《数控机床的电气控制系统常见故障的诊断.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床的电气控制系统常见故障的诊断.doc（28页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、摘要：数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。随着现代制造技术的发展，企业选用数控设备已是大势所趋。我所在的实习公司主要产品是通讯的基础设备和遥感产品。轴，腔体和盖板等的制造主要是用数控车床，加工中心和数控铣床、钻床等来完成。但是在数控机床在工作过程中难免会遇到电气控制系统的故障，为此，本次论文就介绍数控机床的电气控制
2、系统常见故障的诊断。1 引言随着电子技术和自动化技术的高速发展,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,给机械制造业的发展创造了条件,并带来了很大的效益。但同时,由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点,在故障诊断、维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。数控维修技术不仅是保障正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，目前它已经成为一门专门的学科。任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制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。因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置
3、进行维修就显得十分必要了。尤其对引进的CNC机床，大多花费了几十万到上千万美元。 在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修排除故障，就会造成较大的经济损失。 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很大的差距。造成差距的原因在于：人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的测试分析技术等有待提高等等。本文针对数控机床电气系统的特点与故障的检查分析以及诊断维修进行简要的探讨，并通过故障案例分析进行总结。3 数控机床电气系统的特点3.1 数控机床对电气系统的基本要求 3.2电器系统的故障特点4 故障的检查与分析2.2 数控系统的常
4、见故障分析排除4.1故障处理前的工作4.2 电气故障的常用诊断方法5 数控机床电气系统的故障诊断与维修1.4数控机床的常见故障分类5.1 数控机床中的常见开关及故障诊断5.2 低压断路器常见故障现象及其诊断5.3 接触器常见故障现象及诊断5.4 继电器常见故障现象及诊断5.5 数控机床的主流主电路系统6 故障举例分析183 数控机床电气系统的特点3.1 数控机床对电气系统的基本要求1高可靠性数控机床是长时间连续运转的设备，本身要具有高可靠性。因此，在电气系统的设计和部件的选用上普遍运用了可靠性技术、容错技术及冗余技术。所有部件选用的是最成熟的，而且符合有关国际标准并取得授权认证的新型产品。2紧
5、跟新技术的发展在保证可靠性的基础上，电气系统还要具有先进性，如新型组合功能电气元件的使用、新型电子电器及电子功率器件的使用等。3稳定性要在电气系统中采取一系列措施，使其适应较宽泛的环境条件，如要能适应交流供电系统电压的波动，对电网系统内的噪声干扰有一定的抑制作用，同时还符合电磁兼容的国家标准要求，系统内部及不互相干扰，也不向外部辐射破坏性干扰。4.安全性电气系统的连锁要有效；电气装置的绝缘要保证完好，防护要齐全，接地要牢靠，以使操作人员的安全有保证；电气部件的防护外壳要具有防尘、防水、防油污的功能；电柜的封闭性要好，防止外部的液体溅如电柜内部，防止切屑、导电尘埃的进入；电柜内的所有元件在正常供
