第4章 数控机床电气系统的维护

第4章数控机床电气系统的维护4.1数控系统的维护

4.2伺服系统的维护

•了解主轴伺服驱动系统、进给伺服驱动系统、常用位置检测元件、常用I/O元件的维护方法、步骤及日常使用注意事项•根据电气元件的维护方法及使用注意事项，掌握常见的电气元件的维护要点知识目标4.1数控系统的维护 4.1.1常见数控系统的介绍 4.1.2数控系统的维护 4.1.1常见数控系统的介绍1．FANUC数控系统介绍日本FANUC公司创建于1956年，是生产数控系统和工业机器人的著名厂家。图4.1FANUC数控系统FANUC数控系统有以下特点。（1）采用模块化结构。这种结构易拆装，各个控制板高度集成，便于维修和更换。（2）采用专用LSI技术，以此提高芯片的集成度、系统的可靠性，减小体积和降低成本。（3）产品应用范围广，每一种CNC装置可配多种控制软件，适用于多种机床。（4）不断采用新工艺、新技术，如采用了SMT（高密度表面安装技术）、多层印制电路板、光导纤维电缆等。（5）CNC装置体积小，采用面板装配式、内装式PMC以及多种形式结构和尺寸规格的控制器，以适应机电一体化的需求。（6）在插补、进给加减速、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能。（7）以用户特定宏程序、MMC等功能来推进CNC装置面向用户开放的功能。（8）支持多种语言显示。（9）备有多种外设。（10）设有MAP（ManufactoryAutomationProtocol，制造自动化协议）接口，使CNC装置通过该接口实现与上一级计算机的通信。（11）根据用户需要，能不断地更新CNC装置的功能，可形成多种版本。SINUMERIK802Sbaseline（ECU）采用步进电动机驱动系统，可带3个驱动轴和一个主轴，驱动采用STEPDRIVEC和STEPDRIVEC+，最高10

000步/R的控制精度，是开环的最低价的系统（经济型数控）。SINUMERIK802Cbaseline是同SINUMERIK-802S有一样的硬件结构，是低价数控系统的选择，驱动是SimoDrive611U（通用型，具有数字和模拟信号10V），可以接1FK6系列同步伺服电动机（也可以接1FK7电动机）。2．SIEMENS数控系统介绍SINUMERIK802D是全数字式的数控系统，HMI（人机接口）、PLC程序和NCK软件集成为一体。图4.2SINUMERIK-802D数控系统组成SINUMERIK810D/840Dpowerline是全数字式的数控系统，PCU20/50/70（50/70带有硬盘），SimoDrive611D（数字型），可配1FT/1FK交流伺服电动机，1PH7主轴电动机，PLC为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（数控核心部件）系统软件，PCU20/50/70，S7-315—2DP集成在MCI板上，SIMATICDPET200M/S/X（分布式I/O）作为I/O连接在PROFIBUS-DP上，最大可到18个轴，包括6个通道和方式组。武汉华中数控系统有限公司成立于1994年，是一家从事数控系统研究、开发和经营的中外合资企业。华中数控系统具有以下几个特点。①以通用工控机为核心的开放式体系结构。②独创的曲面直接插补算法和先进的数控软件技术。③系统配套能力强。3．华中数控系统介绍（1）HNC-21/22数控系统的功能。①可配4个进给轴，具有数字量和模拟量接口，可自由选配各种数字式、模拟式交流伺服单元或步进电动机驱动单元。最大联动轴数为4轴。②内部已提供满足标准车、铣床控制的PLC程序，也可按要求自行编制PLC程序。③除标准机床控制面板外，还配置有40位输入和32位输出开关量接口、手摇脉冲发生器接口、模拟主轴接口。还可扩展RS485远程I/O接口。图4.3所示为华中数控系统的连接组成图。图4.3华中数控系统的连接表4.1 世纪星HNC-21/22数控单元技术规格（2）技术规格。世纪星HNC-21/22数控单元技术规格如表4.1所示。输入电源：AC24V100W+DC24V≥50W方波差分接收光电隔离开关量输入接口（40位）手摇脉冲发生嚣输入接口，TTL电平输入光电隔离开关量输出接口（32位）进给轴脉冲输出接口（4个）差分输出，包括进给脉冲和方向信号输出电流范围0～100mA最高脉冲频率：2MHz输出电压范围DC24V进给轴D/A输出接口（4个）电流：−20mA～+20mA电压：−10V～+10V主轴模拟量输出接口分辨率：12位输出电压：DC

