數控檢測反潰裝置報告

❶ 數控機床運行原理與數控機床維修探討

數控機床運行原理與數控機床維修探討

數控機床是機電一體化的典型產品，是集機床、計算機、電動機及拖動、動控制、檢測等技術為一體的自動化設備。下面隨我來認識下數控機床運行原理與數控機床維修知識吧。

1.1 控制介質

數控機床工作時，不用人去直接操作機床，但又要執行人的意圖，這就必須在任何數控機床之間建立某種聯系，這種聯系的中間媒介物稱之為控制介質。在普通機床上加工零件時，由工人按圖樣和工藝要求進行加工。在數控機床加工時，控制介質是存儲數控加工所需要的全部動作和刀具相對於工件位置等信息的信息載體，它記載著零件的加工工序。數控機床中，常用的控制介質有穿孔紙帶、穿孔卡片、磁帶和磁碟或其他可存儲代碼的載體，至於採用哪一種，則取決於數控裝置的類型。早期時，使用的是8單位(8孔)穿孔紙帶，並規定了標准信息代碼ISO(國際標准化組織制定)和EIA(美國電子工業協會制定)兩種代碼。

1.2 數控裝置

數控裝置是數控機床的核心。其功能是接受輸入裝置輸入的數控程序中的加工信息，經過數控裝置的系統軟體或邏輯電路進行解碼、運算和邏輯處理後，發出相應的脈沖送給伺服系統，使伺服系統帶動機床的各個運動部件按數控程序預定要求動作。一般由輸入輸出裝置、控制器、運算器、各種介面電路、CRT顯示器等硬體以及相應的軟體組成。數控裝置作為數控機床“指揮系統”，能完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現各種控制功能。

1.3 伺服系統

機床上的執行部件和機械傳動部件組成數控機床的進給系統，它根據數控裝置發來的速度和位移指令控制執行部件的進給速度、方向和位移量。每個進給運動的執行部件都配有一套伺服系統。伺服系統的.作用是把來自數控裝置的脈沖信號轉換為機床移動部件的運動，它相當於手工操作人員的手，使工作台(或溜板)精確定位或按規定的軌跡作嚴格的相對運動，最後加工出符合圖樣要求的零件。

1.4 反饋裝置

反饋裝置是閉環(半閉環)數控機床的檢測環節，該裝置可以包括在伺服系統中，它由檢測元件和相應的電路組成，其作用是檢測數控機床坐標軸的實際移動速度和位移，並將信息反饋到數控裝置或伺服驅動中，構成閉環控制系統。檢測裝置的安裝、檢測信號反饋的位置，決定於數控系統的結構形式。無測量反饋裝置的系統稱為開環系統。由於先進的伺服系統都採用了數字式伺服驅動技術(稱為數字伺服)，伺服驅動和數控裝置間一般都採用匯流排進行連接。反饋信號在大多數場合都是與伺服驅動進行連接，並通過匯流排傳送到數控裝置，只有在少數場合或採用模擬量控制的伺服驅動(稱為模擬伺服)時，反饋裝置才需要直接和數控裝置進行連接。伺服電動機內裝式脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、測速機、光柵和磁尺等都是NC機床常用的檢測器件。

2.1 數控機床主軸伺服系統故障檢查及維修

在維修主迴路採用錯位選觸無環流可逆調速驅動系統的數控車床中所遇到的部分故障及處理方法。

(1)故障現象：1.8m卧車在點動時，花盤來回擺動。

檢查：測量驅動控制系統中的±20V直流穩壓電源的紋波為4V峰峰值，大大超過了規定的范圍。

處理：將電壓板中的100MF和1000MF濾波電容換下焊上新電容，並測量紋波只有幾個毫伏後將電源板安裝好，開機試運行，故障消除。

(2)故障現象：配套某系統的數控車床，當主軸在高速(3000r/min以上)，機床出現異常振動。

處理：檢查機床的主軸驅動是否連接，發現機床的主軸驅動器的接地線連接不良後，將接地線重新連接，機床可恢復正常。

2.2 機床PLC初始故障的診斷

機床PLC初始故障的診斷為了保護機床和維修方便，PLC有顯示和檢測機床故障的能力。一旦發生故障，維修人員就能根據機床的故障顯示號去確定故障類別，予以排除。但在實際加工過程中，我們發現有時PLC同時顯示幾個故障，它們是由某一個故障引起的連鎖故障，排除了初始的引發故障，其他故障報警就消失了。可是從機床PLC顯示的所有報警故障中，維修人員並不知道哪個故障是初始引發故障，維修人員只能逐個故障去查，這就增加了維修難度。機床PLC初始故障診斷功能，通過PLC程序，准確判斷出初始故障的報警號。維修中，首先排除初始故障，其他引發故障自行消失，這樣就極大地方便了機床的維修，提高了機床維修的快速性和准確性。初始故障診斷原理設計的PLC程序不單單是把各個故障都能檢測和顯示出來，還能把最關鍵的初始故障自動判斷出來。