6、电电压工作室不应出现被击穿的现象，并且有预防雷电袭击的功能；经常移动的电缆要有防护套或者拖链防护，防止缆线磨断或短路而造成系统故障；要有抑制内部部件异常升温的措施，特别是在夏季，要有强迫风冷或制冷器冷却；有防触电、放碰伤设施。5.方便的可维护性易损部件要便于更换和替换，保护元器件的保护动作要灵敏，但也不能有误动作；一旦出现故障排除后，功能要能恢复。6.良好的控制特性所有被控制的电动机启动要平稳、响应快速、特性硬、无冲击、无震动、无振荡、无异常噪声、无异常升温。7.运行状态明显的信息显示电气系统要用指示灯做操作显示，电器元件要有状态指示、故障指示，有明显的安全操作标示8.操作的宜人性电气系统要体
7、现人性化设计，如操作部位与人体的平均高度、距离相适应，体现操作方便、舒适、便于观察的特点，尤其要随时摸得到急停按钮，保证紧急下的快速操作动作；机床电器颜色不仅符合标准，还要美观、明显。3.2 电气系统的故障特点1.电气系统故障的维修特点是故障原因明了，诊断也比较好做，但是故障率相对比较高。2.电器元件有使用寿命限制，非正常使用下会大大降低寿命，如开关触头经常过电流使用而烧损、粘连，提前造成开关损坏。3.电气系统容易受外界影响造成故障，如环境温度过高，电柜温升过高致使有些电器损坏。甚至鼠害也会造成许多电气故障。4.操作人员非正常操作，能造成开关手柄损坏、限位开关被撞坏的人为故障。5.电线、电缆磨
8、损造成断线或者短路，蛇皮线管进冷却水、油液而长期浸泡，橡胶电线膨胀、黏化，式绝缘性能下降造成短路。6.冷却泵、排屑器、电动刀架等的异步电动机进水，轴承损坏而造成电动机故障。4 故障的检查与分析2.2 数控系统的常见故障分析排除2.2.1 电源类故障及排除方法具体如下表2-1故障现象故障原因排除方法系统上电后系统没有反应，电源不能接通电源指示灯不亮没有提供外部电源，电源电压过低、缺相或外部形成了短路检查外部电源电源的保护装置跳闸或熔断形成了电源开路合上开关，更换熔断器PLC的地址错误或者互锁装置使电源不能正常接通更换PLC地址或接线系统上电按钮接触不良或脱落更换按钮或重新安装电源模块不良、元器件
9、的损坏引起的故障更换元器件或电源模块电源指示灯亮系统无反应接通电源的条件未满足检查电源的接通条件是否满足系统黑屏详见系统显示类故障的维修系统文件被破坏，没有进入系统修复系统强电部分接通后马上跳闸机床设计时选择的空气开关容量过小，或空气开关的电流选择拨码开关选择了一个较小的电流更换空气开关，或重新选择使用电流机床上使用了较大频率的变频器或伺服驱动，并且在变频器或伺服驱动的电源进线前没有使用隔离变压器或电感器，变频器或伺服驱动在上强电时电流有较大的波动，超过了空气开关的限定电流，引起跳闸在使用时需外接一电抗系统强电电源接通条件未满足逐步检查电源上强电所需要的各种条件，排除故障电源模块故障整流桥损坏
10、引起电源短路更换续流二极管损坏引起的短路更换电源模块外部电源短路调整线路滤波电容损坏引起的故障更换供电电源功率不足使电源模块不能正常工作增大供电电源的功率系统在工作过程中突然断电切削力太大，使机床过载引起空气开关跳闸调整切削参数机床设计时选择的空气开关容量过小，引起空气开关跳闸更换空气开关机床出现漏电检查线路表2-12.2.2 急停报警类故障（1）机床一直处于急停状态，不能复位（2）数控系统在自动运行的过程中，跟踪误差过大报警引起的急停故障（3）伺服单元报警引起的故障（4）主轴单元报警引起的急停故障2.2.3 操作类故障分析（举例说明）例1 数控车床在使用中手动移动正常，自动回零时移动一段距离
11、后不动，重开手动移动又正常。故障分析 该车床使用经济型数控系统，步进电动机驱动，手动移动时由于速度稍慢，移动正常，自动回零时快速移动距离较长，出现机械卡住现象。根据故障进行维修，主要是机械原因，后经询问才得知该机床因加工时尺寸不准，将另一台机床上的电动机拆来使用后出现了该故障，经仔细检查是因变速箱中的齿轮间隙太小引起，重新调整后正常。这是一例人为因素造成的故障，在修理中如不加注意会经常发生，因此在工作中应引以重视，避免这种现象的发生。例2 配备FANUC-7CM系统的XK715F型数控立铣床，其旋转工作台（B轴）低速时转动正常，中、高速时出现抖动。故障分析 采用隔离法将电动机从转盘上拆下后再运
12、转，仍有抖动现象再将位置环脱开，外加VCMD给定信号给速度单元，再运转，还是抖动。可见，故障在电动机或速度单元上。先打开电动机，发现大量冷却油进入内部。洗刷电动机内部后再装好，运转时电动机不再抖动。例3 某加工中心在JOG方式下进给平稳，但自动方式下则不正常。故障分析 首先要确定是NC故障还是伺服系统故障，先断开伺服速度给定信号，用电池电压作信号，故障依旧，说明NC系统没有问题。进一步检查是Y轴夹紧装置出故障。2.2.4 回参考点故障及排除具体如下表2-2故障现象故障原因排除方法机床回原点后，原点漂移或参考点发生整螺距偏移参考点发生单个螺距偏移减速开关与减速档块安装不合理，使减速信号与零脉冲信
