数控机床维修.docx

机械制造与研究丁长旺等，数控机床维修一数控机床维修 丁长旺，许传志 (南京四开电子企业有限公司，江苏南京210007)摘要：阐述了SKY数控系统的工作原理，并在控制组成的基础上，针对数控机床常见的软 件、硬件、外部故障，介绍了一些具体的维修技巧和常用方法。 关键词：数控；双闭环；光栅尺；PLC中图分类号：T(娟59 文献标识码：B 文章编号：167l一5276(2002)0l，002002Repair and Maintain of NC Machine ToolDING Changwang。XU Chuanzhi(Nanjing SKY Electronic Eterp“se Ltd，JS Nanjing 210007，China)Abstract：In this paper，SKY CNCs working principles are intrOduced brieflyAccording tommon trOubles in its sOftware，hardware and peripheral equipment are analyzedThe reS01ving skills and maintainance skills are also givenKey words：NC；double closedlp；grating；PLC近年来，数控机床以其加工柔性好、精度高、生IqA雨#产效率高等优点而越来越广泛地应用到各种制造领阳服电机l域。由于数据技术是综合了机械加工、自动控制、检 位豳 比处测、计算机和微电子技术而形成的高新技术，所以它 J黎星置较删对数控维修人员的素质要求较高，必须对数控系统 器 电 =二=二j 口路一的工作原理和组成具有较深的了解，还必须具有丰富的维修经验。否则，很难及时排除数控机床在加图l控制系统组成工过程中出现的故障问题。本文将结合SKY数控机床出现的典型故障实例加以系统分析。 置环，检测元件为伺服电机轴上的光电编码器，驱动1SKY数控系统的工作原理和控制 装置为山洋交流伺服电机。外部位置环采用分辨率 组成 较高的光栅尺(分辨精度为000lmm)作为线位移检 测元件，直接获取加工机床工作台的线性位移信息。SKY数控系统是在PC机平台上开发出来的。 系统发出指令后，外部位置环的光栅尺元件检测位 它通过PC机的ISA多功能插卡实现信号的转换， 移信息，并通过内环跟随性使伺服电机驱动工作台 完成信号的输入输出。控制部分采用双位置内外 运动，系统通过ISA插卡的位置比较电路，将反馈值 实现闭环控制方式(图1)，其中内部闭环为转角位 与指令值比较，用差值来控制驱动器(图2)。图2控制原理框图 收稿日期：2001080520 主页网址：http：们硎哪cHINAJOI瓜NALNETCNz丑；http：Ww心水I脚机械制造与自动化 万方数据机械制造与研究丁长旺等，数控机床维修一该系统的设计思路是，内外环合理分工，内环 当出现如下不正常现象时，应考虑到可能是检 主管动态性能，外环保证稳定性和跟随精度。为提 测元件(编码器和光栅尺)引起的故障：驱动器(伺 高系统的跟随性能，引入由G。、(S)组成的前馈通 服放大器)出现报警代码“8”，或电机温度高，出现 道，构成复合控制系统。 报警代码“2”，或是机械突然高速飞车，机床某个固系统外部控制结构框图如图3所示，共分为五 定部分反馈数据不同，即定位精度偏差较大。、 个主要部分：伺服机构、位置反馈、开关量控制、主 出现以上情况结合电机、驱动器的资料，对此 电路控制、编码器反馈。可以从以下情况来判断：a)脉冲编码器插头接触不好者线径太小，使 线电阻偏大，编码器反馈信号衰减严重，可通过示 波器进行检测。b)光栅尺安装精度有问题，造成局部刻度线 损坏，机床运动时，反馈数据与实际不符。c)驱动器到电机编码器的接线有异常(断线，图3 系统外部控制结构框图 接触不好，绝缘电阻较小)或是驱动器配置参数不 当。d)光栅尺和编码器内部可能有油或水等杂2数控机床常见故障分析处理物，影响机床正常读数。21硬件故障22软故障211控制硬件故障软故障，多指数控系统参数、控制参数、驱动器 SKY数控系统的硬件包括控制卡，PLC及相配置参数与PLC程序设置不当，或因错误操作所 关控制器件。对于控制部分的硬件故障一般采用导致。在操作人员了解参数含义的前提下，这些故观察法，有条件则可采用交换法来准确定位故障 障能够很快被排除。点。a)故障现象与分析：机床X轴要求行走距离 a)故障1。计算机发出指令，机床运动但不受与实际距离不相等，且无法高速运行。经检查发 控制，而且光栅尺无反馈。根据系统工作的原理可 现，数控系统参数seodat文件中的部分数据被 推断是反馈通道有异常，经停机检测，发现光栅尺 修改，因而造成这现象。