2.3 數控設備檢測元件故障及維修

檢測元件是數控機床伺服系統的重要組成部分，它起著檢測各控制軸的位移和速度的作用，它把檢測到的信號反饋回去，構成閉環系統。測量方式可分為直接測量和間接測量：直接測量就是對機床的直線位移採用直線型檢測元件測量，直接測量常用的檢測元件一般包括：直線感應同步器、計量光柵、磁尺激光干涉儀。間接測量就是對機床的直線位移採用回轉型檢測元件測量，間接測量常用的檢測元件一般包括：脈沖編碼器、旋轉變壓器、圓感應同步器、圓光柵和圓磁柵。 在數控設備的故障中，檢測元件的故障比例是比較高的，只要正確的使用並加強維護保養，對出現的問題進行深入分析。就一定能降低故障率，並能迅速解決故障，保證設備的正常運行。

2.4 數控機床主傳動系統故障診斷與維修

在數控機床在加工時，可能由於斷續切削、加工餘量不均勻、運動部件不平衡以切削過程中的自振動等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至可能破壞刀具主軸系統中的零件，使其無法工作。主軸系統的發熱使其中所有零件產生熱變形，降低傳動效率，破壞零部件之間的相對位置精度和運動精度，從而造成加工誤差。因此，主軸部件組要具有較高的固有頻率，較好的動平衡，且要保持合適的配合精度，並要進行循環潤滑。

主軸發熱主軸軸承預緊力過大，造成主軸回轉時摩擦過大，引起主軸溫度急劇升高。可以通過重新調整主軸軸承預緊力加以排除;主軸軸承磨損或損壞，也會造成主軸回轉時摩擦過大，引起主軸溫度急劇升高。可以通過更換新軸承加以排除;主軸潤滑油臟或有雜質，也會造成主軸回轉時阻力過大，引起主軸溫度升高。通過清洗主軸箱，重新換油加以排除;主軸軸承潤滑油脂耗盡或潤滑油脂過多，也會造成主軸回轉時阻力、摩擦過大，引起主軸溫度升高。通過重新塗抹潤滑脂加以排除。主軸強力切削時停轉主軸電動機與主軸連接的傳動帶過松，造成主軸傳動轉矩過小，強力切削時主軸轉矩不足，產生報警，數控機床自動停機。通過重新調整主軸傳動帶的張緊力，加以排除;主軸電動機與主軸連接的傳動帶表面有油，造成主軸傳動時傳動帶打滑，強力切削時主軸轉矩不足，產生報警，數控機床自動停機。通過用汽油或酒精清洗後擦乾凈加以排除。

主軸工作時雜訊過大是主軸部件動平衡不良，使主軸回轉時振動過大，引起工作雜訊。需要機床生產廠家的專業人員對所有主軸部件重新進行動平衡檢查與調試;主軸傳動齒輪磨損，使齒輪嚙合間隙過大，主軸回轉時沖擊振動過大，引起工作雜訊。需要機床生產廠家的專業人員對主軸傳動齒輪進行檢查、維修或更換;主軸支承軸承拉毛或損壞，使主軸回轉間隙過大，回轉時沖擊、振動過大，引起工作雜訊。需要機床生產廠家的專業人員對軸承進行檢查、維修或更換;主軸傳動帶鬆弛或磨損，使主軸回轉時摩擦過大，引起工作雜訊。通過調整或更換傳動帶加以排除。

數控機床故障產生的原因是多種多樣的，有機械問題、數控系統的問題、感測元件的問題、驅動元件的問題、強電部分的問題、線路連接的問題等。在檢修過程中，要分析故障產生的可能原因和范圍，然後逐步排除，直到找出故障點，切勿盲目的亂動，否則，不但不能解決問題。還可能使故障范圍進一步擴大。總之，在面對數控機床故障和維修問題時，首先要防患於未然，不能在數控機床出現問題後才去解決問題，要做好日常的維護工作和了解機床本身的結構和工作原理，這樣才能做到有的放矢

3 結論

在數控機床維修中推廣應用新技術、新工藝、新材料，做好數控的技術改造和局部改裝設計管理工作，搞好數控機床維修用工、檢、量具的管理，搞好數控設備維修的質量管理等工作。只有這樣，才能做好數控機床的維修工作，保障數控機床的正常運行，從而保障企業生產的順利運行。所以，無論是CNC系統，機床強電，還是機械、液壓、氣路等，只要有可能引起該故障的原因，都要盡可能全面地列出來，進行綜合判斷和篩選，然後通過必要的實驗達到確診和最終排除故障的目的。

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❷ 數控機床檢測裝置作用有哪些數控機床對檢測裝置的要求有哪些

光柵尺，光電脈沖編碼器，感應同步器，旋轉變壓器，他們都是位置檢測元件。而數控機床對位置檢測元件要求更高，尺寸加工精度的高低全靠它了，主要是用光柵尺和光電脈沖編碼器來檢測機床的位置距離，精度極高。

❸ 數控機床的,位置檢測裝置中什麼屬於旋轉型檢測裝置

脈沖編碼器。
脈沖編碼器是一種光學式位置檢測元件，編碼盤直接裝在電機的旋轉軸上，以測出軸的旋轉角度位置和速度變化，其輸出信號為電脈沖。
測量反饋裝置的作用是檢測速度和位移，並把檢測結果轉化為電信號，反饋給數控裝置，通過比較，計算出實際位置和指令位置之間的偏差，並發出糾正誤差指令。

