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1、模块四 数控机床电气故障的诊断与维修 一、教学内容课题一 电控系统故障的维修课题二 数控机床的抗干扰 二、教学目的和要求： 熟悉电控系统的电气元件；学会电控系统故障诊断与维修办法。了解数控机床的常见干扰；掌握隔离、屏蔽、接地等抗干扰措施。三、知识点： 各种电控系统电气元件的认识；看懂电气系统原理图。 干扰、屏蔽、接地、接地要求、信号地、屏蔽地、系统地、一点接地。 四、技能点：学会电控系统故障诊断；学会电控系统电气元件的维修与更换。 屏蔽、接地的安装使用；抑制弧光放电的办法。五、内容提要和学习指导（一）数控机床电控系统的组成及常见故障 (1)交流主电路系统。数控机床需要各种电源，以满足不同负载的
2、要求，一般有：380V、220V、200V、24V、5V等。而我国工业标准供电电源是电压380V、频率50Hz的三相交流，这要通过电源配置提供给数控机床。 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、熔断器、电源开关、电源变压器、控制变压器、断路器、各种继电器、接触器、接线端子排等。 数控机床电气柜内部结构如图41所示，上部左边是数控系统，上部中间是主轴变频器。电气系统原理图如图42所示。 (2)机床辅助功能控制系统。数控系统发出辅助功能控制命令，经PI。C对主电路电气元件进行控制；通过操作盘将辅助功能控制命令输给数控系统。这里有各种各样的开关、按钮、继电器、指示灯，如电源开关、行
3、程开关、接近开关、光电开关等，这些元件的额定电流不超过10A。部分电气系统元件如图43所示。 2常见故障 在使用数控机床时，应注意其电气系统的维护保养，维护保养的内容包括：三相电源的电压值是否正常，是否偏相；所有电气连接是否良好；各类开关是否有效；各继电器、接触器是否正常工作；检验热继电器、电弧抑制器等保护器件是否有效；检查电气柜防尘滤网、冷却风扇是否正常。常见故障见表41。（二）典型例题【例42】一台车削中心，工作时CRT显示9160报警“9160 NO PART WITI-I GRIFLPER 1 CL()SEI)VERIFY V145”。这是指未抓起工件报警。但实际上抓工件的机械手已将工
4、件抓起，却显示机械手未抓起工件报警。查阅PI图，此故障是测量感应开关发出的。经检查机械手部位，机械手工作行程不到位，未完全压下感应开关引起的。随后调整机械手的夹紧力，此故障排除。 【例4-3】一台采用西门子SINUMERIK 810的数控机床，有时在自动加工过程中，系统突然掉电，测量其24V直流供电电源，发现只有22V左右，电网电压向下波动时，引起这个电压降低，导致NC系统采取保护措施，自动断电。经确认为整流变压器匝间短路，造成容量不够。更换新的整流变压器后，故障排除。 【例4-4】一台数控磨床，数控系统采用西门子SINUMERIK SYSTEM 3，出现故障报警F31“SPINDI。E CO
5、OI。ANI、CIRCIJIT，指示主轴冷却系统有问题，而检查冷却系统并无问题，查阅PI。C梯形图，这个故障是由流量检测开关B96检测出来的，检查这个开关，发现开关已损坏，更换新的开关，故障消失。 【例4-5】一台数控磨床，E轴在回参考点时，E轴旋转但没有找到参考点，而一直运动，直到压到极限开关，NC系统显示报警“E AXIS AT MAXTRAVEI。”。根据故障现象分析，可能是零点开关有问题，经确认为无触点零点开关损坏，更换新的开关，故障消除。 【例4.6】一台数控机床一次出现故障，负载门关不上，自动加工不能进行，而且无故障显示。这个负载门是由气缸来完成开关的，关闭负载门是PI输出Q2o控
6、制电磁阀Y2o来实现的。用NC系统的PC功能检查PIQ2o的状态，其状态为1，但电磁阀却没有得电。原来PIC输出Q2o通过中间继电器控制电磁阀Y2o，中间继电器损坏引起这个故障，更换新的继电器，故障被排除。 （三）隔离、屏蔽、接地抗干扰措施 1常见干扰 常见干扰有电磁波干扰、供电线路干扰、信号传输干扰等。 (1)电磁波干扰。电火花和中、高频电加热设备的电源都会产生强烈的电磁波，通过空间传播被附近的数控系统所接受，如果能量足够就会干扰数控机床的正常工作。 (2)供电线路干扰。输入电压过压或欠压引起电源报警而停机；电源波形畸变引起错误信息会导致CPU停止运行。 (3)信号传输干扰。数控信号在传递过
