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1、本节主要讲述数控机床强电控制系统的故障诊断、维修及日常维护。,3.1 机床电气,电源是数控系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它失效或故障的直接结果是造成系统的停机甚至毁坏整个系统。电源配置应尽量做到以下几点：提供独立的配电箱而不与其他设备串用。电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置。电源始端有良好的接地。电柜内电器元件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离,3.1.1电源配置,电源配置原理图,电气原理图主要用来描述电气线路的构成及其工作原理，表明电气控制系统中各电气元件的作用及相互关系，对电气控制系统的安装接线、运行维护、故障分析和维修管理等有重要的作用。大型数控机床的电气图往往有几十页
2、，甚至上百页，数控机床维修人员应该多研读电气图纸，并且消化吸收，弄清各元器件之间的相互关系及控制信号的来龙去脉，这样才能在机床发生故障时，快速、准确判断故障原因，解除故障，及时恢复生产。,3.1.2 根据电气原理图诊断电气控制系统故障,例1：某数控车床，连续发生系统故障，每次新的备件换上后使用不到一周就会出现故障，现象都是开机后显示没有任何内容的黄色屏幕。,分析与处理过程：检查机床线路未发现问题，检查接地未发现问题，机床供电电压正常。新系统更换后机床马上可以正常工作。仔细观察机床的加工过程，发现刀架处有大量的冷却液，关机后再次认真检查刀架附近的线路，发现刀架电机380V电缆和直流24V电缆在刀
3、架下方有接头，相互间用电工胶布绝缘，当冷却液进入时，交流电压进入直流回路使系统损坏。更换有接头的所有电缆并加强防护，机床至今未发生类似故障。,例2：按数控机床的起动按钮，显示器无显示，数控装置无任何输出。,分析与处理过程：1.由电源配置原理图可知，在各自动空气开关接通的情况下，开关电源的24V直流电压经过KA0的常开触点给数控装置供电，由于开关电源和继电器的故障率较高，所以首先检查这两个器件是否正常。2.常用万用表判定开关电源是否存在故障，在通电的情况下测量其各输出点电压是否正常，若无输出，再测量其输入端有无交流电压，若无交流输入或交流输入不正常，则根据电气原理图，向前检查交流电路是否正常；若
4、交流输入正常，则可判断开关电源故障。3.如果开关电源有直流24V电压输出，则测量继电器触点的一端L+和开关电源M之间是否有电压输出，如果没有，则可判定是继电器KA0故障，否则，检查至数控装置的电源接线是否可靠。,例3：按下机床起动按钮，数控装置起动，没有报警显示，但各进给轴均不动作。,分析与处理过程1.由电源配置原理图可知，伺服驱动器电源模块PSM的主回路电源经接触器KM0的主触点引入，由下图可知，KM0线圈的通断由PSM的内部继电器触点控制。2.在机床正常起动过程中，当数控装置起动完成后，PSM内部继电器触点接通，应该听到接触器KM0吸合的声音，而此时却没有听到。3.检查接触器KM0,用万用
5、表测得线圈电压为0，触点没有吸合，所以各轴均不动作。4.根据下图，使用万用表测量CX3的1、3引脚，发现内部触点已经接通，所以，应该是KM0接触器线圈的电源故障。5.经检查，发现电源在接线端子排上的导线松动，旋紧后故障排除,例4：按下机床起动按钮，数控装置起动，没有报警显示，但各进给轴均不动作。,分析与处理过程1.由电源配置原理图可知，伺服驱动器电源模块PSM的主回路电源经接触器KM0的主触点引入，由下图可知，KM0线圈的通断由PSM的内部继电器触点控制。,2.在机床正常起动过程中，当数控装置起动完成后，PSM内部继电器触点接通，应该听到接触器KM0吸合的声音，而此时却没有听到。,3.检查接触
6、器KM0,用万用表测得线圈电压为0，触点没有吸合，所以各轴均不动作。,4.使用万用表测量CX3的1、3引脚，发现内部触点已经接通，应该是KM0接触器线圈的电源故障。,5.经检查，发现电源在接线端子排上的导线松动，旋紧后故障排除。,数控机床一般在电磁环境比较恶劣的工业现场使用，电磁干扰较大，而且电气柜中各种电气部件之间，电源电缆、驱动器的动力电缆、信号电缆之间也存在着电磁干扰。干扰会影响数控机床的可靠性和稳定性，是造成数控系统“软”故障，且容易被忽视的一个重要因素。因此，为了使数控机床能够稳定、可靠地运行，在数控机床的设计和生产过程中，采取了各种措施提高数控机床的抗干扰能力。,3.1.3数控机床
