数控机床电气系统故障分析方法

　　1数控系统的构成与特点

　　数控机床控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、PLC单元以及数据I/O单元等组成。较新的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据交换和远程网络的连接。伺服驱动系统主要包括伺服驱动模块和电机。位置测量系统主要是采用光栅或伺服电机上安装的增量式位移编码器。

　　数控系统的主要特点是：1、可靠性要求高。数控设备加工精度高，一旦系统发生故障，会造成加工质量和成本的提高；2、工作环境要求高。数控设备的加工精度受现场温度、湿度、辐射影响明显。有些高精密机床要求单独隔离以便于机床环境温度、辐射和湿度调节。而绝大多数的数控机床安装基础都设置防震沟与外界隔离；3、接口电路复杂。控制系统与各驱动模块、检测装置以及执行单元等进行数据实时通讯，接口单元较多，电路比较复杂。

　　2故障的分析与诊断

　　故障分析是维修的第一步，设备维护人员应主要从以下方面入手：

　　(1)调查有何异常。如异常噪音、电机过热、误动作等。操作者应尽量保持设备的故障状态，如液晶屏的报警信息、故障指示灯的显示，各部件的停止位置等。(2)初步判断故障原因。反推一下故障原因可能导致的设备故障动作或过程，对故障原因进行初步判断。(3)确定维修步骤。有些故障液晶显示屏或指示灯会有代码提示，对照设备维修手册或使用说明书，查出该故障的多种可能原因，然后综合分析，逐一排查。(4)有些故障机床可能没有报警提示，或报警信息是错误的，尤其是早期制造的机床，这就需要维修人员对该机床的控制系统有较深的了解和实践经验，透过现象找出本质原因。

　　数控系统电气故障的诊断方法有很多，在设备检修时往往需要将多种方法综合利用，逐一排查。数控系统电气故障的常用诊断方法如下：

　　(1)直观检查这是就是利用感官进行故障初步分析。

　　①望目视机床各部件是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，查看有无保险烧断，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。②闻通过嗅觉检查执行单元、驱动部件或控制部件是否有过热而导致的糊味。③问向现场人员询问故障产生的过程、故障发生时设备的状况或动作。④切检查各接口电路板、电缆插头是否松动，设备执行部件是否温度较高，散热风扇风冷效果是否正常等。

　　(2)仪器检查。使用检测仪表如万用表、示波仪、红外测温仪等，对电源，电机绕组及信号线进行检查，对相关直流及脉冲信号，对设备部件温度等进行测量分析。

　　(3)信号与报警指示分析法

　　①软件报警在故障发生时，数控系统通过检测判断会通常都会在操作面板上的液晶屏上显示相应的报警信息或故障代码。维修人员还可以通过PLC程序检查相关元素的执行状态推测故障原因。②硬件报警数控系统、伺服系统以及一些主要电子线路板上一般会有一组反应硬件状态的发光二极管指示灯，根据指示灯的组合状态和相应的设备手册可以方便地获知硬件故障内容、故障原因以及排除方法。③备件置换当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度较高，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。④交叉换位法在没有备件，或部件拆卸检查比较困难的情况下，可以将系统中相近或相兼容的两个部件或板卡互换，例如X\Y\Z伺服电机故障，X、Y坐标的指令板或伺服板的故障，都可以通过交换排查法判断故障板或故障部位。应用这种换位法应特别注意，不仅要确定硬件接线的正确插接，还要将一系列的跳线开关或参数设置在正确的状态，否则可能造成新的故障隐患。⑤参数调整数控系统、PLC及伺服驱动系统在设备厂家安装、调试初期，根据机床当时的电气、机械性能对一些参数进行了调整设置，以满足机床加工要求。这些参数使机床总体加工效果达到最佳状态。但随着机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化，最初的参数设置不再适应机床的工作性能，所以需要重新调整相关参数进行优化。⑥接口状态检查现代数控系统多将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I/O接口信号的传输错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和I/O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。⑦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，有时软件逻辑的设计中可能出现一些内部冲突，导致系统出错，例如死机现象。这种故障现象可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，故障会自动消除。

　　3故障排除实例

　　(1)伺服电机转速不稳或震动，常伴随有对应电流表显示偏大。故障原因有三中可能。

　　①电机严重过载，原因一般为加工进刀量太大且不均衡或机床存在机械卡阻或机械润滑效果差。②伺服电机上的编码器故障，一般原因为编码盘污染或由于机床长时间震动导致编码器与读数头相对位置发生变化，进而导致速度编码器反馈数据出错。③变频器或功率模块滤波输出部位出现故障导致输出高次谐波电流太多

　　(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；接近开关与感应对象的相对最短距离发生移动导致检测不到信号等。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；编码器损坏或接近开路；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。造成这一现象的原因很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一般是由于伺服系统调整不当，各轴增益系统不相等或与电机匹配不合适引起，解决办法是进行最佳化调节。此外，液压系统工作不正常也可能造成加工质量下降。

　　(5)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。数控机床大多功能具备联锁功能，当系统检测到某一部件有异常，如关键部件散热风扇坏，模块温度过高等常常会造成系统停机报警。

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