❹ 數控機床的三種控制系統的名稱，反饋信號是什麼物理量各包含哪些環節各採用什麼電動機作為驅動元件

按伺服控制方式分：

1.開環控制數控機床：這類機床不帶位置檢測反饋裝置，通常用步進電機作為執行機構。輸入數據經過數控系統的運算，發出脈沖指令，使步進電機轉過一個步距角，再通過機械傳動機構轉換為工作台的直線移動，移動部件的移動速度和位移量由輸入脈沖的頻率和脈沖個數所決定。

2.半閉環控制數控機床：在電機的端頭或絲杠的端頭安裝檢測元件（如感應同步器或光電編碼器等），通過檢測其轉角來間接檢測移動部件的位移，然後反饋到數控系統中。由於大部分機械傳動環節未包括在系統閉環環路內，因此可獲得較穩定的控制特性。其控制精度雖不如閉環控制數控機床，但調試比較方便，因而被廣泛採用。

3.閉環控制數控機床：這類數控機床帶有位置檢測反饋裝置，其位置檢測反饋裝置採用直線位移檢測元件，直接安裝在機床的移動部件上，將測量結果直接反饋到數控裝置中，通過反饋可消除從電動機到機床移動部件整個機械傳動鏈中的傳動誤差，最終實現精確定位。

