電氣控制第五章-數(shù)控機(jī)床維護(hù)及數(shù)控系統(tǒng)故障診斷課件

1、第五章數(shù)控機(jī)床維護(hù)及數(shù)控系統(tǒng)故障診斷不同種類的數(shù)控機(jī)床雖然在結(jié)構(gòu)和控制上有所區(qū)別,但在數(shù)控機(jī)床維護(hù)、故障處理及故障診斷等方面有它們的共性。熟悉和掌握數(shù)控機(jī)床的維護(hù)方法、故障診斷方法,以及所使用的工具和有關(guān)資料,對提高維護(hù)質(zhì)量和故障診斷效率是很有幫助的。數(shù)控機(jī)床的電源配置較一般機(jī)床復(fù)雜,也是故障容易發(fā)生的部位。熟悉數(shù)控機(jī)床電源配置的組成、電源供給的對象、電源故障診斷及維護(hù)是保證數(shù)控機(jī)床正常運行的前提條件。數(shù)控機(jī)床在運行的過程中,另一個不可忽視的因素是干擾問題。了解干擾的因素及影響,加強(qiáng)抗干擾的措施,有助于數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定可靠地運行。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的維護(hù) 對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的目的就是要延長機(jī)械部件

2、的磨損周期,延長元器件的使用壽命,保證數(shù)控機(jī)床長時間穩(wěn)定可靠地運行。 圖5-1數(shù)控車床潤滑示意圖a)潤滑部位及間隔時間b)潤滑方法及材料一、點檢 由于數(shù)控機(jī)床集機(jī)、電、液、氣等技術(shù)為一體,所以對它的維護(hù)要有科學(xué)的管理,有計劃、有目的地制訂相應(yīng)的規(guī)章制度。對維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)的故障隱患應(yīng)及時加以清除,避免停機(jī)待修,從而延長平均無故障時間,增加數(shù)控機(jī)床的開動率。點檢就是按有關(guān)數(shù)控機(jī)床維護(hù)文件的規(guī)定,對其進(jìn)行定點、定時的檢查和維護(hù)。某加工中心的維護(hù)點檢,見表5-1。如圖5-1所示,為某數(shù)控車床的潤滑示意圖。表示了該數(shù)控車床需潤滑的部位、潤滑的時間間隔、潤滑材料及潤滑方式等。圖5-2數(shù)控機(jī)床點檢維修過程示

3、意圖二、數(shù)控系統(tǒng)的日常維護(hù)1.數(shù)控機(jī)床電氣柜的散熱通風(fēng)通常安裝于電氣柜門上的熱交換器或軸流風(fēng)扇,能對電氣控制柜的內(nèi)外進(jìn)行空氣循環(huán),促使電氣控制柜內(nèi)的發(fā)熱裝置或元器件進(jìn)行散熱,如驅(qū)動裝置等。應(yīng)定期檢查電氣控制柜上的熱交換器或軸流風(fēng)扇的工作狀況,風(fēng)道是否堵塞。否則會引起電氣控制柜內(nèi)的溫度過高而使系統(tǒng)不能可靠地運行,甚至引起過熱報警。2.盡量少開電氣控制柜門加工車間飄浮的灰塵、油霧和金屬粉末落在電氣控制柜上,容易造成元器件間的絕緣電阻下降,從而出現(xiàn)故障。因此,除了定期維護(hù)和維修外,平時應(yīng)盡量少開電氣控制柜門。3.紙帶閱讀機(jī)的定期維護(hù)紙帶閱讀機(jī)是數(shù)控系統(tǒng)信息輸入的一個重要部件,CNC系統(tǒng)參數(shù)、零件程序

4、等數(shù)據(jù)都可以通過它輸入到CNC系統(tǒng)的寄存器中。如果讀帶部分有污物,將會使讀入的紙帶信息出現(xiàn)錯誤。為此,要定期對光電頭、紙帶壓板等部件進(jìn)行清潔。紙帶閱讀機(jī)也是CNC系統(tǒng)內(nèi)唯一的運動部件,為使其傳動機(jī)構(gòu)運行順利,必須對主動輪滾軸、導(dǎo)向滾軸和壓緊滾軸等定期清潔和加注潤滑油。 4.支持電池的定期更換數(shù)控系統(tǒng)存儲參數(shù)用的存儲器采用CMOS器件,其存儲的內(nèi)容在數(shù)控系統(tǒng)斷電期間靠支持電池供電保持。在一般情況下,即使電池尚未消耗完,也應(yīng)每年更換一次,以確保系統(tǒng)能正常工作。電池的更換,應(yīng)在CNC系統(tǒng)通電狀態(tài)下進(jìn)行。5.備用印制電路板的定期通電對于已經(jīng)購置的備用印制電路板,應(yīng)定期裝到CNC系統(tǒng)上通電運行。實踐證明

