数控系统故障分析与维护维修

1 / 1 第二章 数控系统故障分析与维修 随着电子技术和自动化技术的进展，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进展制造了条件，并带来专门大的效益。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。任何一台数控设备差不多上一种过程操纵设备，这就要求它在实时操纵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。因而对数控系统如此原理复杂、结构周密的装置进行维修就显得十分必要了。 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一定的差距。 下面我们从现代数控系统的差不多构成入手，探讨数控系统的诊断与维修。数控系统的构成与特点:目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结 1 / 1

构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的差不多要求和工程设计的思路。例如对点位操纵系统和连续轨迹操纵系统就有截然不同的要求。关于T系统和M系统，同样也有专门大的区不，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。关于不同的生产厂家来讲，基于历史进展因素以及各自因地而异的复杂因素的阻碍，在设计思想上也可能各有千秋。有的系统采纳小板结构，便于板子更换和灵活结合，而有的系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而不管哪种系统，它们的差不多原理和构成是十分相似的。 数控系统是由硬件操纵系统和软件操纵系统两大部分组成。其中硬件操纵系统是以微处理器为核心，采纳大规模集成电路芯片、可编程操纵器、伺服驱动单元、伺服电机、各种输入输出设备（包括显示器、操纵面板、输入输出接口等）等可见部件组成。软件操纵系统即数控软件，包括数据输入输出、插补操纵、刀具补偿操纵、加减速操纵、位置操纵、伺服操纵、键盘操纵、显示操纵、接口操纵等操纵软件及各种参数、报警文本等组成。数控系统出现故障后，就要分不对软硬件进行分析、推断，定位故障并维修。作为一个好的数控设备维修人员， 1 / 1

就必须具备电子线路、元器件、计算机软硬件、接口技术、测量技术等方面的知识。 由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，数控设备的外部故障能够分为软件故障和外部硬件损坏引起的硬故障。软件故障是指由于操作、调整处理不当引起的，这类故障多发生在设备使用前期或设备使用人员调整时期。 数控机床的修理，重要的是发觉问题。特不是数控机床的外部故障。有时诊断过程比较复杂，但一旦发觉问题所在，解决起来比较简单。对外部故障诊断应遵从以下两条原则。首先要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次，要会利用PLC梯形图。NC系统的状态显示功能或机外编程器监测PLC的运行状态，一般只要遵从以上原则，小心慎重，一般的数控故障都会及时排除。 外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。一般差不多上由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置出现问题引起的。这类故障有些能够通过报警信息查找故障缘故。对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报警。维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故 1 / 1

障虽有报警信息显示，但并不能反映故障的真实缘故。这时需依照报警信息和故障现象来分析解决。 数控系统的组成 数控（国外早已改称计算机数控，即CNC，而我国仍习称数控，即NC系统一般由输入输出装置、数控装置（或数控单元）、主轴单元、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程操纵器PLC及电气操纵装置、辅助装置、测量装置组成。图1虚线框内即为计算机数控系统（CNC），它与机床本体一起构成数控机床。

图1 数控机床的组成 （1）数控装置 数控装置是数控系统的核心，这一部分要紧包括微处理器、存储器、外围逻辑电路及与数控系统其它组成部分联系的

计算机数控系操作PLC 辅助装输入/数控电气主轴驱动进给驱动主轴单

进给伺服测量装

机

床

操纵1.计算 1 / 1

接口等。其原理是依照输入的数据段插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件（伺服单元、驱动装置和机床），加工出所需要的零件。因此，输入、轨迹插补、位置操纵是数控装置的三个差不多部分（即一般计算机的输入-决策-输出三个方面）。而所有这些工作是由数控装置内的系统程序（亦称操纵程序）进行合理的组织，使整个系统有条不紊地进行工作。 1 / 1