❺ 數控機床對檢測裝置有何要求檢測裝置分為哪幾類

數控機床對檢測反饋裝置的要求為：
響應時間短，精度高，穩定性好，壽命長。

❻ 自動數控車床都有哪些結構部件組成

雖然數控車床種類較多，但一般均由車床主體、數控裝置和伺服系統三大部分組成。
1）車床主體除了基本保持普通車床傳統布局形式的部分經濟型數控車床外，目前大部分數控車床均已通過專門設計並定型生產。
1）主軸與主軸箱
a）主軸數控車床主軸的回轉精度，直接影響到零件的加工精度；其功率大小、回轉速度影響到加工的效率；其同步運行、自動變速及定向准停等要求，影響到車床的自動化程度。
b）主軸箱具有有級自動調速功能的數控車床，其主軸箱內的傳動機構已經大大簡化；具有無級自動調速(包括定向准停)的數控車床，起機械傳動變速和變向作用的機構已經不復存在了，其主軸箱也成了"軸承座"及"潤滑箱"的代名詞；對於改造式(具有手動操作和自動控制加工雙重功能)數控車床，則基本上保留其原有的主軸箱。
2）導軌數控車床的導軌是保證進給運動准確性的重要部件。它在很大程度上影響車床的剛度、精度及低速進給時的平穩性，是影響零件加工質量的重要因素之一。除部分數控車床仍沿用傳統的滑動導軌(金屬型)外，定型生產的數控車床已較多地採用貼塑導軌。這種新型滑動導軌的摩擦系數小，其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好，潤滑條件也比較優越。
3）機械傳動機構除了部分主軸箱內的齒輪傳動等機構外，數控車床已在原普通車床傳動鏈的基礎上，作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進給箱、溜板箱及其絕大部分傳動機構，而僅保留了縱、橫進給的螺旋傳動機構，並在驅動電動機至絲杠間增設了(少數車床未增設)可消除其側隙的齒輪副。
a）螺旋傳動機構數控車床中的螺旋副，是將驅動電動機所輸出的旋轉運動轉換成刀架在縱、橫方向上直線運動的運動副。構成螺旋傳動機構的部件，一般為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副的摩擦阻力小，可消除軸向間隙及預緊，故傳動效率及精度高，運動穩定，動作靈敏。但結構較復雜，製造技術要求較高，所以成本也較高。另外，自行調整其間隙大小時，難度亦較大。
b）齒輪副。在較多數控車床的驅動機構中，其驅動電動機與進給絲杠間設置有一個簡單的齒輪箱（架）。齒輪副的主要作用是，保證車床進給運動的脈沖當量符合要求，避免絲杠可能產生的軸向竄動對驅動電動機的不利影響。
4）自動轉動刀架除了車削中心採用隨機換刀(帶刀庫)的自動換刀裝置外，數控車床一般帶有固定刀位的自動轉位刀架，有的車床還帶有各種形式的雙刀架。
5）檢測反饋裝置檢測反饋裝置是數控車床的重要組成部分，對加工精度、生產效率和自動化程度有很大影響。檢測裝置包括位移檢測裝置和工件尺寸檢測裝置兩大類，其中工件尺寸檢測裝置又分為機內尺寸檢測裝置和機外尺寸檢測裝置兩種。工件尺寸檢測裝置僅在少量的數控車床上配用。
6）對刀裝置除了極少數專用性質的數控車床外，普通數控車床幾乎都採用了各種形式的自動轉位刀架，以進行多刀車削。這樣，每把刀的刀位點在刀架上安裝的位置，或相對於車床固定原點的位置，都需要對刀、調整和測量，並以確認，以保證零件的加工質量。
（2）數控裝置和伺服系統數控車床與普通車床的主要區別就在於是否具有數控裝置和伺服系統這兩大部分。如果說，數控車床的檢測裝置相當於人的眼睛，那麼，數控裝置相當於人的大腦，伺服系統則相當於人的雙手。這樣，就不難看出這兩大部分在數控車床中所處的重要位置了。a）數控裝置數控裝置的核心是計算機及其軟體，它在數控車床中起「指揮」作用：數控裝置接收由加工程序送來的各種信息，並經處理和調配後，向驅動機構發出執行命令；在執行過程中，其驅動、檢測等機構同時將有關信息反饋給數控裝置，以便經處理後發出新的執行命令。
數控機床是一種裝有程序控制系統（數控系統）的自動化機床。該系統能夠邏輯地處理具有使用號碼，或其他符號編碼指令（刀具移動軌跡信息）規定的程序。具體地講，把數字化了的刀具移動軌跡的信息輸入到數控裝置，經過解碼、運算，從而實現控制刀具與工件相對運動，加工出所需要的零件的機床，即為數控機床。
1、數控機床工作原理按照零件加工的技術要求和工藝要求，編寫零件的加工程序，然後將加工程序輸入到數控裝置，通過數控裝置控制機床的主軸運動、進給運動、更換刀具，以及工件的夾緊與松開，冷卻、潤滑泵的開與關，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴格按照加工程序規定的順序、軌跡和參數進行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。
2、數控機床結構數控機床主要由控制介質、數控裝置、伺服系統和機床本體四個部分組成。數控機床的加工過程：
1）控制介質
控制介質以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數和刀具運動等，將這些信息輸入到數控裝置，控制數控機床對零件切削加工。
2）數控裝置
數控裝置是數控機床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經過數控裝置的系統軟體和邏輯電路進行解碼、運算和邏輯處理，向伺服系統發出相應的脈沖，並通過伺服系統控制機床運動部件按加工程序指令運動。
3）伺服系統
伺服系統由伺服電機和伺服驅動裝置組成，通常所說數控系統是指數控裝置與伺服系統的集成，因此說伺服系統是數控系統的執行系統。數控裝置發出的速度和位移指令控制執行部件按進給速度和進給方向位移。每個進給運動的執行部件都配備一套伺服系統，有的伺服系統還有位置測量裝置，直接或間接測量執行部件的實際位移量，並反饋給數控裝置，對加工的誤差進行補償。
4）機床本體
數控機床的本體與普通機床基本類似，不同之處是數控機床結構簡單、剛性好，傳動系統採用滾珠絲杠代替普通機床的絲杠和齒條傳動，主軸變速系統簡化了齒輪箱，普遍採用變頻調速和伺服控制。
數控車床的刀具：
（1）對刀具的要求數控車床能兼作粗、精加工。為使粗加工能以較大切削深度、較大進給速度地加工，要求粗車刀具強度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時間和方便對刀，應可能多地採用機夾刀。數控車床還要求刀片耐用度的一致性好，以便於使用刀具壽命管理功能。在使用刀具壽命管理時，刀片耐用度的設定原則是以該批刀片中耐用度zui低的刀片作為依據的。在這種情況下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均壽命更重要。
（2）數控車床的刀具數控車削用的車刀一般分為三類，即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。以直線形切削刃為特徵的車刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖(同時也為其刀位點)由直線形的主、副切削刃構成，如90?內、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽(斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。用這類車刀加工零件時，其零件的輪廓形狀主要由一個獨立的刀尖或一條直線型主切削刃位移後得到，它與另兩類車刀加工時所得到零件輪廓形狀的原理是截然不同的。
圓弧形車刀是較為特殊的數控加工用車刀。其特徵是，構成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪廓度誤差很小的圓弧；該圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，因此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上；車刀圓弧半徑理論上與被加工零件的形狀無關，並可按需要靈活確定或測定後確認。當某些尖形車刀或成型車刀(如螺紋車刀)的刀尖具有一定的圓弧形狀時，也可作為這類車刀使用。
圓弧形車刀可以用於車削內、外表面，特別適宜於車削各種光滑連接(凹形)的成型面。成型車刀俗稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋車刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀，當確有必要選用時則應在工藝准備文件或加工程序單上進行詳細說明。為了適應數控機床自動化加工的需要(如刀具的對刀或預調、自動換刀或轉刀、自動檢測及管理工作等)，並不斷提高產品的加工質量和生產效率，節省刀具費用，應多使用模塊化和標准化刀具。
2、數控車床的卡盤液壓卡盤是數控車削加工時夾緊工件的重要附件，對一般回轉類零件可採用普通液壓卡盤；對零件被夾持部位不是圓柱形的零件，則需要採用專用卡盤；用棒料直接加工零件時需要採用彈簧卡盤。
3、數控車床的尾座對軸向尺寸和徑向尺寸的比值較大的零件，需要採用安裝在液壓尾架上的活頂針對零件尾端進行支撐，才能保證對零件進行正確的加工。尾架有普通液壓尾架和可編程液壓尾座。
4、數控車床的刀架刀架是數控車床非常重要的部件。數控車床根據其功能，刀架上可安裝的刀具數量—般為8把、10把、12把或16把，有些數控車床可以安裝更多的刀具。刀架的結構形式一般為回轉式，刀具沿圓周方向安裝在刀架上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鑽頭、鏜刀。車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀。少數數控車床的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。數控車床可以配備兩種刀架：
（1）專用刀架由車床生產廠商自己開發，所使用的刀柄也是專用的。這種刀架的優點是製造成本低，但缺乏通用性。
（2）通用刀架根據一定的通用標准而生產的刀架，數控車床生產廠商可以根據數控車床的功能要求進行選擇配置。
5、數控車床的銑削動力頭數控車床刀架上安裝銑削動力頭可以大大擴展數控車床的加工能力。