5、,印制電路板長期不用,容易出故障。 6.數(shù)控系統(tǒng)長期不用時的保養(yǎng)數(shù)控系統(tǒng)處于長期閑置的情況下,要經(jīng)常給數(shù)控系統(tǒng)通電。在數(shù)控機(jī)床鎖住不動的情況下,要讓數(shù)控系統(tǒng)空運行。數(shù)控系統(tǒng)通電,可利用電器元件本身的發(fā)熱來驅(qū)散電氣控制柜內(nèi)的潮氣,保證電器元件性能的穩(wěn)定可靠。實踐證明,在空氣濕度較大的地區(qū),經(jīng)常通電是降低故障的一個有效措施。三、診斷故障用儀器儀表1.測量用儀表1)交流電壓表。用于測量交流電源電壓,測量誤差應(yīng)在2%以內(nèi)。2.工具1)十字螺釘旋具,各種規(guī)格,必須齊全。3.使用儀器的注意事項萬用表和示波器是維修時經(jīng)常要用到的儀器,使用時要特別注意。因為印制電路板上元件的密度是很高的,元件間的間隙很小,一

6、不小心會將表筆與其他元件相碰,可能會引起短路,甚至造成元件損壞。在使用示波器時,要注意被測電路是否能與地相連,否則應(yīng)將示波器作接地處理,以免引起元器件不必要的損壞。四、技術(shù)資料從數(shù)控機(jī)床技術(shù)資料的完整性考慮,作為數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家,必須向用戶提供與使用及維修有關(guān)的技術(shù)資料。這些技術(shù)資料主要有數(shù)控機(jī)床的電氣使用說明書,數(shù)控機(jī)床的電氣原理圖,數(shù)控機(jī)床的電氣互連圖,數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡圖,數(shù)控機(jī)床的電氣參數(shù),數(shù)控機(jī)床的PLC控制程序,數(shù)控系統(tǒng)的操作手冊,數(shù)控系統(tǒng)的編程手冊,數(shù)控系統(tǒng)的安裝及維修手冊,以及伺服驅(qū)動系統(tǒng)的使用說明書。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的故障處理數(shù)控機(jī)床的故障有軟故障和硬故障之分。所謂軟故障,就是故

7、障并不是由硬件損壞引起的,而是由于操作、調(diào)整處理不當(dāng)引起的。這類故障在設(shè)備使用初期發(fā)生的頻率較高,這和操作及維護(hù)人員對設(shè)備不很熟悉有關(guān)。所謂硬故障,就是由硬件損壞引起的故障,包括檢測開關(guān)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣執(zhí)行元件及機(jī)械裝置等故障,這類故障是數(shù)控機(jī)床常見的故障。示的內(nèi)容、狀態(tài)報警指示及有無燒灼痕跡等方面進(jìn)行檢查。在確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)通電無危險的情況下,可按數(shù)控系統(tǒng)復(fù)位(RESET)鍵,觀察數(shù)控系統(tǒng)是否有異常,報警是否消失,如能消失,則故障多為隨機(jī)性,或是操作錯誤造成的。 數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時,除非出現(xiàn)影響設(shè)備或人身安全的緊急情況,不要立即關(guān)斷電源。要充分調(diào)查故障現(xiàn)場,從數(shù)控系統(tǒng)的外觀、CRT顯一

8、、檢查數(shù)控機(jī)床的運行狀態(tài) 。二、檢查數(shù)控加工程序及操作情況 三、檢查故障的出現(xiàn)率和重復(fù)性 四、檢查數(shù)控系統(tǒng)的輸入電壓 五、檢查環(huán)境狀況 六、外部因素七、檢查數(shù)控機(jī)床的運行情況 八、檢查數(shù)控機(jī)床的狀況 九、檢查接口情況 第三節(jié)數(shù)控系統(tǒng)故障診斷的方法數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷過程分為故障檢測、故障判斷及隔離和故障定位三個階段。第一階段的故障檢測就是對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行測試,判斷是否存在故障;第二階段是判定故障性質(zhì),并分離出故障的部件或模塊;第三階段是將故障定位到可以更換的模塊或印制電路板,以縮短修理時間。為了及時發(fā)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)的故障,快速確定故障所在部位并能及時排除,要求故障檢測應(yīng)簡便,不需要復(fù)雜的操作和指示

