数控设备常见检测元件故障及维修

数控设备常见检测元件故障及维修

常亮

(中国电子科技集团公司第十二研究所北京100015)

摘要：随着数控设备的广泛应用，其故障检修和维护成为人们关注的焦点。数控设备在保养的过程中需要综合应用计算机技术、自动检修技术、精密设计技术以及自动控制技术等科学技术，数控设备对技术和自动化要求较高。相对于传统的设备，数控设备可以实现高精度加工，提高设备的生产效率和自动化水平，产品的稳定性更好。数控设备可以加工出传统设备无法加工的高精度的曲面零件和复杂型面零件，其应用增加了我国生产企业的竞争力。但是数控设备在运行过程中仍会出现一些故障，严重影响数控设备的效率和企业的生产效率。本文就数控设备常见检测元件故障及维修进行了分析和探讨。

关键词：数控设备；检测元件；故障及维修

一、检测装置的种类

数控检测装置从不同的角度看可分为不同的类型:a．根据被测物理量可分为位移、速度和电流三种类型；

b．根据安装位置及耦合方式，分为直接测量和间接测量。回转型测量装置是测量回转角的大小，对机床的直线位移是间接测量，其测量精度取决于测量装置和机床传动机构两者的精度；直线型测量装置是直接测量机床的直线位移量，其测量精度主要取决于测量装置的精度，与机床传动机构的精度无关；

c．按测量方法分为增量式和绝对式两大类。绝对式是指直接把被测转角或位移转换成相应的代码，指示出绝对位置，没有累积误差，而且掉电后位置信息不会丢失；增量式检测装置是测出被测转角或位移量的相对值，通常是滑尺相对定尺的位移量，且以机床或工件上某一点为参考点，反映工作台或刀具相对某参考点的增量；

d．按检测信号的类型分为模拟式和数字式两大类。数字式是指将机械位移或转角的模拟量转变为数字脉冲输出的测量装置；模拟式是指将机械位移转变为感应电势的相位或幅值输出的测量装置。同一种检测元件，既可以做成数字式也可以做成模拟式，主要取决于测量线路及使用要求；

e．按检测装置的运动形式分为旋转型和直线型两类。直线型位置检测装置用来测量运动部件的直线位移量；旋转型位置检测装置用来检测回转部件的转角量(转动位移量)来间接测量其直线位移量。

从信号的转换原理可分为光电效应、光栅效应、电磁感应、压电效应、磁阻效应等类型的检测装置。

二、数控设备常见检测元件故障及维修

检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。测量方式可分为直接测量和间接测量：直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，直接测量常用的检测元件一般包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，间接测量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。下面通过四个常见的故障举例，进行故障现象描述、故障分析确定最终解决故障的方法。

实例一：脉冲编码器A相信号错误导致轴运动产生振动。故障现象：FAUNUC某系统双面加工中心X向在运动的过程中产生振动，并且在CRT上出现NC713报警。

故障分析：根据故障现象，分析引起故障的原因可能有以下6种：①速度控制单元出现故障；②位置检测电路不良；③脉冲编码器反馈电缆的连线和连接不良；④脉冲编码器不良；⑤机床数据是否正确；⑥伺服电机及测速机故障。

故障解决：针对上述分析出的原因，对速度控制单元、主电路板、脉冲编码器反馈电缆的连接和连线进行检查，发现一切正常，机床数据正常，然后将电动机与机械部分脱开，用手转动电动机，观察713号诊断状态，713诊断内容为：713.3为X轴脉冲编码器反馈信号，如果断线，此位为1。713.2为X轴编码器反馈一转信号。713.1为X轴脉冲编码器B相反馈信号。713.0为X轴脉冲编码器A相反馈信号。713.2、713.1、713.0正常时电动机转动应为“0”、“1”不断变化，在转动电动机时，发现713.0信号只为“0”不变“1”，又用示波器检测脉冲编码器的A相、B相和一转信号，发现A相信号不正常，因此通过上述检查可判定调轴脉冲编码器不良，经更换新编码器，故障解决。

实例二：脉冲编码器受油污染，导致轴定位故障。故障现象：SIEMENS某卧式加工中心工作台在旋转定位过程中出现故障，运行中断，CRT出现报警号：1364报警内容为1364ORD4B2measuingSystemDirty即测量系统受污染。

故障解决：根据故障报警内容，先拆下检测线路板和反馈电缆接头，用酒精清洗其灰尘和油污，起动工作台，故障没消除，随后又拆下检测工作台位置的脉冲编码器，发现里面充满了大量机械油，原来有一通入编码器的压缩空气气路，压缩空气能把进入编码器的灰尘吹出，起到清洁编码器的作用，这些机械油是由气路通气时，因压缩空气不洁净，由压缩空气带进来的，用汽油把这些油污洗干净，并提高压缩空气质量，重新安装好编码器后，起动工作台，故障消除。

实例三：闭环电路检测信号线折断，导致控制轴运行故障。故障现象：SIEMENS8系统卧式加工中心有一次正在工作过程中，机床突然停止运行，CRT出现NC报警104，关断电源重新起动，报警消除，机床恢复正常，然而工作不久，又出现上述故障，如此反复。

故障分析及解决：查询NC1O4报警，内容为：X轴测量闭环电缆折断短路，信号丢失，不正确的门槛信号不正确的频率信号，本机床的X、Y、Z三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测，进行反馈控制形成一个闭环系统。

故障分析及解决：根据故障现象和报警，先检查读数头和光栅尺，光栅尺密封良好，里面洁净，读数头和光栅尺没有受到油污和灰尘污染，并且读数头和光栅尺正常，随后又检查差动放大器和测量线路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，把重点放在反馈电缆上，测量反馈端子，发现13号线电压不稳，停电后测量13号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在X向随导轨运动的一段有一处将要折断，似接非接，造成反馈值不稳，偏离其实际值，导致电机失步，经对断线重新接线，起动机床，故障消除。

实例四：编码器感应光电盘损伤导致加工件加工尺寸误差。

故障现象：CNC862数控20车床X向切削零件时尺寸出现误差，达到0.30mm/250mm，CRT无报警显示。故障分析及解决：本机床的X、Z轴为伺服单元控制直流伺服电机驱动，用光电脉冲编码器作为位置检测，据分析造成加工尺寸误差的原因一般为：①X向滚珠丝杠与丝母副存在比较大的间隙或电机与丝杠相连接的轴承受损，导致实行行程与检测到的尺寸出现误差；②测量电路不良。

故障分析及解决：根据上述分析，经检查发现丝杠与丝母间隙正常，轴承也无不良现象，测量电路的电缆连线和接头良好，最后用示波器检查编码器的检测信号，波形不正常。于是拆下编码器，打开其外壳，发现光电盘不透光部分不知什么原因出现三个透明点致使检测信号出现误差，更换编码器，问题解决，因为CNC862系统的自诊断功能不是特别强，因此在出现这样的故障时，机床不停机，也无NC报警显示。

结束语

总之，在数控设备的故障中，检测元件的故障比例是比较高的，只要正确使用并加强维护保养，对出现的问题进行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解决故障，保证设备的正常运行。

参考文献

[1]黄伟.典型机床控制电路故障分析方法[J].科技创新导报，2011，（12）.