1、模塊四 數(shù)控機(jī)床電氣故障的診斷與維修 一、教學(xué)內(nèi)容課題一 電控系統(tǒng)故障的維修課題二 數(shù)控機(jī)床的抗干擾 二、教學(xué)目的和要求： 熟悉電控系統(tǒng)的電氣元件；學(xué)會(huì)電控系統(tǒng)故障診斷與維修辦法。了解數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)干擾；掌握隔離、屏蔽、接地等抗干擾措施。三、知識(shí)點(diǎn)： 各種電控系統(tǒng)電氣元件的認(rèn)識(shí)；看懂電氣系統(tǒng)原理圖。 干擾、屏蔽、接地、接地要求、信號(hào)地、屏蔽地、系統(tǒng)地、一點(diǎn)接地。 四、技能點(diǎn)：學(xué)會(huì)電控系統(tǒng)故障診斷；學(xué)會(huì)電控系統(tǒng)電氣元件的維修與更換。 屏蔽、接地的安裝使用；抑制弧光放電的辦法。五、內(nèi)容提要和學(xué)習(xí)指導(dǎo)（一）數(shù)控機(jī)床電控系統(tǒng)的組成及常見(jiàn)故障 (1)交流主電路系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床需要各種電源，以滿(mǎn)足不同負(fù)載的

2、要求，一般有：380V、220V、200V、24V、5V等。而我國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)供電電源是電壓380V、頻率50Hz的三相交流，這要通過(guò)電源配置提供給數(shù)控機(jī)床。 交流主電路系統(tǒng)通常使用的電氣元件有：隔離開(kāi)關(guān)、保護(hù)開(kāi)關(guān)、熔斷器、電源開(kāi)關(guān)、電源變壓器、控制變壓器、斷路器、各種繼電器、接觸器、接線(xiàn)端子排等。 數(shù)控機(jī)床電氣柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖41所示，上部左邊是數(shù)控系統(tǒng)，上部中間是主軸變頻器。電氣系統(tǒng)原理圖如圖42所示。 (2)機(jī)床輔助功能控制系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出輔助功能控制命令，經(jīng)PI。C對(duì)主電路電氣元件進(jìn)行控制；通過(guò)操作盤(pán)將輔助功能控制命令輸給數(shù)控系統(tǒng)。這里有各種各樣的開(kāi)關(guān)、按鈕、繼電器、指示燈，如電源開(kāi)關(guān)、行

3、程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等，這些元件的額定電流不超過(guò)10A。部分電氣系統(tǒng)元件如圖43所示。 2常見(jiàn)故障 在使用數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)注意其電氣系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)，維護(hù)保養(yǎng)的內(nèi)容包括：三相電源的電壓值是否正常，是否偏相；所有電氣連接是否良好；各類(lèi)開(kāi)關(guān)是否有效；各繼電器、接觸器是否正常工作；檢驗(yàn)熱繼電器、電弧抑制器等保護(hù)器件是否有效；檢查電氣柜防塵濾網(wǎng)、冷卻風(fēng)扇是否正常。常見(jiàn)故障見(jiàn)表41。（二）典型例題【例42】一臺(tái)車(chē)削中心，工作時(shí)CRT顯示9160報(bào)警“9160 NO PART WITI-I GRIFLPER 1 CL()SEI)VERIFY V145”。這是指未抓起工件報(bào)警。但實(shí)際上抓工件的機(jī)械手已將工

4、件抓起，卻顯示機(jī)械手未抓起工件報(bào)警。查閱PI圖，此故障是測(cè)量感應(yīng)開(kāi)關(guān)發(fā)出的。經(jīng)檢查機(jī)械手部位，機(jī)械手工作行程不到位，未完全壓下感應(yīng)開(kāi)關(guān)引起的。隨后調(diào)整機(jī)械手的夾緊力，此故障排除。 【例4-3】一臺(tái)采用西門(mén)子SINUMERIK 810的數(shù)控機(jī)床，有時(shí)在自動(dòng)加工過(guò)程中，系統(tǒng)突然掉電，測(cè)量其24V直流供電電源，發(fā)現(xiàn)只有22V左右，電網(wǎng)電壓向下波動(dòng)時(shí)，引起這個(gè)電壓降低，導(dǎo)致NC系統(tǒng)采取保護(hù)措施，自動(dòng)斷電。經(jīng)確認(rèn)為整流變壓器匝間短路，造成容量不夠。更換新的整流變壓器后，故障排除。 【例4-4】一臺(tái)數(shù)控磨床，數(shù)控系統(tǒng)采用西門(mén)子SINUMERIK SYSTEM 3，出現(xiàn)故障報(bào)警F31“SPINDI。E CO