7、程中受到外界的干扰；串模干扰干扰电压叠加在有用信号上，由绝缘不良、漏电阻、供电线路等引入；共模干扰干扰电压对两根或以上信号线的干扰大小相等、相位相同。装置的共模抑制比较高，影响不大。当不平衡时，一部分一转为串模。 2抗干扰措施 (1)减少供电线路的干扰。 1)采用隔离变压器。隔离变压器可以将电网和控制系统进行电气隔离，减少电网的杂电干扰。在结构上，隔离变压器与普通变压器不同，它的初次级线圈之间有屏蔽隔离层，屏蔽层用导电材料做成，其绕组不能短路。 2)采用低通滤波器。电网中的干扰多为高次谐波分量或外界的高频射频干扰，采用低通滤波器，可以将其滤除。 低通滤波器又称扼流圈，由电容和电感组成。其本身也
8、要屏蔽、接地，安装时，尽量接在电网刚进人需要滤波的地方。 3)数控机床应远离具有中、高频电源的设备。 4)在电源电压波动较大的地区，应加交流稳压器。 5)数控机床不要和大功率且起、停频繁的设备在同一供电干线上。 6)动力线和信号线应分开走线。 7)信号线应采用屏蔽线或双绞线。 8)控制线和电源线相交时，要采用直角相交。(2)屏蔽。屏蔽是为了保证系统免受干扰而能正常工作。抗干扰性能包括两个方面，即系统抵御外来电磁干扰的能力和系统本身向外放射电磁干扰的能力。实现屏蔽的一般方法是在器件外层包上金属屏蔽层以滤除不必要的电磁波。屏蔽技术包括电磁屏蔽和静电屏蔽。信号线采用屏蔽线(铜质网状)，穿在铁质蛇皮管
9、或铁管中；关键元件或组件采用金属容器屏蔽。(3)应有良好的“接地”。电网的许多干扰都是通过“接地”对机床起作用的。1)“接地”种类。接地是指电流返回电源的低阻抗通道。通常将地球定义为基准电位，电位为零。常见的有信号地、屏蔽地、系统地等。 信号地是指电器正常工作时，绝大多数或者所有信号要使用到的参考地，又称工作地。它包括数字信号地、模拟信号地等。在数字电路中，用“1”和“o”分别表示5V和oV电平信号，噪声电平只有几十毫伏，因而抗干扰能力较强。模拟信号本身较弱，其幅度和噪声信号差不多，为减少噪声信号给系统带来误差，应特别注意模拟地的接法。屏蔽地又叫保护地或机壳地，其接法有两种。一种是为了抑制电磁
10、感应对外界的影响，用高导磁材料做成屏蔽盒，再将其接地。另一种是对信号线抑制外界高频电磁场辐射的影响(如电视、雷达等)所采用的信号屏蔽方法。它是装置的面板、单元的外壳、操作板及各装置间接口的屏蔽线。屏蔽地一般与机壳相连。对信号屏蔽线屏蔽层的接地要求是不能中断。数控机床上的位置检测反馈信号、指令控制信号都是一根完整的信号屏蔽电缆。如有特殊情况需要中断时，应保证两个屏蔽层连接完好。系统地是指用导体将电控系统与大地相连接的部分。2)“接地”要求。接地装置由接地体和接地线组成，数控机床电控系统接地装置应满足下列要求。接地线要粗，接地电阻应小于4Q。为避免造成电磁耦合噪声，应避免形成接地环路。接地装置应牢
11、固，有足够的机械强度。接地装置应经过防腐处理，能长期耐腐蚀。不能使用电力系统的中线和避雷地线作为数控机床电控系统接地装置。常见的接地装置是一组成辐射状深埋的铜板、铜管或铁棒。3)“接地”接法。信号地和屏蔽地的接法应符合下列要求。不能把电力系统中线作为地线。一点接地。数控机床的控制为低频电路，应按一点接地的原则进行接地。否则，接地电路会形成环路，产生较大干扰。一点接地是指将电气装置需要接地的端子连接到一个主接地点，再由主接地点接地，如图44所示。如果机床电柜强、弱电分设，则还可以设一个次接地点。但主、次接地点之间要用截面足够的电线连接，以确保所有的接地端子保持相同的电位，如图45所示。信号地、屏
12、蔽地与大地的地连接应符合要求。大多数情况下，信号地与屏蔽地直接相连，接到大地地上去。接地线应粗，连接要可靠，确保接地系统电阻小于4Q。若将信号地与大地分开，则称悬浮地，它要求绝缘电阻应大于50MQ。(4)电控系统内部干扰的抑制。电控系统中使用的感性负载(如电动机、继电器、接触器等)在接通和断开的瞬间会产生感应高电压，从而产生弧光放电等，对电路产生严重干扰。对于这种干扰，可给感性负载提供一个放电回路加以抑制，具体的放电回路由电路性质而定。 在直流电路中，可给感性负载反并联一个二极管进行放电，如图46(a)所示，电路正常工作时，二极管不导通，当触头断开时，感性负载产生的感应电压加到二极管上去，感性负载与二极管构成回路，将能量释放掉。