❼ 數控機床伺服系統故障診斷分析和維修處理

數控機床伺服系統故障診斷分析和維修處理

數控機床是裝有程序控制系統的自動化機床，作為裝備製造領域先進技術的代表，被廣泛應用於裝備製造行業。下面是我整理的關於數控機床伺服系統故障診斷分析和維修處理的相關介紹資料，大家一起來看看吧。

數控機床的應用，提升了裝備製造業的自動化、信息化和現代化水平，為裝備製造行業帶來了廣闊的發展前景。

數控機床伺服系統由於擔負著控制信息處理和控制機床執行部件工作的重要系統，其故障的診斷分析和維修處理技術也一直受到裝備製造行業的普遍重視。

數控機床伺服系統構成

數控機床伺服系統由驅動裝置和執行機構兩部分構成，數控機床伺服系統能夠實現數控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制，通過數控機床伺服系統對數控裝置指令信息接收、放大、整形處理，能夠將控制器的命令轉換為機床執行部件的位移運動，從而實現對零件的切削加工。

數控機床的伺服驅動裝置要求具有良好的快速反應性能，准確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，執行來自數控裝置的指令，提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。

伺服系統包括驅動裝置和執行機構兩部分，由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺服電動機、進給伺服電動機組成。

數控機床系統中伺服系統是將控制器的數字命令轉換為具體加工的重要環節，因此伺服系統不僅結構原理復雜，對工件的加工和處理更有重要作用。

伺服系統的運行穩定性直接影響機床的運行狀態、工件的加工質量，為了在保證數控機床機械加工精度、准確度的前提下提升數控機床的生產效率，對伺服系統的故障預防、診斷和分析一直是數控機床應用中的重點問題。

進給系統常見故障與維修

1.進給伺服系統故障類型

進給伺服系統由於其涉及的元件較多且功能復雜，因而進給伺服系統的故障類型也較為多樣。

通過對數控機床進給伺服系統故障的總結和分析，其故障主要有以下幾種類型。

報警：報警主要是由於進給運動量超過軟體設定的限位或限位開關決定的硬限位時發生的超程報警。另外，當系統進給運動的負載過大時，由於正反運動的過於頻繁和進給傳動鏈潤滑狀態不良也會發生報警。

當伺服系統發生報警時，預示著伺服系統的工作出現問題，工作人員需要及時進行停機檢查，避免數控機床故障處理不及時造成零件質量問題並對數控機床帶來物理性損壞。

竄動、爬行和振動：竄動、爬行和振動是數控機床伺服系統常見的故障，一旦竄動、爬行和振動現象發生，會直接導致機械加工精度和准確度的下降，給零件質量帶來影響。

竄動大多是由於測速裝置故障導致的測速信號不穩定或者速度控制信號不穩定導致的，除此之外接線端子的接觸不良也會導致竄動現象的發生。

爬行發生的主要原因是傳動鏈的潤滑狀態不良，伺服增益過低和外加負載過大等導致。

振動現象的發生大多是由於進給速度太快或進給加速度過大導致的。

位置誤差和漂移：位置誤差是由於伺服軸運動超過位置允許誤差范圍時導致，位置誤差包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。

漂移是指數控機床的指令值為零時，坐標軸仍然繼續移動的現象，位置誤差和漂移不僅會影響工件的加工質量，嚴重時還會發生撞車事故，給數控機床帶來物理損傷。

回參考點故障：機床回參考點故障一般表現為找不到參考點或者找不準參考點兩類，回參考點故障大多是由於參考點減速開關接收信息故障或信號失效導致的。

2.進給伺服系統常見故障的維修處理

進給伺服系統故障，一般可通過參考操作說明排除，如果遇到參考操作說明無法排除的故障則需要具體問題具體分析解決。

當振動故障發生時可以對機械安裝進行檢查和調整，並保證伺服電機速度和位置檢測的准確性，由於數控伺服系統中電子元件較多，因此還需要檢查有無外部干擾影響，並且對驅動單元的參數進行排查，通過檢查確定故障類型;

如果是機械故障則對機械故障予以及時解決，如果是電氣故障則需要具體確認發生問題的位置，通過維修或者元器件更換等手段對伺服系統故障進行維修處理。

如果發生無法回參考點的現象，首先可以檢查回參考點減速開關信號是否准確有效，並根據回參考點減速開關信號的問題採用原理分析法或追蹤法分析等方法判斷位置並及時的維修和處理。