5、OI。ANI、CIRCIJIT，指示主軸冷卻系統(tǒng)有問(wèn)題，而檢查冷卻系統(tǒng)并無(wú)問(wèn)題，查閱PI。C梯形圖，這個(gè)故障是由流量檢測(cè)開(kāi)關(guān)B96檢測(cè)出來(lái)的，檢查這個(gè)開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)已損壞，更換新的開(kāi)關(guān)，故障消失。 【例4-5】一臺(tái)數(shù)控磨床，E軸在回參考點(diǎn)時(shí)，E軸旋轉(zhuǎn)但沒(méi)有找到參考點(diǎn)，而一直運(yùn)動(dòng)，直到壓到極限開(kāi)關(guān)，NC系統(tǒng)顯示報(bào)警“E AXIS AT MAXTRAVEI?！?。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，可能是零點(diǎn)開(kāi)關(guān)有問(wèn)題，經(jīng)確認(rèn)為無(wú)觸點(diǎn)零點(diǎn)開(kāi)關(guān)損壞，更換新的開(kāi)關(guān)，故障消除。 【例4.6】一臺(tái)數(shù)控機(jī)床一次出現(xiàn)故障，負(fù)載門(mén)關(guān)不上，自動(dòng)加工不能進(jìn)行，而且無(wú)故障顯示。這個(gè)負(fù)載門(mén)是由氣缸來(lái)完成開(kāi)關(guān)的，關(guān)閉負(fù)載門(mén)是PI輸出Q2o控

6、制電磁閥Y2o來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用NC系統(tǒng)的PC功能檢查PIQ2o的狀態(tài)，其狀態(tài)為1，但電磁閥卻沒(méi)有得電。原來(lái)PIC輸出Q2o通過(guò)中間繼電器控制電磁閥Y2o，中間繼電器損壞引起這個(gè)故障，更換新的繼電器，故障被排除。 （三）隔離、屏蔽、接地抗干擾措施 1常見(jiàn)干擾 常見(jiàn)干擾有電磁波干擾、供電線(xiàn)路干擾、信號(hào)傳輸干擾等。 (1)電磁波干擾。電火花和中、高頻電加熱設(shè)備的電源都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁波，通過(guò)空間傳播被附近的數(shù)控系統(tǒng)所接受，如果能量足夠就會(huì)干擾數(shù)控機(jī)床的正常工作。 (2)供電線(xiàn)路干擾。輸入電壓過(guò)壓或欠壓引起電源報(bào)警而停機(jī)；電源波形畸變引起錯(cuò)誤信息會(huì)導(dǎo)致CPU停止運(yùn)行。 (3)信號(hào)傳輸干擾。數(shù)控信號(hào)在傳遞過(guò)

7、程中受到外界的干擾；串模干擾干擾電壓疊加在有用信號(hào)上，由絕緣不良、漏電阻、供電線(xiàn)路等引入；共模干擾干擾電壓對(duì)兩根或以上信號(hào)線(xiàn)的干擾大小相等、相位相同。裝置的共模抑制比較高，影響不大。當(dāng)不平衡時(shí)，一部分一轉(zhuǎn)為串模。 2抗干擾措施 (1)減少供電線(xiàn)路的干擾。 1)采用隔離變壓器。隔離變壓器可以將電網(wǎng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行電氣隔離，減少電網(wǎng)的雜電干擾。在結(jié)構(gòu)上，隔離變壓器與普通變壓器不同，它的初次級(jí)線(xiàn)圈之間有屏蔽隔離層，屏蔽層用導(dǎo)電材料做成，其繞組不能短路。 2)采用低通濾波器。電網(wǎng)中的干擾多為高次諧波分量或外界的高頻射頻干擾，采用低通濾波器，可以將其濾除。 低通濾波器又稱(chēng)扼流圈，由電容和電感組成。其本身也

8、要屏蔽、接地，安裝時(shí)，盡量接在電網(wǎng)剛進(jìn)人需要濾波的地方。 3)數(shù)控機(jī)床應(yīng)遠(yuǎn)離具有中、高頻電源的設(shè)備。 4)在電源電壓波動(dòng)較大的地區(qū)，應(yīng)加交流穩(wěn)壓器。 5)數(shù)控機(jī)床不要和大功率且起、停頻繁的設(shè)備在同一供電干線(xiàn)上。 6)動(dòng)力線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)應(yīng)分開(kāi)走線(xiàn)。 7)信號(hào)線(xiàn)應(yīng)采用屏蔽線(xiàn)或雙絞線(xiàn)。 8)控制線(xiàn)和電源線(xiàn)相交時(shí)，要采用直角相交。(2)屏蔽。屏蔽是為了保證系統(tǒng)免受干擾而能正常工作?？垢蓴_性能包括兩個(gè)方面，即系統(tǒng)抵御外來(lái)電磁干擾的能力和系統(tǒng)本身向外放射電磁干擾的能力。實(shí)現(xiàn)屏蔽的一般方法是在器件外層包上金屬屏蔽層以濾除不必要的電磁波。屏蔽技術(shù)包括電磁屏蔽和靜電屏蔽。信號(hào)線(xiàn)采用屏蔽線(xiàn)(銅質(zhì)網(wǎng)狀)，穿在鐵質(zhì)蛇皮管

