我國(guó)從事數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)、應(yīng)用與維修技術(shù)工作的工程技術(shù)人員數(shù)以萬(wàn)計(jì)，然而由于此項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環(huán)境因素的制約，在數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)方面還沒(méi)有形成一套成熟的、完整的理論體系。當(dāng)今控制理論與自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，使得數(shù)控技術(shù)也在同步飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上的PC基、開(kāi)放化和性能上的多樣化、復(fù)雜化、高智能化不僅給其應(yīng)用從觀念到實(shí)踐帶來(lái)了巨大變化，也在其維修理論、技術(shù)和手段上帶來(lái)了很大的變化。因此，一篇講座形式的文章不可能把已經(jīng)形成了一門(mén)專(zhuān)門(mén)學(xué)科的數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)理論完整地表述出來(lái)，本文僅是將多年的實(shí)踐探索及業(yè)內(nèi)眾同仁的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)加以適當(dāng)?shù)臍w納整理，以求對(duì)該學(xué)科理論的發(fā)展及工程技術(shù)人員的實(shí)踐有所裨益。
　　
一、數(shù)控技術(shù)
　　談到維修，首先必須從總體上了解我們的維修對(duì)象。
　　1.數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)綜述
　　一臺(tái)典型的數(shù)控機(jī)床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示。

　　(1)數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應(yīng)用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(jī)(已很少使用)，3.5in軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，CNC鍵盤(pán)(一般輸入操作)，數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤(pán)及驅(qū)動(dòng)裝置(用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)保護(hù))、磁帶機(jī)(較少使用)、PC計(jì)算機(jī)等等。
　　(2)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的中樞，它將接到的全部功能指令進(jìn)行解碼、運(yùn)算，然后有序地發(fā)出各種需要的運(yùn)動(dòng)指令和各種機(jī)床功能的控制指令，直至運(yùn)動(dòng)和功能結(jié)束。
　　數(shù)控系統(tǒng)都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴(yán)格按規(guī)定操作，而日常的維護(hù)則主要是對(duì)硬件使用環(huán)境的保護(hù)和防止系統(tǒng)軟件的破壞。
　　(3)可編程邏輯控制器是機(jī)床各項(xiàng)功能的邏輯控制中心。它將來(lái)自CNC的各種運(yùn)動(dòng)及功能指令進(jìn)行邏輯排序，使它們能夠準(zhǔn)確地、協(xié)調(diào)有序地安全運(yùn)行；同時(shí)將來(lái)自機(jī)床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給CNC，使CNC能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出進(jìn)一步的控制指令，如此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)床的控制。
　　當(dāng)代PLC多集成于數(shù)控系統(tǒng)中，這主要是指控制軟件的集成化，而PLC硬件則在規(guī)模較大的系統(tǒng)中往往采取分布式結(jié)構(gòu)。PLC與CNC的集成是采取軟件接口實(shí)現(xiàn)的，一般系統(tǒng)都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統(tǒng)對(duì)所有地址的信息狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)各接口信號(hào)的現(xiàn)時(shí)狀態(tài)加以分析判斷，據(jù)此作出進(jìn)一步的控制命令，完成對(duì)運(yùn)動(dòng)或功能的控制。
　　不同廠商的PLC有不同的PLC語(yǔ)言和不同的語(yǔ)言表達(dá)形式，因此，力求熟悉某一機(jī)床PLC程序的前提是先熟悉該機(jī)床的PLC語(yǔ)言。
　　(4)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接受來(lái)自CNC的驅(qū)動(dòng)指令，經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩(功率)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反饋實(shí)施速度閉環(huán)控制。它還通過(guò)PLC將主軸的各種現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)通告CNC用以完成對(duì)主軸的各項(xiàng)功能控制。
　　主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自身有許多參數(shù)設(shè)定，這些參數(shù)直接影響主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)特性，其中有些不可丟失或改變的，例如指示電動(dòng)機(jī)規(guī)格的參數(shù)等，有些是可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)加以調(diào)改的，例
如零漂等。通常CNC中也設(shè)有主軸相關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)，并且與主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)作用相同，因此要注意二者取一，切勿沖突。
　　(5)進(jìn)給伺服系統(tǒng)接受來(lái)自CNC對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸分別提供的速度指令，經(jīng)速度與電流(轉(zhuǎn)矩)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反饋信號(hào)實(shí)施速度閉環(huán)控制。它也通過(guò)PLC與CNC通信，通報(bào)現(xiàn)時(shí)工作狀態(tài)并接受CNC的控制。
　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的正確調(diào)節(jié)是最重要的，應(yīng)該在位置開(kāi)環(huán)的條件下作最佳化調(diào)節(jié)，既不過(guò)沖又要保持一定的硬特性。它受機(jī)床坐標(biāo)軸機(jī)械特性的制約，一旦導(dǎo)軌和機(jī)械傳動(dòng)鏈
的狀態(tài)發(fā)生變化，就需重調(diào)速度環(huán)調(diào)節(jié)器。
　　(6)電器硬件電路隨著PLC功能的不斷強(qiáng)大，電器硬件電路主要任務(wù)是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類(lèi)執(zhí)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(jìn)口機(jī)床柜中還有使用自含一定邏輯控制的專(zhuān)用組合型繼電器的情況，一旦這類(lèi)元件出現(xiàn)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(duì)該專(zhuān)用電器的工作原理有清楚的了解，還要對(duì)機(jī)床的PLC語(yǔ)言與程序深入掌握才行。
　　(7)機(jī)床(電器部分)包括所有的電動(dòng)機(jī)、電磁閥、制動(dòng)器、各種開(kāi)關(guān)等。它們是實(shí)現(xiàn)機(jī)床
各種動(dòng)作的執(zhí)行者和機(jī)床各種現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的報(bào)告員。
這里可能的主要故障多數(shù)屬于電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開(kāi)或斷裂。
　　(8)速度測(cè)量通常由集裝于主軸和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)中的測(cè)速機(jī)來(lái)完成。它將電動(dòng)機(jī)
三、維修與排故技術(shù)

