第4章 數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的維護(hù)

第4章數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的維護(hù)4.1數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)

4.2伺服系統(tǒng)的維護(hù)

?了解主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、常用位置檢測元件、常用I/O元件的維護(hù)方法、步驟及日常使用注意事項(xiàng)?根據(jù)電氣元件的維護(hù)方法及使用注意事項(xiàng)，掌握常見的電氣元件的維護(hù)要點(diǎn)知識目標(biāo)4.1數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù) 4.1.1常見數(shù)控系統(tǒng)的介紹 4.1.2數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù) 4.1.1常見數(shù)控系統(tǒng)的介紹1．FANUC數(shù)控系統(tǒng)介紹日本FANUC公司創(chuàng)建于1956年，是生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和工業(yè)機(jī)器人的著名廠家。圖4.1FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)有以下特點(diǎn)。（1）采用模塊化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易拆裝，各個(gè)控制板高度集成，便于維修和更換。（2）采用專用LSI技術(shù)，以此提高芯片的集成度、系統(tǒng)的可靠性，減小體積和降低成本。（3）產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣，每一種CNC裝置可配多種控制軟件，適用于多種機(jī)床。（4）不斷采用新工藝、新技術(shù)，如采用了SMT（高密度表面安裝技術(shù)）、多層印制電路板、光導(dǎo)纖維電纜等。（5）CNC裝置體積小，采用面板裝配式、內(nèi)裝式PMC以及多種形式結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)格的控制器，以適應(yīng)機(jī)電一體化的需求。（6）在插補(bǔ)、進(jìn)給加減速、補(bǔ)償、自動(dòng)編程、圖形顯示、通信、控制和診斷方面不斷增加新的功能。（7）以用戶特定宏程序、MMC等功能來推進(jìn)CNC裝置面向用戶開放的功能。（8）支持多種語言顯示。（9）備有多種外設(shè)。（10）設(shè)有MAP（ManufactoryAutomationProtocol，制造自動(dòng)化協(xié)議）接口，使CNC裝置通過該接口實(shí)現(xiàn)與上一級計(jì)算機(jī)的通信。（11）根據(jù)用戶需要，能不斷地更新CNC裝置的功能，可形成多種版本。SINUMERIK802Sbaseline（ECU）采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可帶3個(gè)驅(qū)動(dòng)軸和一個(gè)主軸，驅(qū)動(dòng)采用STEPDRIVEC和STEPDRIVEC+，最高10

000步/R的控制精度，是開環(huán)的最低價(jià)的系統(tǒng)（經(jīng)濟(jì)型數(shù)控）。SINUMERIK802Cbaseline是同SINUMERIK-802S有一樣的硬件結(jié)構(gòu)，是低價(jià)數(shù)控系統(tǒng)的選擇，驅(qū)動(dòng)是SimoDrive611U（通用型，具有數(shù)字和模擬信號10V），可以接1FK6系列同步伺服電動(dòng)機(jī)（也可以接1FK7電動(dòng)機(jī)）。2．SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)介紹SINUMERIK802D是全數(shù)字式的數(shù)控系統(tǒng)，HMI（人機(jī)接口）、PLC程序和NCK軟件集成為一體。圖4.2SINUMERIK-802D數(shù)控系統(tǒng)組成SINUMERIK810D/840Dpowerline是全數(shù)字式的數(shù)控系統(tǒng)，PCU20/50/70（50/70帶有硬盤），SimoDrive611D（數(shù)字型），可配1FT/1FK交流伺服電動(dòng)機(jī)，1PH7主軸電動(dòng)機(jī)，PLC為S7-300，其中840D中的S7-315-2DP集成在NCU561.2/571.3/572.3/573.3上，S7-314C-2DP集成在NCU562.4/573.4上。SINUMERIK814Di采用NCK（數(shù)控核心部件）系統(tǒng)軟件，PCU20/50/70，S7-315—2DP集成在MCI板上，SIMATICDPET200M/S/X（分布式I/O）作為I/O連接在PROFIBUS-DP上，最大可到18個(gè)軸，包括6個(gè)通道和方式組。武漢華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司成立于1994年，是一家從事數(shù)控系統(tǒng)研究、開發(fā)和經(jīng)營的中外合資企業(yè)。華中數(shù)控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。①以通用工控機(jī)為核心的開放式體系結(jié)構(gòu)。②獨(dú)創(chuàng)的曲面直接插補(bǔ)算法和先進(jìn)的數(shù)控軟件技術(shù)。③系統(tǒng)配套能力強(qiáng)。3．華中數(shù)控系統(tǒng)介紹（1）HNC-21/22數(shù)控系統(tǒng)的功能。①可配4個(gè)進(jìn)給軸，具有數(shù)字量和模擬量接口，可自由選配各種數(shù)字式、模擬式交流伺服單元或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為4軸。②內(nèi)部已提供滿足標(biāo)準(zhǔn)車、銑床控制的PLC程序，也可按要求自行編制PLC程序。③除標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床控制面板外，還配置有40位輸入和32位輸出開關(guān)量接口、手搖脈沖發(fā)生器接口、模擬主軸接口。還可擴(kuò)展RS485遠(yuǎn)程I/O接口。圖4.3所示為華中數(shù)控系統(tǒng)的連接組成圖。圖4.3華中數(shù)控系統(tǒng)的連接表4.1 世紀(jì)星HNC-21/22數(shù)控單元技術(shù)規(guī)格（2）技術(shù)規(guī)格。世紀(jì)星HNC-21/22數(shù)控單元技術(shù)規(guī)格如表4.1所示。輸入電源：AC24V100W+DC24V≥50W方波差分接收光電隔離開關(guān)量輸入接口（40位）手搖脈沖發(fā)生囂輸入接口，TTL電平輸入光電隔離開關(guān)量輸出接口（32位）進(jìn)給軸脈沖輸出接口（4個(gè)）差分輸出，包括進(jìn)給脈沖和方向信號輸出電流范圍0～100mA最高脈沖頻率：2MHz輸出電壓范圍DC24V進(jìn)給軸D/A輸出接口（4個(gè)）電流：?20mA～+20mA電壓：?10V～+10V主軸模擬量輸出接口分辨率：12位輸出電壓：DC