主軸伺服系統故障及處理

1.主軸伺服系統的`故障類型

直流主軸伺服系統的故障主要表現為停轉、速度異常、電機振動和主電路過電流報警等。

交流主軸伺服系統容易發生的故障主要表現為電機過勢、熔絲熔斷等，引發該類故障的主要原因時由於電機超載、接觸不良或者冷卻裝置損壞導致的部分元件阻抗過高或者數控機床的浪涌吸收器發生故障。

2.主軸伺服系統常見故障的維修處理

主軸伺服系統出現故障時首先要確定主軸系統出現故障的類型及位置。當主軸電機不運轉時首先需要確定數控系統是否有信號輸出，再對I/O狀態進行觀察，並確定是否滿足主軸的啟動條件。

如果伺服電機帶有電磁製動，還需要確定是否釋放了電磁製動。如果主軸出現轉速異常，首先要對機械傳動機構進行檢查，確保機床的動作無異常。

如果機械傳動機構無異常則需要對主軸驅動器的電纜連接、主軸驅動器的狀態指示燈等進行檢查，並分析是否主軸驅動器出現問題。

如果以上原因均被排除，則很有可能是控制板出現故障。

當主軸高速轉動振動過大時，多數是由於主軸驅動系統的電氣部分故障導致，針對這種問題我們要根據電氣原理圖對主軸驅動與各處電氣連接進行全面檢查，確定故障部位並予以維修和處理。

結語

綜上所述，數控機床伺服系統作為數控機床系統中最為復雜的系統，對數控機床的平穩運行和機械零件加工精度具有重要影響。

當數控機床伺服系統出現問題時，首先要根據故障現象判斷故障類型，再通過一定的技術手段對故障位置進行排查，當確定故障原因和位置後，針對故障的類型進行合理的維修處理，提升數控機床運行的穩定性，保證數控機床所生產的工件質量，並提高數控機床的生產效率。

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近年來，PLC在工業自動控制領域應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬體成本等方面所表現出的綜合優勢是其它工控產品難以比擬的。隨著PLC技術的發展, 它在位置控制、過程式控制制、數據處理等方面的應用也越來越多。在機床的實際設計和生產過程中，為了提高數控機床加工的精度，對其定位控制裝置的選擇就顯得尤為重要。永宏FBs系列PLC的NC定位功能較其它PLC更精準，且程序的設計和調試相當方便。本文提出的是如何應用永宏PLC的NC定位控制實現機床數控系統控制功能的方法來滿足控制要求，在實際運行中是切實可行的。整機控制系統具有程序設計思路清晰、硬體電路簡單實用、可靠性高、抗干擾能力強，具有良好的性能價格比等顯著優點，其軟硬體的設計思路可供工礦企業的相關數控機床設計改造借鑒。

2 數控機床組成結構及工作過程

本例數控機床由輸入、輸出裝置、數控裝置、可編程式控制制器、伺服系統、檢測反饋裝置和機床主機等組成，如圖1所示。

圖1 數控機床組成機構圖

輸入裝置可將不同加工信息傳遞於計算機。在數控機床產生的初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現已趨於淘汰;目前，使用鍵盤、磁碟等，大大方便了信息輸入工作。輸出指輸出內部工作參數(含機床正常、理想工作狀態下的原始參數，故障診斷參數等)，一般在機床剛工作狀態需輸出這些參數作記錄保存，待工作一段時間後，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常。數控裝置是數控機床的核心與主導，完成所有加工數據的處理、計算工作，最終實現數控機床各功能的指揮工作。它包含微計算機的電路，各種介面電路、CRT顯示器等硬體及相應的軟體。可編程式控制制器對主軸單元實現控制，將程序中的轉速指令進行處理而控制主軸轉速;管理刀庫，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數、刀具剩餘壽命及刀具刃磨次數等管理;控制主軸正反轉和停止、准停、切削液開關、卡盤夾緊松開、機械手取送刀等動作;還對機床外部開關(行程開關、壓力開關、溫控開關等)進行控制;對輸出信號(刀庫、機械手、回轉工作台等)進行控制。檢測反饋裝置由檢測元件和相應的電路組成，主要是檢測速度和位移，並將信息反饋於數控裝置，實現閉環控制以保證數控機床加工精度。數控機床的工作過程如圖2所示。

圖2 數控機床的工作過程框圖

數控加工的准備過程較復雜，內容多，含對零件的結構認識、工藝分析、工藝方案的制訂、加工程序編制、選用工裝及使用方法等。機床的調整主要包括刀具命名、調入刀庫、工件安裝、對刀、測量刀位、機床各部位狀態等多項工作內容。程序調試主要是對程序本身的邏輯問題及其設計合理性進行檢查和調整。試切加工則是對零件加工設計方案進行動態下的考察，而整個過程均需在前一步實現後的結果評價後再作後一步工作。試切成功後方可對零件進行正式加工，並對加工後的零件進行結果檢測。前三步工作均為待機時間，為提高工作效率，希望待機時間越短越好，越有利於機床合理使用。該項指標直接影響對機床利用率的評價(即機床實動率)。