9、;故障診斷所需的儀器設(shè)備應(yīng)盡可能少且簡單實用;故障診斷所需的時間應(yīng)盡可能短。為此,可以采用以下的診斷方法。 一、直觀法利用感覺器官,注意發(fā)生故障時的各種現(xiàn)象,如故障時有無火花、亮光產(chǎn)生,有無異常響聲,何處異常發(fā)熱及有焦煳味等。仔細(xì)觀察可能發(fā)生故障的每塊印制電路板的表面狀況,有無燒毀和損傷痕跡,以進(jìn)一步縮小檢查范圍,這是一種最基本、最常用的方法。二、CNC系統(tǒng)的自診斷功能依靠CNC系統(tǒng)快速處理數(shù)據(jù)的能力,對出錯的部位進(jìn)行多路、快速的信號采集和處理。然后由診斷程序進(jìn)行邏輯分析判斷,以確定數(shù)控系統(tǒng)是否存在故障,及時對故障進(jìn)行定位。 三、數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢查CNC系統(tǒng)的自診斷功能不但能在CRT上顯示故障報警

10、信息,而且能以多頁的“診斷地址”和“診斷數(shù)據(jù)”形式提供數(shù)控機(jī)床的參數(shù)和狀態(tài)信息,常見的有兩個方面的檢查。1.接口檢查數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床之間的輸入/輸出接口信號,包括CNC與PLC、PLC與機(jī)床之間的接口輸入/輸出信號。數(shù)控系統(tǒng)的輸入/輸出接口診斷能將所有開關(guān)量信號的狀態(tài)顯示在CRT上,用“1”或“0”表示信號的有無。利用狀態(tài)顯示可以檢查數(shù)控系統(tǒng)是否已將信號輸出到機(jī)床側(cè),機(jī)床側(cè)的開關(guān)量等信號是否已輸入到數(shù)控系統(tǒng),從而可將故障定位在機(jī)床側(cè),或是在數(shù)控系統(tǒng)側(cè)。 2.參數(shù)檢查數(shù)控機(jī)床的機(jī)床數(shù)據(jù)是經(jīng)過一系列試驗和調(diào)整而獲得的重要參數(shù),是數(shù)控機(jī)床正常運行的保證。這些數(shù)據(jù)包括增益、加速度、輪廓監(jiān)控公差、反向間隙

11、補(bǔ)償值和絲杠螺距補(bǔ)償值等。當(dāng)受到外部干擾時,會使這些數(shù)據(jù)丟失或發(fā)生混亂,數(shù)控機(jī)床不能正常工作。四、報警指示燈顯示故障現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部,除了上述的自診斷功能和狀態(tài)顯示等“軟件”報警外,還有許多“硬件”報警指示燈,它們分布在電源、伺服驅(qū)動和輸入/輸出等裝置上。根據(jù)這些報警燈的指示,可判斷出發(fā)生故障的原因。圖5-3CRT故障備板置換診斷流程圖五、備板置換法利用備用的電路板來替換有故障疑點的模板,是一種快速而簡便的判斷故障原因的方法,常用于CNC系統(tǒng)的功能模塊,如CRT模塊、存儲器模塊等。 六、交換法 七、敲擊法數(shù)控系統(tǒng)由各種電路板組成,每塊電路板上會有很多焊點,任何虛焊或接觸不良都可能出現(xiàn)

12、故障。若用絕緣物輕輕敲打不良疑點的電路板、接插件或元器件時,若故障出現(xiàn),則故障很可能就在敲擊的部位。八、測量比較法為檢測方便,模塊或單元上設(shè)有檢測端子,利用萬用表、示波器等儀器儀表,通過這些端子檢測到的電平或波形,將正常值與故障時的值相比較,可以分析出故障的原因及故障的所在位置。 第四節(jié)電源維護(hù)及故障診斷數(shù)控機(jī)床的電源裝置,通常由電源變壓器、機(jī)床控制變壓器、斷路器、熔斷器和開關(guān)電源等組成。通過電源配置提供給數(shù)控機(jī)床各種電源,以滿足不同負(fù)載的要求。電網(wǎng)的電壓波動,負(fù)載對地短路均會影響到電源的正常供給。一、電源配置數(shù)控機(jī)床從供電電路上取得電源后,在電氣控制柜中進(jìn)行再分配,根據(jù)不同的負(fù)載性質(zhì)和要求,