7、的抗干扰,正确连接机床、系统的地线,抗干扰措施：,减少电气控制系统内部干扰,抑制或减小供电线路的干扰,例5：某配套FANUC 0i-MC的立式加工中心，在回参考点时出现参考点位置不稳定，参考点定位精度差的故障,分析与处理过程：1.可能的原因是：编码器零位脉冲不良或回参考点速度太低。由于参考点零位脉冲检查需要有示波器进行，维修时一般可以先检查回参考点速度和位置增益的设置。2.经检查该机床在手动方式下工作正常，参考点减速速度、位置环增益设置正确，测量编码器+5V电压正常，回参考点的动作过程正确。因此，可以初步判定故障是由于编码器零位脉冲受到干扰而引起的。,例5：,3.在参数设置正确时，可能的原因为
8、“零脉冲”信号不良。由于零位脉冲的信号脉宽较窄，它对干扰十分敏感，因此必须针对以下几方面进行检查：编码器的供电电压必须在+5V0.2V的范围内，当小于4.75V时，将会引起“零脉冲”的输出干扰；编码器反馈的屏蔽线必须可靠连接，并尽可能使位置反馈电缆远离干扰源与动力线路；编码器本身的“零脉冲”输出必须正确，满足系统对零位脉冲的要求；参考点减速开关所使用的电源必须平稳，不允许有大的脉动。4.进一步检查发现，该轴编码器连接电缆的屏蔽线脱落，重新连接后，参考点定位恢复稳定，定位精度达到原机床要求。,1.除非进行必要的调整和维修，否则不允许随意开启电柜，更不允许加工时敞开柜门。2.注意观察电柜内粉尘堆积
9、情况，定期清洁电柜内的粉尘，定期更换过滤网。3.定期检查各个接线端子的连接情况，防止由于螺钉松动引起的各种故障发生。4.定期检查机床的接地是否变差，三相电压是否平衡。5.定期检查机床润滑情况、机械情况、铁屑清除情况、活动电缆防护情况、并观察冷却液是否泄漏。6.定期检查备份的数据是否有效。7.定期对程序区进行清理，将不用的程序及时删除。,3.1.4 电气控制系统的日常维护,8.定期更换存储器用电池9.对机床每一次停机原因进行详细的记录10.经常观察机床的使用情况，及时发现并制止可能引起机床故障或安全事故的各种违章操作，及时发现机床出现的各种异常现象。11.若CNC系统长期不用闲置的情况下，要经常
10、给系统通电，防止潮气，保证电子元件性能的稳定。12.在每一次长期停机前检查机床的状况并做好数据存储工作，在每一次长期停机后的首次开机前认真检查一遍机床电柜的情况,3.1.4 电气控制系统的日常维护,PLC（programmable logic controller）称为可编程控制器，独立的PLC可以作为很多自动化设备的通用控制器,由于其控制功能强、使用方便、性价比高、抗干扰能力强，在工业现场得到广泛应用。在数控系统中，CNC和PLC分工合作完成对数控机床的控制，PLC主要实现M、S、T指令的处理以及数控机床的外围辅助电器的控制，因此，也称为可编程机床控制器,称之为PMC（programmabl
11、e machine tool controller）。,3.2数控系统中的PLC,3.2.1 PLC在数控机床控制系统中的作用,1.机床操作面板的控制,机床操作面板上的各按键、开关信号都是直接进入PLC,面板上的各种指示灯信号则由PLC的输出信号控制,2、机床外部开关输入信号,3、PLC的输出信号,加工程序经CNC译码后，将M、S指令信号传递给PLC，经过PLC程序的处理，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等功能。M、S指令完成后，PLC向系统发出完成信号。需要换刀时，系统送出T指令信号给PLC，PLC程序在数据表内检索，找到T代码指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符，发出换刀指令，
12、机床开始换刀，换刀过程中，CNC处于读入禁止状态，不会执行加工程序中后续的指令，只有换刀完成后，PLC向CNC发出完成信号，CNC才能继续执行后续的加工程序。,4、M、S、T功能实现,3.2.2 FANUC 0i系统中PMC的信息交换,FANUC PMC中的信号类型,例如：当按下数控机床的急停按钮时，*ESP从机床侧送到PLC，输入地址为X8.4，该地址是CNC生产厂家定义的，用户不能改变。按下按钮时，急停按钮的接常闭触点断开，X8.4由“1”变“0”，通过PMC程序使G8.4产生相应的下降沿，如图所示。当G8.4为“0”时CNC被复位，并使机床处于急停状态.,除急停信号外，还有一些X信号的地