3 機床數控系統需要解決的幾個問題

機床是由機械和電氣兩部分組成，在設計總體方案時應從機電兩方面來考慮機床各種功能的實施方案，數控機床的機械要求和數控系統的功能都很復雜，所以更應機電溝通，揚長避短。機床控制系統選件、裝配、程序編制及操作都應該比較合理，精度和穩定性都必須滿足使用要求。同時為便於調試和檢修，各項操作均設手動功能，如手動各軸快慢移動、主軸高低速旋轉、切削液及潤滑開關等。PLC按照邏輯條件進行順序動作或按照時序動作，另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行聯鎖保護動作的控制，PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制的主要產品,在機床的電氣控制中應用也比較普遍。

在實際控制中如何既能提高定位速度，同時又能保證定位精度是一項需要認真考慮並切實加以解決的問題。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對於檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。當現場條件發生變化時，系統的某些控制參數必須能作相應的修改，為滿足生產的連續性，要求對控制系統可變參數的修改應在線進行。盡管使用編程器可以方便快速地改變原設定參數，但編程器一般不能交現場操作人員使用;所以，應考慮開發其他簡便有效的方法實現PLC的可變控制參數的在線修改。另外為了防止電壓過高損壞PLC，電源輸入端加上壓敏電阻。為了防止過熱, PLC不許安裝在變壓器等發熱元件的正上方，變頻器與PLC、伺服驅動器等保持一定距離。在元件間留有適當的空隙，以便散熱，並且在配電箱上安裝風扇降溫。此外，為保證控制系統的安全與穩定運行，還應解決控制系統的安全保護問題，如系統的行程保護、故障元件的自動檢測等。

4 永宏FBs系列PLC的NC機床定位伺服控制系統分析

數控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，提高數控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一，其定義為:產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。對數控機床來說，這里的功能主要指數控機床的使用功能，例如數控機床的各種機能，伺服性能等。數控機床的功能部件對機床的功能擴展和性能的提升起著極為重要的作用，因此，它不同於一般配套件和附件的選用，不僅須與數控機床的整體結構諧和協調，融入整機系統具有最佳的匹配性能，而且還能很好地彰顯出該數控機床的個性化特徵。用於高速化的數控系統不能僅是提高數據處理能力，而是應具備熱誤差補償單元以及能實現速度前瞻控制、位置環前饋控制和加減速平穩控制等先進控制技術的功能。所以必須選擇穩定可靠的控制單元才能保證數控機床正常高效運行。

鑒於以上各項要求，筆者採用台灣永宏電機股份有限公司的FBs-44MN PLC作為該機床控制主單元，該型機具有較高的性價比，體積小，使用起來非常方便，接線簡捷。其編程軟體WinProladder有梯形圖大師之稱，易學易用且功能強大，編輯、監視、除錯等操作非常順手，按鍵、滑鼠並用及在線即時指令功能查詢與操作指引，使編輯、輸入效率倍增。同時配以人機界面進行程序參數修改、設定以及運行狀態顯示監控，可編程設置人機界面的內容。該控制系統具有可靠性高，價格便宜，結構緊湊等特點，非常適合機床的控制要求，具體控制思路如圖3所示。

圖3 採用永宏PLC FBs-44MN 的NC 機床定位電氣控制系統圖

可編程邏輯控制器是該機床各項功能的邏輯控制中心，集成於數控系統中，主要是指控制軟體的集成化，而PLC硬體則在規模較大的系統中往往採取分布式結構。由圖3可以看出，系統控制中心採用永宏PLC FBs-44MN控制，並配以人機界面進行程序參數修改、設定，以及運行狀態顯示監控，可編程設置人機界面的內容。三軸均為全數字交流伺服系統，各軸伺服電機通過連軸器帶動滾珠絲杠，以移動配有直線導軌的工作台和主軸銑頭，其定位準確，速度快。主軸銑頭由變頻器控制，根據刀具及工件和進給量，來設置主軸合理的轉速，並在程序中設定它的啟動停止。各軸均設二端極限感測器和原點感測器，冷卻和潤滑也都有異常檢測，在報警燈和人機界面處顯示報警信息由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等於零為止。閉環進給系統在結構上比開環進給系統復雜，成本也高，對環境室溫要求嚴。設計和調試都比開環系統難。但是可以獲得比開環進給系統更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。早期使用一般電機作為定位控制，由於速度不快、或者精度要求不高，所以足夠應對所需場合;當機械運轉為了獲取效率而將速度加快時，當產品質量、精度要求越來越高時，電機停止位置的控制就不是一般電機所能達到的了。解決這一問題的最佳方法是採用NC定位控制配合步進或伺服電機作定位控制。但在過去，由於它的價格很高，而限制了它使用的普遍性，近年來由於技術的發展及成本的降低，其價位已被用戶所接受，使用數量也越來越多。為配合這一趨勢，永宏PLC FBs系列將目前市面上專用的NC定位控制器功能整合在PLC內部SoC晶元內，除了免掉PLC與專用NC 定位控制器之間復雜的數據交換與連結程序外，更大幅降低整體成本，為用戶提供一種價廉物美、簡單方便的PLC整合NC定位控制的方案。永宏PLC FBs-44MN內部的SoC晶元含有多軸高速脈沖輸出以及高速硬體計數器，並且提供簡易使用和設計的定位程序編輯，對於這方面的應用，更是如虎添翼、如魚得水、得心應手了。PLC結合伺服驅動器所構成的NC閉環迴路控制系統中，PLC負責發送高速脈沖命令給伺服驅動器，除了裝在伺服電機的位移檢測信號直接反饋到伺服驅動器外，外加位移檢測器裝在傳動機構之後，真正反映實際位移量，並將此信號反饋到PLC 內部的高速硬體計數器，這樣就可作更精確的控制，並且可避免上述半閉環迴路的缺點。永宏PLC FBs系列的定位功能將市面上專用NC定位控制器整合在PLC內，使PLC與NC控制器能共享相同的數據區，而不需要作兩個系統之間的數據交換與同步控制等復雜的工作，但仍可用一般常用的NC 定位控制指令(例如DRV、SPD…等)。PLC控制4軸的定位工作，並可作多軸同動控制，除了提供點對點的定位速度控制，還提供了各軸間直線插補功能。當系統應用超過4軸時還可利用永宏PLC的CPU LINK功能達到更多的定位運動控制。數控機床對位置系統要求的伺服性能包括:定位速度和輪廓切削進給速度;定位精度和輪廓切削精度;精加工的表面粗糙度;在外界干擾下的穩定性。這些要求主要取決於伺服系統的靜態、動態特性。對閉環系統來說，總希望系統有較高的動態精度，即當系統有一個較小的位置誤差時，機床移動部件會迅速反應。在數控機床的加工中，伺服系統為了同時滿足高速快移和單步點動，要求進給驅動具有足夠寬的調速范圍。