10V或0～+10V进给轴码盘反馈输入接口（4个），RS-422差分输入主轴编码器输出接口HSV-11伺服接口（4个）RS-232接口4.1.2数控系统的维护1．严格遵守操作规程和日常维护制度2．应尽量减少数控柜和强电柜的开门次数3．定时清扫数控柜的散热通风系统清扫的具体方法如下。（1）拧下螺钉，拆下空气过滤器。（2）在轻轻振动过滤器的同时，用压缩空气由里向外吹掉空气过滤器内的灰尘。（3）过滤器太脏时，可用中性清洁剂（清洁剂和水的配方为5∶95）冲洗（但不可揉擦），然后置于阴凉处晾干即可。（1）每天必须对光电阅读机的表面（包括发光体和受光体）、纸带压板以及纸带通道用蘸有酒精的纱布进行擦拭。（2）每周定时擦拭纸带阅读机的主动轮滚轴、压紧滚轴、导向滚轴等运动部件。（3）每半年对导向滚轴、张紧臂滚轴等加注润滑油一次。（4）一旦使用纸带阅读机完毕，就应将装有纸带的阅读机的小门关上，防止尘土落入。4．数控系统输入/输出装置的定期维护5．经常监视数控系统的电网电压6．定期更换存储用电池7．数控系统长期不用时的维护（1）要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此。（2）如果数控机床的进给轴和主轴采用直流电动机驱动，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变化，甚至使整台电动机损坏。8．备用电路板的维护因此对所购的备用板应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防损坏。9．做好维修前的准备工作（1）技术准备。（2）工具准备。（3）备件准备。4.2伺服系统的维护 4.2.1主轴驱动系统的维护 4.2.2进给驱动系统的维护 4.2.3常见位置检测元件的维护 4.2.4常见I/O元件的维护 4.2.1主轴驱动系统的维护1．直流主轴驱动系统使用注意事项和日常维护（1）安装注意事项。①安装驱动器的电柜必须密封。②维修完成后，进行重新安装时，要遵循下列原则。①检查伺服单元和电动机的信号线、动力线等的连接是否正常，是否松动以及绝缘是否良好。②强电柜和电动机是否可靠接地。③电动机电刷的安装是否牢靠，电动机安装螺栓是否完全拧紧。（2）使用前检查如下内容。①检查速度指令与转速是否一致，负载指示是否正常。②是否有异常声音和异常振动。③轴承温度是否急剧上升等不正常现象。④电刷上是否有显著的火花发生痕迹。（3）使用时检查如下内容。①电柜的空气过滤器每月应清扫一次。②电柜及驱动器的冷却风扇应定期检查。③建议操作人员每天都应注意主轴的旋转速度、异常振动、异常声音、通风状态、轴承温度、外表温度和异常臭味。④建议使用单位维护人员，每月应对电刷、换向器进行检查。⑤建议使用单位维护人员，每半年应对测速发电机、轴承、热管冷却部分、绝缘电阻进行检测。（4）对于工作正常的主轴驱动系统，应进行如下日常维护。2．变频器使用注意事项和日常维护图4.5变频器外形结构图日常维护保养的具体内容如下。（1）记录运行数据和故障代码。（2）变频器日常检查。（3）变频器保养。4.2.2进给驱动系统的维护进给驱动系统的性能在一定程度上决定了数控系统的性能，直接影响加工工件的精度。1．直流伺服电动机的维护（1）存放要求。（2）当机床长期不运行时的保养。（3）电动机的日常维护。①每天在机床运行时的维护检查。②定期维护。交流伺服电动机常见的故障有以下3种。（1）接线故障。（2）转子位置检测装置故障。（3）电磁制动故障。2．交流伺服电动机的维护交流伺服电动机故障判断有如下两种方法。（1）用万用表或电桥测量电枢绕组的直流电阻，检查是否断路，并用兆欧表查绝缘是否良好。（2）将电动机与机械装置分离，用手转动电动机转子，正常情况下感觉有阻力，转一个角度后手放开，转子有返回现象；如果用手转动转子时能连续几圈并自由停止，该电动机已损坏；如果用手转不动或转动后无返回，电动机机械部分可能有故障。4.2.3常见位置检测元件的维护1．光栅图4.7光栅的外形结构图