(seodat文件主要是 正常，控制卡错位，致使提供给三轴光栅尺的+5V 初始化系统的脉冲当量和指令输出特性参数)经重电源被烧坏。换卡后，一切正常。 新计算修改参数后，机床正常工作。b)故障2。机床能够正常通电，但伺服工作无 b)故障现象与分析：在进行圆弧插补运算时， 法打开。通过PLC梯形图(图4)分析和测试状态机床有抖动现象，且加工圆弧精度不高(甚至呈椭 发现：X4一直不动作(处于闭合状态)。经检查确圆状)。经分析驱动器参数发现：驱动器适应机床 定主电机热保护损坏、更换、收复后正常。 刚性的参数偏低，加减速时间长。调整KP(伺服 环位置增益)和TVI(时间积分常数)后，机床工作b正常。23外部故障b 数控机床是机电一体化设备，结构虽然比较复杂但保护措施完善，且自动化程度集成化非常高，x1一机床工作；)(2一起程返回；X3一行程开关； 所以现代国内外先进数控系统可靠性也越来越高，x4一主电机过载；x5一驱动报警；X6一冷却电机过载；故障率越来越低。大部分故障多因操作、调整、保x7一油泵电机报警；Y1一伺服工作图4 PLC梯形图养、维护不当而引起。这类故障多发生在使用初期，发生频率高。212执行检测硬件故障a)故障现象：数控机床刀架电机不旋转且热 检测元件和执行元件是数控机床伺服系统的继电器一直动作，计算机死机。经PLC梯形图和 重要部分，起着检、狈4、控制驱动的作用。(下转第29页)缸抽ine B“f聪ing 8 A“o，l口io行，硒2D02，(1)：202I，29。21 万方数据电气技术与自动化蒲中奇等，研华PCL一818m DAS卡的特点及应用 义及具体设置方法可参考使用手册。跳线设置完毕这和一般的windows应用程序编制没有什么后，还需进行配置程序设置。将设置的信息写进注区别，不再赘述。 册表，驱动程序就是通过这些信息来识别板卡的。板卡配置程序“Device Installation”界面如图24实际应用简介所示。在电动机运转监控系统中，需要监测电动机的 电压和电流。我们采用了研华公司的PCL一818m DAS卡组建了监控系统。系统运行在windowS98操作系统下，程序采用Delphi50开 发，数据采集程序工作方式为事件驱动的中断工作 方式。传感器采用西南自动化所wB系列电量隔 离传感器Wb V411S、WBl411S。参考文献：1Advantech DLL Drivers users Mallual and PrograrrlIllers ReferneceAdvantech2刘乐善，欧阳星明，刘学清编著，微型计算机接口技术及应用 M武汉：华中理工大学出版社，20003、B系列电量隔离传感器变送器选型手册M，西南自动化所图2板卡配置程序毒，一囔，囊一囔女丧一L垒一鼻丧A，+羹一囊一囔囊一囊，垒囔套，34板卡测试 (上接第21页)可运行“Test Utility”程序来测试板卡有无问 数控系统工作原理分析发现：其原因主要是外部电题。板卡测试程序实际就是一个循环数据采集程 源相序不稳定。造成刀架电机有时正反转与计算序。程序界面如图3所示。 机要求不同。计算机要求换刀，总是得不到刀架到位反馈信号而死机。立矬业唑上曼魁!生曼、L点b)故障现象：主轴高低档位转换不到位，且主囊喇嘲m咖，口“”*”轴旋转声音不正常。经分析发现：由于操作人员在榭8“”“”“高档换到低档的过程中，电磁阀油压装置压力不足旷厨矿 j捌嘲s。_q口“槲。 而使得档位齿轮处于半脱离状态，又未及时使油压#一 F丽 i曩嘲翻一0-j西。量翻嘲翻一升高所致。筘“F再豸 一j l一还有些故障，例如：操作人员在加工时，由于F Ki耐“!；j!】捆_豳一杰J扩fi耐jj豳蹦二燮j冷却液进入光栅尺内，造成反馈不正常而使机床飞篓篓型：篓一i车；机床接地线电阻较大，使得机床带低压电；传送 程序的磁盘有“病毒”造成数控系统文件的破损，计图3板卡测试程序算机工作不正常，机床乱走等。这些故障的排除都35采集程序编制 要求操作人员必须对所使用的机床数据系统有所 测试板卡没有问题后，即可进行采集程序的开 了解，才能发挥出数控系统的优势。发，这是采集系统组建中的重要环节。可使用Mi3 结论crosOft公司的Visual C+、Visual Basic和Borland公司的Delphi、C+Buider进行采集程序编制。编由以上故障分析和总结，我们认为提高数控机 程时可充分利用驱动程序提供的库函数和数据类 床电气维修技能的关键必须是熟悉所维修的数控 型。采集程序可工作在中断方式或DMA方式下， 机床的性能特点、系统的组成和工作原理。在维修 而且可以采用事件驱动工作机制。 过程中，掌握正确的方法，通过不