單步點動作為一種輔助工作方式常常在工作台的調整中使用。伺服系統最高速度的選擇要考慮到機床的機械允許界限和實際加工要求，高速度固然能提高生產率，但對驅動要求也就更高。此外，從系統控制角度看也有一個檢測與反饋的問題，尤其是在計算機控制系統中，必須考慮軟體處理的時間是否足夠。全閉環伺服系統是將位置檢測元件置於被測坐標軸的終端移動部件上，以檢測機械傳動鏈中螺距誤差、間隙及各種干擾所造成的傳動誤差，並進行反饋補償控制，從而提高機床的位置控制精度。在全閉環伺服控制系統中，對位置檢測元件和反饋元件的選擇很關鍵。感應同步器具有精度高、重復性好、抗干擾能力強，耐油耐污及維護簡單等優點，特別適合於高精度全閉環數控機床的工作場合。數控機床要求具備穩定性、快速性和准確性，而大型數控機床的機械傳動裝置轉動慣量較大，固有頻率低，要使其大大高於系統截止頻率很困難，全閉環包括了該進給系統軸幾乎所有不穩定的非線性因素，調整不當很容易使機床產生抖動現象。

因此數控機床全閉環伺服系統在保證快速性的基礎上主要是解決機床進給運動的穩定性而獲得比半閉環伺服系統高的位置精度。伺服電機的編碼器將位移檢測信號反饋到伺服驅動器，驅動器將輸入信號的脈沖頻率和脈沖數與回饋信號的頻率和脈沖數，經內部的偏差計數器與頻率轉電壓電路處理後，得到脈沖偏差值與轉速誤差值，這樣使控制伺服電機實現高速、精密的速度與位置閉環迴路處理系統。伺服電機的轉速與輸入信號的脈沖頻率成正比，而電機的移動量則由脈沖數決定。圖4是PLC控制下的伺服電機工作示意圖。

圖4 數控機床伺服電機工作示意圖

5 相關程序設計與操作

PLC通過編程器輸入程序，達到控制目的。由於PLC工作過程是循環，所以程序執行速度很快。另外軟體故障檢測設計在採用硬體設計的基礎上採用軟體檢測外部行程開關狀態，當行程開關失靈後，通過程序控制停止機床的運行，有效地減少了機床因元件失靈造成的事故。

圖5是使用編程軟體WinProladder編輯定位程序參數設定指令圖，圖6是具體操作加工程序圖。

圖5 定位程序參數設定指令圖

圖6 加工程序圖

6 結束語

我國是一個機床生產和應用大國，但數控技術的應用水平還不高，嚴重製約著我國製造業水平的提高。國際上的相關開發計劃對我國的數控技術的發展提出了嚴峻的挑戰，同時也帶來了機遇。只有選擇合適的PLC才能使定位達到預期的效果。永宏FBs系列PLC的NC定位功能在機床數控系統設計中佔有重要的地位，該機床經過長期運行表明，整個系統設計合理，控制精度高，運行可靠，提高了生產的自動化水平，減小了操作人員的勞動強度。

由於採用了PLC控制，使電氣部分的抗干擾能力增加，提高了機床的運行可靠性，因而增加了設備的柔性，提高了設備的使用效率。

❾ 安裝有增量式檢測反饋裝置的數控機床開機後不必回零

數控機床開機後要回零，說明該機床所裝的檢測反饋裝置是增量式的檢測反饋裝置。