13、提供不同容量的交、直流電壓。 二、通過電氣原理圖診斷故障當(dāng)數(shù)控機(jī)床運行中停電或無法起動時,從電源方面來看,故障原因多為電源指標(biāo)沒有達(dá)到而進(jìn)行的自我保護(hù)。例如,配備FANUC 7系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床,在運行過程中產(chǎn)生丟電故障。圖5-5所示為FANUC 7系統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源監(jiān)控原理圖。圖5-5FANUC 7系統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源監(jiān)控原理圖三、負(fù)載對地短路的故障診斷當(dāng)一個電源同時供幾個負(fù)載使用時,若其中一個負(fù)載發(fā)生短路,就可能引起其他負(fù)載的失電故障。圖5-6Z軸伺服電動機(jī)電磁制動器的控制a)Z軸限位開關(guān)位置b)電磁制動器控制1主軸箱2帶電磁制動器的Z軸伺服電動機(jī)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的抗干擾干擾是影響數(shù)控機(jī)床正常運行

14、的一個重要因素,常見的干擾有電磁波干擾、供電電路干擾和信號傳輸干擾等。一、電磁波干擾工廠中電火花高頻電源等都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁波,這種高頻輻射能量通過空間的傳播,被附近的數(shù)控系統(tǒng)所接收,如果能量足夠,就會干擾數(shù)控機(jī)床的正常工作。二、供電電路干擾數(shù)控系統(tǒng)對輸入電壓的允許范圍都有要求,供電電路的過電壓或欠電壓都會引起電源電壓監(jiān)控報警,從而停機(jī)。圖5-7電網(wǎng)干擾電壓圖5-8常模干擾a)等效電路b)輸入端的電壓波形1有用信號源2常模干擾源3測量裝置三、信號傳輸干擾數(shù)控機(jī)床電氣控制的信號在傳遞過程中,若受到外界干擾,常會產(chǎn)生常模干擾(又稱差模干擾、串模干擾)和共模干擾。圖5-8所示為常模干擾的等效電路及電

15、壓波形。從圖中可以看出,常模干擾電壓UN1疊加在有用信號上,從而對信號傳輸產(chǎn)生干擾。常模干擾的表現(xiàn)形式有圖5-9共模干擾等效電路1有用信號源2共模干擾源3檢測裝置四、抗干擾的措施1.減少供電電路干擾數(shù)控機(jī)床的安裝要遠(yuǎn)離中頻、高頻的電氣設(shè)備;要避免大功率起動、停止頻繁的設(shè)備和電火花設(shè)備與數(shù)控機(jī)床位于同一供電干線上,而要采用獨立的動力線供電。在電網(wǎng)電壓變化較大的地區(qū),供電電網(wǎng)與數(shù)控機(jī)床之間應(yīng)加自動調(diào)壓器或電子穩(wěn)壓器,以減小電網(wǎng)電壓的波動。動力線與信號線要分離,信號線采用絞合線,以減少和防止磁場耦合和電場耦合的干擾。例如,變頻器中的控制電路接線要距離電源線至少100mm,兩者絕對不可放在同一個導(dǎo)線槽

16、內(nèi)。另外,控制電路配線與主電路配線相交時要成直角相交,且控制電路的配線應(yīng)采用屏蔽雙絞線,如圖5-10所示。2.減少數(shù)控機(jī)床控制中的干擾 (1)壓敏電阻保護(hù)圖5-11所示為數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動裝置電源引入部分壓敏電阻的保護(hù)電路。在電路中加入壓敏電阻(又稱浪涌吸收器),可對電路中的瞬變、尖峰等噪聲起一定的保護(hù)作用。壓敏電阻是一種非線性過電壓保護(hù)元件,抑制過電壓能力強(qiáng),反應(yīng)速度快。平時漏電流很小,而放電能力異常大,可通過數(shù)千安培電流,且能重復(fù)使用。圖5-10變頻器控制電路與主電路的配線圖5-11壓敏電阻保護(hù)圖5-12交流負(fù)載的阻容保護(hù)a)交流接觸器線圈b)驅(qū)動電路圖5-13阻容吸收器件a)線圈抑制模塊b)三相滅弧器圖5-14續(xù)流二極管保護(hù)電路3.屏蔽技術(shù)利用金屬材料制成容器,將需要防護(hù)的電路放置在其中,可以防止電場或磁場的耦合干擾,這個方法稱為屏蔽。屏蔽可以分為靜電屏