9、或鐵管中；關(guān)鍵元件或組件采用金屬容器屏蔽。(3)應(yīng)有良好的“接地”。電網(wǎng)的許多干擾都是通過(guò)“接地”對(duì)機(jī)床起作用的。1)“接地”種類(lèi)。接地是指電流返回電源的低阻抗通道。通常將地球定義為基準(zhǔn)電位，電位為零。常見(jiàn)的有信號(hào)地、屏蔽地、系統(tǒng)地等。 信號(hào)地是指電器正常工作時(shí)，絕大多數(shù)或者所有信號(hào)要使用到的參考地，又稱(chēng)工作地。它包括數(shù)字信號(hào)地、模擬信號(hào)地等。在數(shù)字電路中，用“1”和“o”分別表示5V和oV電平信號(hào)，噪聲電平只有幾十毫伏，因而抗干擾能力較強(qiáng)。模擬信號(hào)本身較弱，其幅度和噪聲信號(hào)差不多，為減少噪聲信號(hào)給系統(tǒng)帶來(lái)誤差，應(yīng)特別注意模擬地的接法。屏蔽地又叫保護(hù)地或機(jī)殼地，其接法有兩種。一種是為了抑制電磁

10、感應(yīng)對(duì)外界的影響，用高導(dǎo)磁材料做成屏蔽盒，再將其接地。另一種是對(duì)信號(hào)線(xiàn)抑制外界高頻電磁場(chǎng)輻射的影響(如電視、雷達(dá)等)所采用的信號(hào)屏蔽方法。它是裝置的面板、單元的外殼、操作板及各裝置間接口的屏蔽線(xiàn)。屏蔽地一般與機(jī)殼相連。對(duì)信號(hào)屏蔽線(xiàn)屏蔽層的接地要求是不能中斷。數(shù)控機(jī)床上的位置檢測(cè)反饋信號(hào)、指令控制信號(hào)都是一根完整的信號(hào)屏蔽電纜。如有特殊情況需要中斷時(shí)，應(yīng)保證兩個(gè)屏蔽層連接完好。系統(tǒng)地是指用導(dǎo)體將電控系統(tǒng)與大地相連接的部分。2)“接地”要求。接地裝置由接地體和接地線(xiàn)組成，數(shù)控機(jī)床電控系統(tǒng)接地裝置應(yīng)滿(mǎn)足下列要求。接地線(xiàn)要粗，接地電阻應(yīng)小于4Q。為避免造成電磁耦合噪聲，應(yīng)避免形成接地環(huán)路。接地裝置應(yīng)牢

11、固，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。接地裝置應(yīng)經(jīng)過(guò)防腐處理，能長(zhǎng)期耐腐蝕。不能使用電力系統(tǒng)的中線(xiàn)和避雷地線(xiàn)作為數(shù)控機(jī)床電控系統(tǒng)接地裝置。常見(jiàn)的接地裝置是一組成輻射狀深埋的銅板、銅管或鐵棒。3)“接地”接法。信號(hào)地和屏蔽地的接法應(yīng)符合下列要求。不能把電力系統(tǒng)中線(xiàn)作為地線(xiàn)。一點(diǎn)接地。數(shù)控機(jī)床的控制為低頻電路，應(yīng)按一點(diǎn)接地的原則進(jìn)行接地。否則，接地電路會(huì)形成環(huán)路，產(chǎn)生較大干擾。一點(diǎn)接地是指將電氣裝置需要接地的端子連接到一個(gè)主接地點(diǎn)，再由主接地點(diǎn)接地，如圖44所示。如果機(jī)床電柜強(qiáng)、弱電分設(shè)，則還可以設(shè)一個(gè)次接地點(diǎn)。但主、次接地點(diǎn)之間要用截面足夠的電線(xiàn)連接，以確保所有的接地端子保持相同的電位，如圖45所示。信號(hào)地、屏蔽地與大地的地連接應(yīng)符合要求。大多數(shù)情況下，信號(hào)地與屏蔽地直接相連，接到大地地上去。接地線(xiàn)應(yīng)粗，連接要可靠，確保接地系統(tǒng)電阻小于4Q。若將信號(hào)地與大地分開(kāi)，則稱(chēng)懸浮地，它要求絕緣電阻應(yīng)大于50MQ。(4)電控系統(tǒng)內(nèi)部干擾的抑制。電控系統(tǒng)中使用的感性負(fù)載(如電動(dòng)機(jī)、繼電器、接觸