（1）防污。光栅尺由于直接安装于工作台和机床床身上，因此，极易受到冷却液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度。

（2）防振。光栅拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏。编码器的维护主要注意以下两个问题。（1）防振和防污。（2）联接松动。2．光电脉冲编码器图4.8内装编码器（1）安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，且定尺固定螺栓不得超过尺面，调整间隙在0.09～0.15mm为宜。（2）不要损坏定尺表面耐切削液涂层和滑尺表面一层带绝缘层的铝箔，否则会腐蚀厚度较小的电解铜箔。（3）接线时要分清滑尺的sin绕组和cos绕组，其阻值基本相同，这两个绕组必须分别接入励磁电压。3．感应同步器图4.9直线感应同步器安装结构图1—机床不动部件；2—定尺；3—定尺座；4—防护罩；5—滑尺；6—滑尺座；7—机床可动部件（1）接线时，定子上有相等匝数的励磁绕组和补偿绕组，转子上也有相等匝数的sin绕组和cos绕组，但转字和定子的绕组阻值却不同，一般定子阻值稍大，有时补偿绕组自行短接或接入一个阻抗。（2）由于结构上与绕线转子异步电动机相似，因此，碳刷磨损到一定程度后要更换。4．旋转变压器图4.10无刷旋转变压器的结构图1—壳体；2—转子轴；3—转变压器定子；4—转变压器转子；5—变压器定子；6—变压器转子；7—变压器一次绕组；8—变压器二次绕组（1）不能将磁性膜刮坏，防止铁屑和油污落在磁性标尺和磁头上，要用脱脂棉蘸无水酒精轻轻地擦其表面。（2）不能用力拆装和撞击磁性标尺和磁头，否则会使磁性减弱或使磁场紊乱。（3）接线时要分清磁头上激磁绕组和输出绕组，前者绕在磁路截面尺寸较小的横壁上，后者绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上。5．磁栅尺图4.11带状、线状及圆形磁栅尺外形结构图4.2.4常见I/O元件的维护1．控制开关图4.12控制开关1—按钮帽；2—复位弹簧；3—动断触点；4—桥式动触点；5—动合触点（1）直动式行程开关。2．行程开关图4.13直动式行程开关1—推杆；2—动断触点；3—动触点；4—动合触点（2）滚动式行程开关。图4.14滚动式行程开关1—滚轮；2—上专臂；3—盘形弹簧；4—推杆；5—滚轮；6—擒纵；7—弹簧（1）；8—动断触点；9—动合触点；10—动触点；11—压缩弹簧；12—弹簧（2）（3）微动式的行程开关。图4.15微动开关1—动触点；2—推杆；3—弓簧片；4—动合触点；5—动断触点；6—外形盒3．接近开关图4.17电感式接近开关1—检测头；2—螺纹；3—螺母；4—指示灯；5—信号输出及电源电缆；6—运动部件；7—感应块；8—电感式接近开关；9—安装支架；10—轮轴感应盘常用的接近开关有电感式、电容式、磁感式、光电式、霍尔式等。（1）电感式接近开关。

（2）电容式接近开关。（3）磁感应式接近开关。图4.18磁感应式接近开关1—汽缸；2—磁感应式接近开关；3—安装支架；4—活塞；5—磁性环；6—活塞杆（4）光电式接近开关。图4.19光电式接近开关1—发光二极管；2—红外光；3—光敏元件；4—被测物；5—发射器；6—接收器（5）