13、号相隔距离过近调整减速开关或者挡块的位置，使机床轴开始减速的位置大概处在一个栅距或一个螺距的中间位置机械安装不到位调整机械部分参考点发生多个螺距偏移参考点减速信号不良引起的故障检查减速信号是否有效，接触是否良好减速档块固定不良引起找零脉冲的初始点发生了漂移重新固定减速档块零脉冲不良引起对码盘进行清洗系统开机回不了参考点、回参考点不到位系统参数设置错误重新设置系统参数零脉冲不良引起的故障，回零时找不到零脉冲对编码器进行清洗或者更换减速开关损坏或者短路维修或更换减速开关数控系统控制检测放大的线路板出错更换线路板导轨平行度、导轨与压板面平行度、导轨与丝杠的平行度超差重新调整平行度当采用全闭环控制时的
14、光栅尺沾了油污清洗光栅尺找不到零点或回参考点时超程回参考点位置调整不当引起的故障，减速挡块距离限位开关行程过短调整减速挡块的位置零脉冲不良引起的故障，回零时找不到零脉冲 对编码器进行清洗或者更换减速开关损坏或者短路维修或更换减速开关数控系统控制检测放大的线路板出错更换线路板导轨平行度、导轨与压板面平行度、导轨与丝杠的平行度超差重新调整平行度当采用全闭环控制时的光栅尺沾了油污清洗光栅尺回参考点的位置随机性变化干扰找到并消除干扰编码器的供电电压过低改善供电电源电动机与丝杠的连轴节松动紧固连轴节电动机扭矩过低或由于伺服调整不良，引起跟踪误差过大调节伺服参数，改变其运动特性零脉冲不良对编码器进行清洗或
15、者更换滚珠丝杠间隙增大修磨滚珠丝杠螺母调整垫片，重调间隙攻丝时或车螺纹时出现乱扣零脉冲不良引起的故障对编码器进行清洗或者更换时钟不同步出现的故障更换主板或更改程序主轴部分没有调试好重新调试主轴主轴定向不能够完成，不能够进行镗孔、换刀等动作脉冲编码器出现问题维修或更换编码器机械部分出现问题调整机械部分PLC调试不良，定向过程没有处理好重新调试PLC表2-22.2.5 参数设定错误引起的故障（1）数控系统参数丢失（2）系统不能正常启动（3）数控机床不能正常运行（4）数控机床运行时经常报跟踪误差（5）数控机床轴运动方向或回零方向反（6）运行程序不正常（7）螺纹加工不能够进行（8）系统显示不正常（9）
16、死机4.1故障处理前的工作1.询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时,首先应要求操作者尽量保持现场故障状态,不做任何处理,这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况及故障产生的背景情况,依此做出初步判断2.现场检查到达现场后,首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性,从而核实初步判断的准确度。不要急于动手处理,仔细调查各种情况,以免破坏了现场,使排除故障增加难度。3.故障分析根据已知的故障状况分析故障类型,从而确定排除故障原则。由于大多数故障是有指示的,所以一般情况下,对照机床配套的诊断手册和使用说明书,可以列出产生该故障的多种可能的原因。4.确定原因对多种可能的
17、原因中找出本次故障的真正原因,当然可能需要多次测试,这是对维修人员对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。4.2 电气故障的常用诊断方法1.直观法这是分析故障最初采用的方法,就是利用感官的检查。它主要是利用人的感官对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及察看系统的每一处,遵循“先外后内”的原则,诊断故障采用望、闻、问、摸等方法,由外向内逐一检查,往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验,要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。2.接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中,而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通