13、址也是固定的，不能随意改动，例如各轴返回参考点的减速信号，对应地址X9.0X9.3，分别是第1 4轴返回参考点的减速信号，如图所示。这些减速信号在PMC程序中不需要处理。各具体信号的地址及功能参见附录,3.2.3西门子802D系统中PLC的信息交换,在西门子802D数控系统中，NCK、PLC、机床三者之间的信息交换和FANUC系统相似，只是具体的表示方法不同。,西门子PLC中的信号类型,PP72/48模块的连接,如果802D系统带一块PP72/48模块，则可以提供72个输入信号地址和48个输出信号地址，如果这些信号地址不够用，则可以扩展一块PP72/48模块，以增加输入输出信号的数量，如图所示
14、。,V地址的含义,在西门子802D数控系统中，PLC和NCK之间的信息交换通过数据存储区的V地址来实现，V表示PLC存储器中的数据区，字母V后面跟8位数字，分别代表不同的含义，如图所示。,例7：V38001000表示数据区内地址为38001000的一个字节，该字节的数据由PLC送给NCK，其中V38001000.0代表数控机床第一轴的负限位开关信号。V38011000.0则代表数控机床第二轴的负限位开关信号，如下表所示。在原理图中，X轴负限位开关的输入地址为I1.3，经下图所示的PLC程序送给V38001000.0，该地址的信号状态由PLC送给NCK，NCK使X轴运动停止，并输出报警信息。,例
15、：对于西门子802D系统，机床急停信号的输入地址可以在允许的范围内由PLC程序编制者或者程序使用者自行定义，例如把急停按钮的信号与I2.0对应的端子连接，如图所示梯形图程序，当急停按钮按下时，常闭触点断开，V26000000.1被置“1”，该信号从PLC送给NCK，使机床处于急停状态。V26000000各位的含义如表所示,与PLC相关的故障主要有三种表现形式,有明确的报警信息，通过报警信息可直接找到故障原因,有报警信息，但不能反映真正的故障原因,没有报警信息及故障提示,3.3通过PLC进行故障诊断,PLC是CNC与数控机床之间信号传递与处理的中间环节，机床侧的开关、按键、传感器等输入信号首先送
16、给PLC处理；CNC对机床侧的控制信号也要经过PLC传递给机床侧的继电器、接触器、电磁阀、指示灯等电器元件；PLC还要把指令执行的结果及机床的状态反馈给CNC。,3.3.1 FANUC 0i系统通过PMC进行故障诊断,FANUC 0i系统提供了强大的系统功能，用于PMC程序的编辑、监控及诊断，帮助调试及维修人员快速、准确查找故障原因。,FANUC PMC监控及诊断画,定时器设定画面,计数器设定画面,系统的诊断功能画面,当编程了某个指令，而这个指令却看起来没有执行时，可以通过诊断号000到015观察系统内部状态。当自动运行停止或暂停时，可以通过诊断号020到025确定系统的内部状态。,诊断号02
17、0到025的不同状态组合,例8：一数控机床在自动运行状态中，每当执行M8（切削液喷淋）这一辅助功能指令时，加工程序就不再往下执行了。此时，管道是有切削液喷出的，系统无任何报警提示,分析与处理过程：1.调出诊断功能画面，发现诊断号000为1，即系统正在执行辅助功能，切削液喷淋这一辅助功能未执行完成（在系统中未能确认切削液是否己喷出，而事实上切削液已喷出）。2.查阅电气图，发现在切削液管道上装有流量开关，用以确认切削液是否已喷出。在执行M8这一指令并确认有切削液喷出的同时，在PMC程序的信号状态监控画面中检查该流量开关的输入点X2.2，而该点的状态为0（有喷淋时应为1），于是故障点可以确定为在有切
18、削液正常喷出的同时这个流量开关未能正常动作所致。3.因此重新调整流量开关的灵敏度，对其动作机构喷上润滑剂，防止动作不灵活，保证可靠动作。在作出上述处理后，进行试运行，故障排除,例9：一配备FANUC 0i-MC系统的数控机床，在执行G90 G01 Z0 时，无故停止，进行系统复位，再次执行到这一段时又停止，无任何报警。,分析与处理过程：1.调出诊断功能画面，发现005为1，说明系统处于各伺服轴互锁状态或启动锁住信号被输入。2.当PMC的以下信号为0时机床进入伺服轴互锁状态。G8.0 禁止所有伺服轴移动 G130.0 禁止系统定义的第一伺服轴移动 G130.1 禁止系统定义的第二伺服轴移动 G1