（2）输入输出装置 输入输出装置要紧用于零件加工程序的编制、存储、打印和显示或是机床的加工的信息的显示等。简单的输入输出装置只包括键盘和若干个数码管，较高级的系统一般配有CRT显示器和液晶显示器。一般的输入输出装置除了人机对话编程键盘和CRT显示器外，还有纸带阅读机、磁带机或磁盘，高级的输入输出装置还包括自动编程机或CAD/CAM系统。 （3）可编程操纵器 可编程操纵器（PC，Programmable Controller）是一种以微处理器为基础的通用型自动操纵装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研究这种装置的目的，是为了解决生产设备的逻辑及开关量操纵，故也称为可编程逻辑操纵器（PLC，Programmable Logic Controller）。当PLC用于操纵机床顺序动作时，也可称为可编程逻辑机床操纵器（PMC，Programmable Machine Controller）。 PLC要紧完成与逻辑预算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它同意数控装置的操纵代码M（辅助功能）、S（主轴转速）、T（选刀、换刀）等顺序动作信息，对其进行译码，转换 1 / 1

成对应的操纵信号，操纵辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作；它还机床操作面板的指令，一方面直接操纵机床动作，另一方面将指令送往数控装置用于加工过程的操纵。 （4）伺服单元和驱动装置 伺服单元同意来自数控装置的进给指令，经变换和放大后通过驱动装置转变成机床工作台的位移和速度。因此伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成操纵驱动装置的大功率信号。依照同意指令的不同伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类又分为直流伺服单元和交流伺服单元。 驱动装置把放大的指令信号变成为机械运动，通过机械连接部件驱动机床工作台，是工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。 伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置。从某种意义上讲，数控机床功能强弱要紧取决于数控装置，性能的好坏要紧取决于伺服驱动系统。 1 / 1

（5）主轴驱动系统 主轴驱动系统和进给伺服驱动系统有专门大的差不，主轴驱动系统要紧是旋转运动。现代数控机床对主轴驱动系统提出了更高的要求，这包括有专门高的主轴转速和专门宽的无级调速范围等，为满足上述要求，现在绝大多数数控机床均采纳鼠笼式感应交流异步电动机配矢量变换变频调速的主轴驱动系统 （6）测量装置 测量装置也称反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给数控装置，供数控装置与指令值比较产生误差信号以操纵机床向消除该误差的方向移动。此外，由测量装置和数显环节构成数显装置，能够在线显示机床坐标值，能够大大提高工作效率和工件的加工精度。常见测量装置有光电编码器、光栅尺、旋转变压器等。 （7）其他辅助装置 ① 转位刀架是一种刀具储存装置，能够同时安装4、6、8、12把刀具不等。要紧用于数控车床，是数控车床中的一种专用的自动化机械。它不但能够储存刀具，而且在切 1 / 1

削时要连同刀具一起承受切削力，在加工过程中完成刀具交换转位、定位夹紧等动作。在卸装过程中要认真分析它的转位定位和夹紧等机构的工作原理。 ② 刀库是加工中心机床的关键部件之下，在加工中心机床中用来储存和运送刀具，它的结构形式专门多要紧有盘式和链式两种结构形式（还有其它形式），盘式刀库存储容量较小（30把刀以下），链式刀库存储容量较大。在加工过程中进行换刀时操纵系统选定刀具后，刀库必须把选定的刀具运送到特定的位置预备由机械手取刀具或机床的主轴直接取刀。有的大型的加工中心还装有专门刀具运输装置，从刀库上取出刀具送到换刀位置。就机械运动来讲刀库的结构要紧是由刀具的运送和定位机构组成，运送速度要快，定位要准。此外，刀具在刀库中装卡方法不同刀库结构也不相同，然而要求各个刀具的刀柄在刀库中安装位置必须一致，同时固定可靠又要便于新旧刀具交换（取下和装上）。 ③ 机械手是加工中心换刀机构的核心部件。换刀时机械手在机床主轴（或刀架）与刀库之间，执行新旧刀具交换的任务，在一个换刀程序中要完成抓刀、拔刀、交换（新旧刀对调）装刀，复位等动作。通常有三个自由度，即抓刀与复位的