18、讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的,这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示,有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示,而所有的接口信号都可以用PLC编程器或者相应的PC调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号,又要熟悉PLC编程器的应用。3.参数调整法众所周知,数控参数能直接影响数控机床的性能。数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配,而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此,任何参数的变化甚至丢失都是不允许的;而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的
19、变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的,不仅要对具体系统主要参数十分了解,既知晓其地址熟悉其作用,而且要有较丰富的电气调试经验。4.交换法是一种简单易行的方法。当发现故障或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下,可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查。在交换前一定要注意所要模板是否完好,而且状态是否一致,故不仅硬件接线要正确交换,还要将一系列相应的参数交换,否则不仅达不到目的,反而会产生新的故障造成思维的混乱,一定要事先考虑周全,设计好软、硬件交换方案,准确无误再行交换检查。5 数控机床电气系统的故障诊断与
20、维修1.4数控机床的常见故障分类1.按故障发生的部位分类 主机故障 数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有：1）因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障2）因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等尤其应引起重视的是，机床各部位标明的注油点须定时、定量加注润滑油（脂），这是机床各传动链正常运行的保证。 电气控制系统故障 从所使用的元器件类型上根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类，“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件
21、、集成电路为主的控制部分。数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/C RT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障，常见的有加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生
22、故障的几率要高于“弱电”部分必须引起维修人员的足够的重视。2按故障的性质分类系统性故障?系统性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件，数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见，但由于它具有一定的规律，因此也给维修带来了方便系统性故障具有不可恢复性，故障一旦发生，如不对其进行维修处理，机床不会自动恢复正常但只要找出发生故障的根本原因，维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。 随机性故障 随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽，很难找出其规律性，故常称之为“软故障”，随机性故障的原因分析
23、与故障诊断比较困难，一般而言，故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关加强数控系统的维护检查，确保电气箱的密封，可靠的安装、连接，正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。3按故障的指示形式分类 有报带显示的故障 数控机床的故障显示可分为指示灯显示与显示器显示两种情况：1）指示灯显示报警 指示灯显示报警是指通过控制系统各单元上的状态指示灯（一般由 LED发光管或小型指示灯组成）显示的报警根据数控系统的状态指示灯，即使在显示器故障时，仍可大致分析判断出故障发生的部位与性质，因此在维修、排除故障过程中应认真检杳这些状态指示灯的