10V或0～+10V進(jìn)給軸碼盤反饋輸入接口（4個(gè)），RS-422差分輸入主軸編碼器輸出接口HSV-11伺服接口（4個(gè)）RS-232接口4.1.2數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)1．嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和日常維護(hù)制度2．應(yīng)盡量減少數(shù)控柜和強(qiáng)電柜的開門次數(shù)3．定時(shí)清掃數(shù)控柜的散熱通風(fēng)系統(tǒng)清掃的具體方法如下。（1）擰下螺釘，拆下空氣過濾器。（2）在輕輕振動(dòng)過濾器的同時(shí)，用壓縮空氣由里向外吹掉空氣過濾器內(nèi)的灰塵。（3）過濾器太臟時(shí)，可用中性清潔劑（清潔劑和水的配方為5∶95）沖洗（但不可揉擦），然后置于陰涼處晾干即可。（1）每天必須對光電閱讀機(jī)的表面（包括發(fā)光體和受光體）、紙帶壓板以及紙帶通道用蘸有酒精的紗布進(jìn)行擦拭。（2）每周定時(shí)擦拭紙帶閱讀機(jī)的主動(dòng)輪滾軸、壓緊滾軸、導(dǎo)向滾軸等運(yùn)動(dòng)部件。（3）每半年對導(dǎo)向滾軸、張緊臂滾軸等加注潤滑油一次。（4）一旦使用紙帶閱讀機(jī)完畢，就應(yīng)將裝有紙帶的閱讀機(jī)的小門關(guān)上，防止塵土落入。4．?dāng)?shù)控系統(tǒng)輸入/輸出裝置的定期維護(hù)5．經(jīng)常監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓6．定期更換存儲(chǔ)用電池7．?dāng)?shù)控系統(tǒng)長期不用時(shí)的維護(hù)（1）要經(jīng)常給數(shù)控系統(tǒng)通電，特別是在環(huán)境濕度較大的梅雨季節(jié)更應(yīng)如此。（2）如果數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸和主軸采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，應(yīng)將電刷從直流電動(dòng)機(jī)中取出，以免由于化學(xué)腐蝕作用，使換向器表面腐蝕，造成換向性能變化，甚至使整臺電動(dòng)機(jī)損壞。8．備用電路板的維護(hù)因此對所購的備用板應(yīng)定期裝到數(shù)控系統(tǒng)中通電運(yùn)行一段時(shí)間，以防損壞。9．做好維修前的準(zhǔn)備工作（1）技術(shù)準(zhǔn)備。（2）工具準(zhǔn)備。（3）備件準(zhǔn)備。4.2伺服系統(tǒng)的維護(hù) 4.2.1主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù) 4.2.2進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù) 4.2.3常見位置檢測元件的維護(hù) 4.2.4常見I/O元件的維護(hù) 4.2.1主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)1．直流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)和日常維護(hù)（1）安裝注意事項(xiàng)。①安裝驅(qū)動(dòng)器的電柜必須密封。