　　1.常見(jiàn)電氣故障分類(lèi)

　　數(shù)控機(jī)床的電氣故障可按故障的性質(zhì)、表象、原因或后果等分類(lèi)。

　　(1)以故障發(fā)生的部位，分為硬件故障和軟件故障。硬件故障是指電子、電器件、印制電路板、電線電纜、接插件等的不正常狀態(tài)甚至損壞，這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟件故障一般是指PLC邏輯控制程序中產(chǎn)生的故障，需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也屬于軟件故障。最嚴(yán)重的軟件故障則是數(shù)控系統(tǒng)軟件的缺損甚至丟失，這就只有與生產(chǎn)廠商或其服務(wù)機(jī)構(gòu)聯(lián)系解決了。

　　(2)以故障出現(xiàn)時(shí)有無(wú)指示，分為有診斷指示故障和無(wú)診斷指示故障。當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)都設(shè)計(jì)有完美的自診斷程序，時(shí)實(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件性能，一旦發(fā)現(xiàn)故障則會(huì)立即報(bào)警或者還有簡(jiǎn)要文字說(shuō)明在屏幕上顯示出來(lái)，結(jié)合系統(tǒng)配備的診斷手冊(cè)不僅可以找到故障發(fā)生的原因、部位，而且還有排除的方法提示。機(jī)床制造者也會(huì)針對(duì)具體機(jī)床設(shè)計(jì)有相關(guān)的故障指示及診斷說(shuō)明書(shū)。上述這兩部分有診斷指示的故障加上各電氣裝置上的各類(lèi)指示燈使得絕大多數(shù)電氣故障的排除較為容易。無(wú)診斷指示的故障一部分是上述兩種診斷程序的不完整性所致(如開(kāi)關(guān)不閉合、接插松動(dòng)等)。這類(lèi)故障則要依靠對(duì)產(chǎn)生故障前的工作過(guò)程和故障現(xiàn)象及后果，并依靠維修人員對(duì)機(jī)床的熟悉程度和技術(shù)水平加以分析、排除。