24、状态。2）显示器显示报警显示器显示报警是指可以通过CNC显示器显示出报警号和报警信息的报警。由于数控系统一般都具有较强的自诊断功能，如果系统的诊断软件以及显示电路工作正常，一旦系统出现故障，可以在显示器上以报警号及文本的形式显示故障信息。数控系统能进行显示的报警少则几十种，多则上千种，它是故障诊断的重要信息。在显示器显示报警中，又可分为 NC 的报警和 PLC 的报等两类。前者为数控生产厂家设置的故降显示它可对照系统的“维修手册”，来确定可能产生该故障的原因。后者是由数控机床生产厂家设置的 PLC 报警信息文本，属于机床侧的故降显示。它可对照机床生产厂家所提供的“机床维修手册”中的有关内容确定
25、故障所产生的原因。 无报警显示的故障 这类故障发生时机床与系统均无报警显示，其分析诊断难度通常较大需要通过仔细、认真的分析判断才能予以确认。特别是对于一些早期的数控系统，由于系统本身的诊断功能不强，或无 PLC 报警信息文本，出现无报警显示的故障情祝则更多对于无报警显示故障，通常要具体情况具体分析，根据故障发生前后的变化进行分析判断，原理分析法与 PLC 程序分析法是解决无报警显示故障的主要方法4按故障产生的原因分类 数控机床自身故障 这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的，与外部使用环境条件无关数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。 数控机床外部故障 这类故障是由于外部原因所造成
26、的。供电电压过低、过高，波动过大：电源相序不正确或三相输入电压的不平衡；环境温度过高：有害气体、潮气、粉尘授入：外来振动和干扰等都是引起故障的原因。此外，人为因素也是造成数控机床故障的外部原因之一，据有关资料统计，首次使用数控机床或由不熟练工人来操作数控机床，在使用的第一年，操作不当所造成的外部故障要占机床总故障的三分之一以上。除上述常见故障分类方法外，还有其他多种不同的分类方法。如：按故障发生时有无破坏性可分为破坏性故障和非破坏性故障两种按故障发生与需要维修的具体功能部位可分为数控装置故障，进给伺服系统故障，主轴驱动系统故障，白动换刀系统故障等等，这一分类方法在维修时常用5.1 数控机床中的
27、常见开关及故障诊断1胶壳刀开关常见故障为：开关动作时的拉弧烧损或氧化静插座，造成接触不良。2.铁壳开关常见故障：a.熔丝熔断，接触或连接不良；b.触刀烧毁或接触不良；c.机构生锈或松动，手柄失灵；d.外壳接地不良，进线绝缘不良造成碰壳漏电。3.组合/转换开关常见故障为：a.机构损坏、磨损、松动造成动作失效；b.触头弹性失效或尘污接触不良造成三触头不能同时接通或断开；c.久用污染形成导电层、胶木烧焦、绝缘破坏，造成短路。4.按钮开关常见故障为：a.按下启动按钮有触电感觉，原因为导线与按钮防护金属外壳短路；b.停止按钮失灵，原因为接线错误、线头松动；c.按下停止按钮，再按启动按钮，被控电气不动作，
28、原因为复位弹簧失效导致动断触头间短路。5.位置、行程、限位开关常见故障为：a.机构失灵、损坏、断线或离挡块太远；b.开关复位，但动断触头不能闭合（触头偏斜或脱落，顶杆移位被卡或弹簧失效）；c.开关的顶杆已偏转，但触头不动（开关安装欠妥，触头被卡）；d.开关松动与移位（外因）因此，数控机床开关出现故障的主要原因是：(1)触点接触不良、接线的连接不良或动断触头短路，造成电路不通或被控电器不动作。(2)机构不良（弹簧失效或卡住）与损坏，安装欠妥、松动或移位。造成开关不动作或者误动作。(3)污染、接地不良与绝缘不良会造成漏电与开关短路。所以，开关是验收中不可缺少的项目，又是定期维修与更换的项目之一。一
29、般的，开关的机械寿命为500010000次，电寿命带负载的操作次数为5001000次。5.2 低压断路器常见故障现象及其诊断表1 低压断路器常见故障现象及原因故障现象故障原因不动作手动操作时不能闭合（不能接通或不能启动）1 欠压脱扣器线圈损坏。2 热脱扣的双金属片（热元件）尚未冷却复原，脱扣后未给予足够时间冷却。3 储能弹簧失效变形，导致闭合力减小。4 反作用弹簧力过大。5 锁键和塔钩因长期使用而磨损。6 触点接触不良主触头。动作延时过长1. 传动机构润滑不良、锈死、积尘造成阻力过大。2. 锁键和塔钩因长期使用而磨损。3. 弹簧断裂、生锈卡住或失效。欠压脱扣器不能分断欠压不报警现象1. 拉力弹