19、30.2 禁止系统定义的第三伺服轴移动3.打开PMC状态表，检查上述伺服轴互锁信号，发现G130.0为0，而Z轴是系统定义的第一轴。4.打开PMC梯形图，从梯形图查找使G130.0为0的原因，和刀架抬起、落下到位的接近开关信号有关。5.检查两个接近开关，发现刀架已落下到位，而抬起到位开关因沾有铁屑，而发出误信号,3.3.2西门子802D系统通过PLC进行故障诊断,西门子802D系统提供了强大的系统功能，用于PLC程序的编辑、监控及诊断，帮助调试及维修人员快速、准确查找故障原因。按下MDI键盘上的SYSTEM键，显示如图所示画面1。按PLC软键，显示画面2，可以使用诊断功能，并可以调试PLC。,
20、西门子802D系统的PLC画面,STEP7连接功能可以使PLC与外部S7-200编程软件包进行通讯，按PLC状态软键，显示PLC状态画面，在相应的输入区输入符号名称或者操作地址，屏幕显示信号的当前值。,PLC状态显示画面,PLC状态表,按状态表软键，显示PLC状态表，用此功能可以很快查找到PLC信号，并可进行观察和修改。该画面缺省设定下显示3个表：输入端、标志、输出端，起始地址为0。可以通过编辑板软键显示其他区域，并设定新的起始地址。,Programming Tool PLC 802界面,考虑PLC程序的安全，早期的802D系统不具有梯形图在线显示功能。而后期的802D系统，为了方便调试维修，
21、则增加了该功能，用户可以直接打开梯形图并实时监控其运行状态，但不能在线编辑、修改梯形图程序，要借助PLC编程工具软件Programming Tool PLC 802，在PC机上进行编辑和修改。,例10：某台数控车床配有八工位电动刀架，刀位检测开关为霍尔元件，八个刀位18对应着802D I/O接口地址I7.0I7.7。选刀时电机正转，刀盘松开旋转，到位后电机反转，刀盘夹紧，反转延时断开。有次执行T7选刀指令时，刀盘旋转不停，结果出现700014号报警，内容为换刀超时。,分析与处理过程：700000号以上的报警均为用户报警，是由机床厂根据机床的工作要求编制的。802D系统提供了64个位地址，用以最
22、多编制64个用户报警，如表3-7所示，每个用户报警号由数据区一个相应的位信号触发，例如，产生700014号报警时，则说明其对应的V16000000.4位信号被置“1”，而这些信号的状态则由PLC程序决定,用户报警号对应的地址,查看PLC控制程序,1.在PLC接口地址上观察M120.5一直为“1”，即当前刀号始终和目标刀号不一致。查看数据表中MD36显示为目标刀号7。再观察I7地址上的第六位数据I7.6（7号刀位信号），刀盘旋转时该位一直为“0”。2.打开刀架防护查看传感器，以人为的方法使其感应，I7.6仍一直为“0”。用万用表直接在开关处测状态仍没有变化，说明这个感应开关已坏。3.经过更换开关
23、后，换刀动作能正常完成。,例11：某数控机床出现防护门关不上，自动加工不能进行的故障，且无故障显示。,分析与处理过程：1.该防护门的开关动作是由气缸来驱动完成的，关闭防护门是由PLC的输出信号Q2.0控制电磁阀YV2来实现。2.在图3-33所示画面下，检查Q2.0的状态为“1”，但电磁阀YV2却没有得电。3.查看电气原理图，知PLC输出信号Q2.0是通过中间继电器KA2来控制YV2的，如图3-37所示。检查发现，中间继电器损坏引起故障。4.更换中间继电器，故障排除。,例12：加工中心在换刀时，刀库伸出后，换刀过程停止，无系统报警也无用户报警，数控系统提示“等待使能”。,分析与处理过程：换刀的过程取决于每一个换刀动作的完成情况，如果一个动作没有完成，下一个动作不能继续。刀库伸出或刀库缩回都应该有到位检测传感器。上述情况有两种可能的原因，一是传感器故障，不能发出到位检测信号，所以换刀过程停止；二是推动刀库伸出的液压或气动系统的压力不足，到库没有完全到位，因而传感器没有得到到位信号，换刀过程不能继续。如果在数控机床的设计时，在刀库互锁时的增加相应的信息提示，比如，“没有刀库伸出到位信号，换刀过程等待”，或者“压力不足，刀库伸出不能到位”。由此也可以得到结论，最有效的诊断是设计出来的，如果没有提示信息，诊断故障的难度和工作量都非常大。,