　　(3)以故障出現(xiàn)時(shí)有無(wú)破壞性，分為破壞性故障和非破壞性故障。對(duì)于破壞性故障，損壞工 件甚至機(jī)床的故障，維修時(shí)不允許重演，這時(shí)只能根據(jù)產(chǎn)生故障時(shí)的現(xiàn)象進(jìn)行相應(yīng)的檢查、分析來(lái)排除之，技術(shù)難度較高且有一定風(fēng)險(xiǎn)。如果可能會(huì)損壞工件，則可卸下工件，試著重現(xiàn)故障過(guò)程，但應(yīng)十分小心。
　　(4)以故障出現(xiàn)的或然性，分為系統(tǒng)性故障和隨機(jī)性故障。系統(tǒng)性故障是指只要滿足一定的 條件則一定會(huì)產(chǎn)生的確定的故障；而隨機(jī)性故障是指在相同的條件下偶爾發(fā)生的故障，這類(lèi)故障的分析較為困難，通常多與機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的局部松動(dòng)錯(cuò)位、部分電氣工件特性漂移或可靠性降低、電氣裝置內(nèi)部溫度過(guò)高有關(guān)。此類(lèi)故障的分析需經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、綜合判斷才可能排除。

　　(5)以機(jī)床的運(yùn)動(dòng)品質(zhì)特性來(lái)衡量，則是機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性下降的故障。在這種情況下，機(jī)床雖 能正常運(yùn)轉(zhuǎn)卻加工不出合格的工件。例如機(jī)床定位精度超差、反向死區(qū)過(guò)大、坐標(biāo)運(yùn)行不平穩(wěn)等。這類(lèi)故障必須使用檢測(cè)儀器確診產(chǎn)生誤差的機(jī)、電環(huán)節(jié)，然后通過(guò)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的最佳化調(diào)整來(lái)排除。

　　此處故障的分類(lèi)是為了便于故障的分析排除，而一種故障的產(chǎn)生往往是多種類(lèi)型的混合，這 就要求維修人員具體分析，參照上述分類(lèi)采取相應(yīng)的分析、排除法。

2.故障的調(diào)查與分析

　　這是排故的第一階段，是非常關(guān)鍵的階段，主要應(yīng)作好下列工作：

　?、僭?xún)問(wèn)調(diào)查　在接到機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障要求排除的信息時(shí)，首先應(yīng)要求操作者盡量保持現(xiàn)場(chǎng) 故障狀態(tài)，不做任何處理，這樣有利于迅速精確地分析故障原因。同時(shí)仔細(xì)詢(xún)問(wèn)故障指示情況、故障表象及故障產(chǎn)生的背景情況，依此做出初步判斷，以便確定現(xiàn)場(chǎng)排故所應(yīng)攜帶的工具、儀表、圖紙資料、備件等，減少往返時(shí)間。

　?、诂F(xiàn)場(chǎng)檢查　到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，首先要驗(yàn)證操作者提供的各種情況的準(zhǔn)確性、完整性，從而核實(shí) 初步判斷的準(zhǔn)確度。由于操作者的水平，對(duì)故障狀況描述不清甚至完全不準(zhǔn)確的情況不乏其例，因此到現(xiàn)場(chǎng)后仍然不要急于動(dòng)手處理，重新仔細(xì)調(diào)查各種情況，以免破壞了現(xiàn)場(chǎng)，使排故增加難度。

　?、酃收戏治觥「鶕?jù)已知的故障狀況按上節(jié)所述故障分類(lèi)辦法分析故障類(lèi)型，從而確定排故原 則。由于大多數(shù)故障是有指示的，所以一般情況下，對(duì)照機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)診斷手冊(cè)和使 用說(shuō)明書(shū)，可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。

　?、艽_定原因　對(duì)多種可能的原因進(jìn)行排查從中找出本次故障的真正原因，這時(shí)對(duì)維修人員是 一種對(duì)該機(jī)床熟悉程度、知識(shí)水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和分析判斷能力的綜合考驗(yàn)。

　?、菖殴蕼?zhǔn)備　有的故障的排除方法可能很簡(jiǎn)單，有些故障則往往較復(fù)雜，需要做一系列的準(zhǔn) 備工作，例如工具儀表的準(zhǔn)備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購(gòu)甚至排故計(jì)劃步驟的制定等等。

　　數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障的調(diào)查、分析與診斷的過(guò)程也就是故障的排除過(guò)程，一旦查明了原因 ，故障也就幾乎等于排除了。因此故障分析診斷的方法也就變得十分重要了。下面把電氣故障的常用診斷方法綜列于下。

　　(1)直觀檢查法 這是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的檢查。

　?、僭?xún)問(wèn) 向故障現(xiàn)場(chǎng)人員仔細(xì)詢(xún)問(wèn)故障產(chǎn)生的過(guò)程、故障表象及故障后果，并且在整個(gè)分析 判斷過(guò)程中可能要多次詢(xún)問(wèn)。