數控機床電氣維修技術

時間:2010-01-20 15:53 來源:未知

一、數控技術

　　談到維修，首先必須從總體上了解我們的維修對象。

　　1.數控機床電氣控製係統綜述

　　(1)數據輸入裝置將指令信息和各種應用數據輸入數控係統的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(已很少使用)，3.5in軟盤驅動器，CNC鍵盤(一般輸入操作)，數控係統配備的硬盤及驅動裝置(用於大量數據的存儲保護)、磁帶機(較少使用)、PC計算機等等。

　　(2)數控係統數控機床的中樞，它將接到的全部功能指令進行解碼、運算，然後有序地發出各種需要的運動指令和各種機床功能的控製指令，直至運動和功能結束。

　　數控係統都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴格按規定操作，而日常的維護則主要是對硬件使用環境的保護和防止係統軟件的破壞。

　　(3)可編程邏輯控製器是機床各項功能的邏輯控製中心。它將來自CNC的各種運動及功能指令進行邏輯排序，使它們能夠準確地、協調有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態傳送給CNC，使CNC能及時準確地發出進一步的控製指令，如此實現對整個機床的控製。

　　當代PLC多集成於數控係統中，這主要是指控製軟件的集成化，而PLC硬件則在規模較大的係統中往往采取分布式結構。PLC與CNC的集成是采取軟件接口實現的，一般係統都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由係統對所有地址的信息狀態進行實時監控，根據各接口信號的現時狀態加以分析判斷，據此作出進一步的控製命令，完成對運動或功能的控製。

　　不同廠商的PLC有不同的PLC語言和不同的語言表達形式，因此，力求熟悉某一機床PLC程序的前提是先熟悉該機床的PLC語言。

　　(4)主軸驅動係統接受來自CNC的驅動指令，經速度與轉矩(功率)調節輸出驅動信號驅動主電動機轉動，同時接受速度反饋實施速度閉環控製。它還通過PLC將主軸的各種現實工作狀態通告CNC用以完成對主軸的各項功能控製。

　　主軸驅動係統自身有許多參數設定，這些參數直接影響主軸的轉動特性，其中有些不可丟失或改變的，例如指示電動機規格的參數等，有些是可根據運行狀態加以調改的，例如零漂等。通常CNC中也設有主軸相關的機床數據，並且與主軸驅動係統的參數作用相同，因此要注意二者取一，切勿衝突。

　　(5)進給伺服係統接受來自CNC對每個運動坐標軸分別提供的速度指令，經速度與電流(轉矩)調節輸出驅動信號驅動伺服電機轉動，實現機床坐標軸運動，同時接受速度反饋信號實施速度閉環控製。它也通過PLC與CNC通信，通報現時工作狀態並接受CNC的控製。

　　進給伺服係統速度調節器的正確調節是最重要的，應該在位置開環的條件下作最佳化調節，既不過衝又要保持一定的硬特性。它受機床坐標軸機械特性的製約，一旦導軌和機械傳動鏈的狀態發生變化，就需重調速度環調節器。

　　(6)電器硬件電路隨著PLC功能的不斷強大，電器硬件電路主要任務是電源的生成與控製電路、隔離繼電器部分及各類執行電器(繼電器、接觸器)，很少還有繼電器邏輯電路的存在。但是一些進口機床櫃中還有使用自含一定邏輯控製的專用組合型繼電器的情況，一旦這類元件出現故障，除了更換之外，還可以將其去除而由PLC邏輯取而代之，但是這不僅需要對該專用電器的工作原理有清楚的了解，還要對機床的PLC語言與程序深入掌握才行。

　　(7)機床(電器部分)包括所有的電動機、電磁閥、製動器、各種開關等。它們是實現機床各種動作的執行者和機床各種現實狀態的報告員。這裏可能的主要故障多數屬於電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開或斷裂。

　　(8)速度測量通常由集裝於主軸和進給電動機中的測速機來完成。它將電動機實際轉速匹配成電壓值送回伺服驅動係統作為速度反饋信號，與指令速度電壓值相比較，從而實現速度的精確控製。

　　這裏應注意測速反饋電壓的匹配聯接，並且不要拆卸測速機。由此引起的速度失控多是由於測速反饋線接反或者斷線所致。

　　(9)位置測量較早期的機床使用直線或圓形同步感應器或者旋轉變壓器，而現代機床多采用光柵尺和數字脈衝編碼器作為位置測量元件。它們對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量，將測量值反饋到CNC並與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置，從而實現對位置的精確控製。

　　位置環可能出現的故障多為硬件故障，例如位置測量元件受到汙染，導線連接故障等。

　　(10)外部設備一般指PC計算機、打印機等輸出設備，多數不屬於機床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。

　　2.數控機床運動坐標的電氣控製

　　數控機床一個運動坐標的電氣控製由電流(轉矩)控製環、速度控製環和位置控製環串聯組成。

　　(1)電流環是為伺服電機提供轉矩的電路。一般情況下它與電動機的匹配調節已由製造者作好了或者指定了相應的匹配參數，其反饋信號也在伺服係統內聯接完成，因此不需接線與調整。

　　(2)速度環是控製電動機轉速亦即坐標軸運行速度的電路。速度調節器是比例積分(PI)調節器，其P、I調整值完全取決於所驅動坐標軸的負載大小和機械傳動係統(導軌、傳動機構)的傳動剛度與傳動間隙等機械特性，一旦這些特性發生明顯變化時，首先需要對機械傳動係統進行修複工作，然後重新調整速度環PI調節器。

　　速度環的最佳調節是在位置環開環的條件下才能完成的，這對於水平運動的坐標軸和轉動坐標軸較容易進行，而對於垂向運動坐標軸則位置開環時會自動下落而發生危險，可以采取先摘下電動機空載調整，然後再裝好電動機與位置環一起調整或者直接帶位置環一起調整，這時需要有一定的經驗和細心。

　　速度環的反饋環節見前麵“速度測量”一節。

　　(3)位置環是控製各坐標軸按指令位置精確定位的控製環節。位置環將最終影響坐標軸的位置精度及工作精度。這其中有兩方麵的工作：

　　一是位置測量元件的精度與CNC係統脈衝當量的匹配問題。測量元件單位移動距離發出的脈衝數目經過外部倍頻電路和/或CNC內部倍頻係數的倍頻後要與數控係統規定的分辨率相符。例如位置測量元件10脈衝/mm，數控係統分辨率即脈衝當量為0.001mm，則測量元件送出的脈衝必須經過100倍頻方可匹配。

　　二是位置環增益係數Kv值的正確設定與調節。通常Kv值是作為機床數據設置的，數控係統中對各個坐標軸分別指定了Kv值的設置地址和數值單位。在速度環最佳化調節後Kv值的設定則成為反映機床性能好壞、影響最終精度的重要因素。Kv值是機床運動坐標自身性能優劣的直接表現而並非可以任意放大。關於Kv值的設置要注意兩個問題，首先要滿足下列公式：Kv=v/Δ式中v——坐標運行速度，m/minΔ——跟蹤誤差，mm

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