②維修完成后，進(jìn)行重新安裝時(shí)，要遵循下列原則。①檢查伺服單元和電動(dòng)機(jī)的信號線、動(dòng)力線等的連接是否正常，是否松動(dòng)以及絕緣是否良好。②強(qiáng)電柜和電動(dòng)機(jī)是否可靠接地。③電動(dòng)機(jī)電刷的安裝是否牢靠，電動(dòng)機(jī)安裝螺栓是否完全擰緊。（2）使用前檢查如下內(nèi)容。①檢查速度指令與轉(zhuǎn)速是否一致，負(fù)載指示是否正常。②是否有異常聲音和異常振動(dòng)。③軸承溫度是否急劇上升等不正?，F(xiàn)象。④電刷上是否有顯著的火花發(fā)生痕跡。（3）使用時(shí)檢查如下內(nèi)容。①電柜的空氣過濾器每月應(yīng)清掃一次。②電柜及驅(qū)動(dòng)器的冷卻風(fēng)扇應(yīng)定期檢查。③建議操作人員每天都應(yīng)注意主軸的旋轉(zhuǎn)速度、異常振動(dòng)、異常聲音、通風(fēng)狀態(tài)、軸承溫度、外表溫度和異常臭味。④建議使用單位維護(hù)人員，每月應(yīng)對電刷、換向器進(jìn)行檢查。⑤建議使用單位維護(hù)人員，每半年應(yīng)對測速發(fā)電機(jī)、軸承、熱管冷卻部分、絕緣電阻進(jìn)行檢測。（4）對于工作正常的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行如下日常維護(hù)。2．變頻器使用注意事項(xiàng)和日常維護(hù)圖4.5變頻器外形結(jié)構(gòu)圖日常維護(hù)保養(yǎng)的具體內(nèi)容如下。（1）記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障代碼。（2）變頻器日常檢查。（3）變頻器保養(yǎng)。4.2.2進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，直接影響加工工件的精度。1．直流伺服電動(dòng)機(jī)的維護(hù)（1）存放要求。（2）當(dāng)機(jī)床長期不運(yùn)行時(shí)的保養(yǎng)。（3）電動(dòng)機(jī)的日常維護(hù)。①每天在機(jī)床運(yùn)行時(shí)的維護(hù)檢查。②定期維護(hù)。交流伺服電動(dòng)機(jī)常見的故障有以下3種。（1）接線故障。（2）轉(zhuǎn)子位置檢測裝置故障。（3）電磁制動(dòng)故障。2．交流伺服電動(dòng)機(jī)的維護(hù)交流伺服電動(dòng)機(jī)故障判斷有如下兩種方法。（1）用萬用表或電橋測量電樞繞組的直流電阻，檢查是否斷路，并用兆歐表查絕緣是否良好。（2）將電動(dòng)機(jī)與機(jī)械裝置分離，用手轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，正常情況下感覺有阻力，轉(zhuǎn)一個(gè)角度后手放開，轉(zhuǎn)子有返回現(xiàn)象；如果用手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí)能連續(xù)幾圈并自由停止，該電動(dòng)機(jī)已損壞；如果用手轉(zhuǎn)不動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)后無返回，電動(dòng)機(jī)機(jī)械部分可能有故障。4.2.3常見位置檢測元件的維護(hù)1．光柵圖4.7光柵的外形結(jié)構(gòu)圖

