检查法 现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。

(5)参数调整法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化(尤其是模拟量参数)甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类中的软件故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。

(6)备件置换法 当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。

(7)交叉换位法 当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中

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相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。

(8)特殊处理法 当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。

4.电气维修与故障的排除

这是排故的第二阶段，是实施阶段。

如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，电气故障的一些常用排除方法 在前面的分析方法中已介绍过了，下面则列举几个常见电气故障做一简要介绍。

4.1电源故障

电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。

4.2数控系统位置环故障

（1）位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。

（2）坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。

（3）机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标 记移位；回零减速开关失灵。

（4）机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。

（5）偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰(电网或周边设备)、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如：南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。

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结 论

本文阐述的数控机床电气故障的维修方法适合常见的数控机床的电气故障。

现代数控机床日益向着大型化、复杂化、自动化、高速化和连续化的方向发展，其电气系统也越来越复杂，数控机床的电气故障维修也越来越困难，对电气故障诊断技术的要求也越来越高。应用先进的故障诊断技术对数控机床进行监测与诊断，可及时发现机器故障，消除事故隐患和预防设备恶性事故的发生。并且，随着高新技术快速发展，数控机床电气维修技术将不断完善和日趋成熟。

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参考文献

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谢 辞

从开始进入毕业设计到论文的顺利完成，有许多可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助。首先，我要感谢导师胡福志。本课题的大量研究工作都是在胡老师的精心指导下完成的，这篇论文的完成，受到胡老师大量的帮助，从论文的选题,到论文的具体的内容,胡老师都给予了悉心的指导，值此论文完成之际,谨向胡老师致以最崇高的谢意。

同时还要感谢闫瑞涛主任、刘永利主任，在这三年的学习生活中给予了我无言的帮助和关怀。感谢机电系全体老师对我的培养，向他们表示诚挚的谢意和崇高的敬意。同时也感谢我的同学们三年来对我学习、生活的关心和帮助。在此我要对三年来给予我支持和帮助的老师和同学还有朋友再次接受我最诚挚的感谢。

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