30、簧失效、断裂或卡住2. 欠压脱扣器线圈损坏误动作电动机启动时，立即分断（一开机即过流报警）1. 调试后，过流脱扣器瞬时整定值太小。2. 对于老机床，可能是反力弹簧断裂或生锈卡住闭合一定时间后自动分断1. 调试或维修后，过流脱扣器延时整定值不符合要求。2. 对于老机床，可能是热元件老化断路器温升过大（过热报警）触点阻抗过大造成热效应而导致热脱扣，原因是：1.触头表面磨损过大或接触不良。2.两个导电零件连接螺钉松动。欠压脱扣器噪声大噪声只可能是由常闭型的脱扣器产生，在老机床中，原因是：1.弹簧失效变硬，不恢复2.铁心工作面有油污或短路环断裂机壳带点漏电保护短路器失效，原因是：1. 互感器线圈的触电
31、氧化。2. 接触不良3. 匝间短路4. 接地不良5.3 接触器常见故障现象及诊断由于接触器的主要控制对象是电机，因而电动机的启停，正反装动作与接触器就有直接关系，在诊断中应予注意。尤其是频繁使用的老机床或闲置很久的机床，必须注意接触器的检查与定期维修。表2 故障原因分析表故障现象故障原因电源电压机械电磁铁主触头负载效应操作使用弹簧机构励磁线圈铁心主触点不闭合过低锈住粘连、恢复弹簧变硬铁心机械锈住或卡住断线、线圈额定电压高于电源电压铁心极面有油污、尘埃或气隙太大线圈断电而铁心不释放恢复弹簧损坏失效机构松动、脱离或移位工作气隙减小导致励磁增大使用超过寿命主触头不释放回路电压过低触头弹簧压力过小熔焊
32、、烧结、金属颗粒突起负载侧短路频率过高或长期过载电磁铁噪声大过低触头弹簧压力过大铁心机械锈住或卡住接触点接触不良铁心短路环断裂电磨损、接触不良线圈过热或烧毁过高或过低匝间短路操作频率过高注：（1）直流接触器，分段电路时拉弧大，易造成主触头电磨损。（2）交流接触器的线圈易烧毁，并出现断电后由于剩磁而不释放，辅助触头不可靠；电磁铁的分磁环易断裂。（3）操作频率，是指每小时允许饿操作次数。目前有300次/h、600次/h和200次/h等不同接触器。接触器的机械寿命很高，一般可达1*107次以上。而其电气寿命，与负载大小和操作频率有关，出头闭合频率高，就会缩短使用寿命，并使线圈与铁心温度升高。5.4
33、继电器常见故障现象及诊断继电器对极限温度、相对湿度、气压、震动及冲击强度等方面都有一定的要求。继电器在动作过程中，触点断开时出现腐蚀或粘结现象，以及触点闭合时出现传动压降超过规定水平，均视为失效。继电器的主要故障现象是不动作与误动作，因此需要定期检查与维修。1. 热继电器对于热继电器，产生不动作与误动作的原因可从控制输入、机构与参数、负载效应等几方面来分析。如电机已严重过载，则热继电器不动作的原因如下。（1）电机的额定电流选择的太大，造成受载电流过大。整定电流调节太大，造成动作滞后。（2）动作机构卡死，导板脱出。（3）热元件烧毁或脱焊。影响因素有：操作频率过高；负载侧短路；阻抗太大使电动机启动
34、时间过长而导致过流。（4）控制电路不通。影响因素有：自动复位的热继电器中调节螺钉未调在自动复位的位置上；手动复位的热继电器在动作后未复位。热继电器误动作的可能原因有，与热元件的温度不正常有关。（1）环境温度过高，或受强烈的冲击振动。（2）调试不当，整定电流太小。（3）使用不当，操作频率过高，是电流热效应大，造成提前动作（4）负载效应。阻抗过大、电机启动时间过长，产生大电流热效应，造成提前动作。（5）维修不当。维修后，连接导线过细，导热性差，造成提前动作，或者连接导线过粗，造成滞后动作。由此可见，单独使用热继电器作为过载保护器是不可靠的。热继电器必须与其他的短路保护器一起使用。通常采用一种三相、
35、带断相保护的组合型的热继电器。2. 速度继电器速度继电器安装接线时，其正反向触头不可接错，否则就不能起到反向制动时的接通或断开反向电源的作用。在反接制动时，速度继电器的常见故障为：(1)不能制动。这是由于器内胶木摆杆断裂、动合触头接触不良、弹性动触头断裂或失去弹性等、(2)制动不正常。一般为动触点弹性片调整不当，可调整螺钉向上，减小弹性。3.时间继电器时间继电器的失控主要表现在延时特性的失控延时触头不动作，可能原因为：(1)电源电压低于线圈额定电压。(2)电磁铁线圈断线(3)棘爪无弹性不能刹住棘轮。(4)游丝断裂。(5)如是控制同步电动机，则可能是电动机线圈断线。(6)触头接触不良或熔焊。4.