（1）防污。光柵尺由于直接安裝于工作臺和機(jī)床床身上，因此，極易受到冷卻液的污染，從而造成信號丟失，影響位置控制精度。

（2）防振。光柵拆裝時(shí)要用靜力，不能用硬物敲擊，以免引起光學(xué)元件的損壞。編碼器的維護(hù)主要注意以下兩個(gè)問題。（1）防振和防污。（2）聯(lián)接松動(dòng)。2．光電脈沖編碼器圖4.8內(nèi)裝編碼器（1）安裝時(shí)，必須保持定尺和滑尺相對平行，且定尺固定螺栓不得超過尺面，調(diào)整間隙在0.09～0.15mm為宜。（2）不要損壞定尺表面耐切削液涂層和滑尺表面一層帶絕緣層的鋁箔，否則會(huì)腐蝕厚度較小的電解銅箔。（3）接線時(shí)要分清滑尺的sin繞組和cos繞組，其阻值基本相同，這兩個(gè)繞組必須分別接入勵(lì)磁電壓。3．感應(yīng)同步器圖4.9直線感應(yīng)同步器安裝結(jié)構(gòu)圖1—機(jī)床不動(dòng)部件；2—定尺；3—定尺座；4—防護(hù)罩；5—滑尺；6—滑尺座；7—機(jī)床可動(dòng)部件（1）接線時(shí)，定子上有相等匝數(shù)的勵(lì)磁繞組和補(bǔ)償繞組，轉(zhuǎn)子上也有相等匝數(shù)的sin繞組和cos繞組，但轉(zhuǎn)字和定子的繞組阻值卻不同，一般定子阻值稍大，有時(shí)補(bǔ)償繞組自行短接或接入一個(gè)阻抗。（2）由于結(jié)構(gòu)上與繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)相似，因此，碳刷磨損到一定程度后要更換。4．旋轉(zhuǎn)變壓器圖4.10無刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)圖1—?dú)んw；2—轉(zhuǎn)子軸；3—轉(zhuǎn)變壓器定子；4—轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子；5—變壓器定子；6—變壓器轉(zhuǎn)子；7—變壓器一次繞組；8—變壓器二次繞組（1）不能將磁性膜刮壞，防止鐵屑和油污落在磁性標(biāo)尺和磁頭上，要用脫脂棉蘸無水酒精輕輕地擦其表面。（2）不能用力拆裝和撞擊磁性標(biāo)尺和磁頭，否則會(huì)使磁性減弱或使磁場紊亂。（3）接線時(shí)要分清磁頭上激磁繞組和輸出繞組，前者繞在磁路截面尺寸較小的橫壁上，后者繞在磁路截面尺寸較大的豎桿上。5．磁柵尺圖4.11帶狀、線狀及圓形磁柵尺外形結(jié)構(gòu)圖4.2.4常見I/O元件的維護(hù)1．控制開關(guān)圖4.12控制開關(guān)1—按鈕帽；2—復(fù)位彈簧；3—?jiǎng)訑嘤|點(diǎn)；4—橋式動(dòng)觸點(diǎn)；5—?jiǎng)雍嫌|點(diǎn)（1）直動(dòng)式行程開關(guān)。2．行程開關(guān)圖4.13直動(dòng)式行程開關(guān)1—推桿；2—?jiǎng)訑嘤|點(diǎn)；3—?jiǎng)佑|點(diǎn)；4—?jiǎng)雍嫌|點(diǎn)（2）滾動(dòng)式行程開關(guān)。圖4.14滾動(dòng)式行程開關(guān)1—滾輪；2—上專臂；3—盤形彈簧；4—推桿；5—滾輪；6—擒縱；7—彈簧（1）；8—?jiǎng)訑嘤|點(diǎn)；9—?jiǎng)雍嫌|點(diǎn)；10—?jiǎng)佑|點(diǎn)；11—壓縮彈簧；12—彈簧（2）（3）微動(dòng)式的行程開關(guān)。圖4.15微動(dòng)開關(guān)1—?jiǎng)佑|點(diǎn)；2—推桿；3—弓簧片；4—?jiǎng)雍嫌|點(diǎn)；5—?jiǎng)訑嘤|點(diǎn)；6—外形盒3．接近開關(guān)圖4.17電感式接近開關(guān)1—檢測頭；2—螺紋；3—螺母；4—指示燈；5—信號輸出及電源電纜；6—運(yùn)動(dòng)部件；7—感應(yīng)塊；8—電感式接近開關(guān)；9—安裝支架；10—輪軸感應(yīng)盤常用的接近開關(guān)有電感式、電容式、磁感式、光電式、霍爾式等。（1）電感式接近開關(guān)。

（2）電容式接近開關(guān)。（3）磁感應(yīng)式接近開關(guān)。圖4.18磁感應(yīng)式接近開關(guān)1—汽缸；2—磁感應(yīng)式接近開關(guān)；3—安裝支架；4—活塞；5—磁性環(huán)；6—活塞桿（4）光電式接近開關(guān)。圖4.19光電式接近開關(guān)1—發(fā)光二極管；2—紅外光；3—光敏元件；4—被測物；5—發(fā)射器；6—接收器（5）