36、中间继电器中间继电器实际上是一种电磁式继电器，在数控机床的控制系统中用得最多。以它的通断来控制信号向控制元件的传递，控制各种电磁线圈的电源通断，并起欠压保护作用。由于它的触头容量较小，一般不能应用于主回路中。中间继电器往往可具有多对触头，从而可同时控制几个电路。在常用触头及机构故障时，往往可以利用冗余的触头副来代替，而不必更换整个继电器。另外中间继电器无其他要求，只要在零压时能可靠释放即可。5.熔断器常见故障现象及诊断(1)交流电源无输出故障原因可能为：a.熔断安装时受损，或是熔断器本身的质量问题b.熔断器选用规格不当，熔体允许电流规格太小c.熔体两端或接线端接触不良，或是熔断器接触不良或其夹
37、座的接触不良造成熔断丝实际未断但电路不同的故障。(2)开关电路失电故障原因可能为：a.若熔断器管内呈白雾状，则可能是板桥中的个别开关管不良或击穿造成的局部短路，一般不易检查出来。b.若熔断器管壁发黑，则必定对应有高压滤波电容击穿或整流管击穿造成严重短路故障。5.5 数控机床的主流主电路系统如图2为数控机床电气系统控制图图2 数控车床电气图电源开关主电机液压泵电机冷却泵电机主电机控制变压器指示灯变速灯照明灯电磁离合器制动装置正向反向停止正传反转制动延时主电路的分析QS-总电源开关M1-总电动机，拖动主运动和进给运动；（直接后起动，正、反转）M2-液压泵电动机，为主轴箱提供润滑油；（直接先起动，正
38、转）M3-冷却泵电动机，对刀具和工件进行冷却。（直接起动，正传）KM1、KM2-控制M1正传和反转；KA-（中间继电器），控制液压泵电动机，并作为控制电路的零压保护SA2（转换开关）控制冷却泵电动机，FU1总熔断器，也是M1的短路保护；FU2是M2和M3的短路保护。我国标准工业供电电源是三相交流380V，频率50Hz，这是数控机床普遍要使用的电源。交流主电路系统通常使用的电气元件有隔离开关、保护开关、空气短路器、交流接触器、熔断器、热继电器、伺服变压器、控制变压器、接线端子排等，起到分合、控制、切换、隔离、短路保护、过载保护及失压保护等作用。它们大多数属于有触头开关，因此出现的故障也总是与触头
39、有关，如触头氧化、触头烧毁、触头接触压力不足导致的局部发热，接线螺丝松脱造成的连接局部发热。此外电动机过载造成热继电器或空气断路器脱扣动作、接触器线圈烧毁、熔断器熔断、操作机构失灵等故障也比较常见。维修交流主电路系统故障时，对查出有问题的电器元件最好是更换，以确保机床运行的可靠性。更换时应注意使用相同的型号、规格的备件。如损坏的电器元件属于已过时淘汰的产品，要以新型的产品来替换，而且额定电压、额定电流的等级一定要相符。交流电源向带有晶闸管器件的伺服装置供电时，要严格注意相序，无论是什么原因使得相序接错，晶闸管器件电路都会失去同步关系，造成颠覆故障，这是必须经过电源倒相来解决。供电电压偏低且不稳
40、定将对数控系统将造成潜在危害，因此要在机床外侧配置符合容量要求的交流稳压设备，以确保设备运行的安全。6 故障举例分析例1 一台CK6140I数控车床，热继电器失效导致电动刀架不换刀。故障诊断：工作中出现电动刀架不换刀的情况，数控系统CRT提示“换道时间过长”。经检查时间参数没有更改，诊断控制状态位也正确，再检查电气柜内主电路电器，发现热继电器不通，拆下热继电器打察看，发现电阻丝已烧坏。继续查找烧坏原因，发现电动机的相线间电阻很小，再查到电动机接线盒内发现引线端子积满了铸铁末，这就是故障的根源，而造成故障根源的原因是操作员清扫机床时经常用气枪吹铁屑。故障排除：更换同型号新的热继电器，清理电动机接
41、线盒，重新接线，并用塑料袋将接线盒包严，机床电动刀架恢复正常工作，同时提醒管理人员要杜绝操作员用气枪清扫机床，否则铁屑进入电器柜危害更大。例2 一台德国CWK500加工中心托盘不能进行手动转动。故障诊断：经调查，机床出现托盘不能进行手动转动的故障时，系统无报警显示，电网电源正常。但该机床有多次熔丝熔断记录，这次更换熔丝后无效。查阅电气图并根据其工作原理，画出相关控制动作流程图，如图所示。进一步分析，“手动”与PLC程序及软件无关。初步判断故障类型为机械故障或电器器件故障。托盘不能动，同“正输入”的指令信号与共同的励磁回路等有关，也和“负输入”的传动阻力与制动有关。故把故障大致定位在励磁回路与托
42、盘传动轴系统。流程图中的每一个环节都可能成为故障原因。由故障记录，最可能的故障环节为励磁回路断路。观察检查励磁回路断路器与熔丝、电磁阀、托盘锁销，发现励磁回路中6A熔丝熔断，管壁发黑，表明存在严重短路故障。究其原因，查出电动机内电磁抱闸线圈匝间短路，整流管烧坏。故障排除：换件，机床恢复正常。按下手动托盘松开按钮E81084PLC电磁抱闸接触器闭合电磁抱闸线圈得电闸松开托盘处自由状托盘电磁阀接触器闭合托盘线圈得电电磁阀动作托盘锁销松开托盘手动转动交流励磁回路6A熔丝与断路器延时图2 手动托盘动作控制流程图必要时可根据现场条件使用成熟技术对设备进行改造与改进。最后,对此次维修的故障现象、原因分析、
43、解决过程、更换元件、遗留问题等要做好记录。如果有改造,还应在设备资料中配置符合国家有关标准的完整准确的补充图纸和相关资料。同时从排除故障过程中发现自己欠缺的知识,制定学习计划,最终充实自己。参考文献1 王贵成.数控机床故障诊断技术.化学工业出版社.20052 潘海丽.数控机床故障分析与维修.西安电子科技大学出版社.20063 王侃夫.数控机床故障诊断及维护.机械工业出版社.20014 王 彪，蓝海根.现代数控机床实用操作技术.国防工业出版社.20055 蒋洪平.数控设备故障诊断与维修.北京理工大学出版社.20046 熊光华，富毅和.数控机床.人民邮电出版.20037 牛志斌.数控车床故障诊断与维护技巧.机械工业出版社.2003
