摘要：文中结合数控机床中几个故障的维修实例，说明加强理论学习，适当了解数控系统硬件的相关连接及工作原理，并注重系统保养，对于准确维修数控机床故障，降低故障率，具有重要意义。
 

　　1  了解数控系统的硬件连接及工作原理具有重要意义
　　1．1 了解输入、输出电路的连接及工作原理
　　通过对所接触的数控机床的故障统计，外部连接电路及伺服驱动部分的故障率偏高，同时在维修过程中，真切感到加强理论学习，适当了解数控、伺服、电源及PLC部分的硬件连接及工作原理，特别是了解NC系统与机床进行联系的媒介——输入、输出接口电路的工作原理并明了信号的通讯及控制过程，对于准确维修故障，降低故障率是十分重要的。以FANUC系统为例，NC系统经PMC与机床进行通讯的：X、Y、C、F四种信号中，X是机床到PMC的输入信号；Y是PMC到机床的输出信号，是指令机床电控元件开闭的；C是从PMC到NC的信号，是机床告之NC系统其现在的状态，及要求CNC执行什么动作；F是NC到PMC的信号，是NC处理操作者编辑的加工程序后指令机床实现的动作，是Y信号的指令，它包括如下代码M代码的译码信号，还有一些F信号表明NC所处的状态。正是这四种接口信号间的通讯及对它们的控制，才完成了系统的控制功能。而了解其接口电路工作原理，可解决相关故障。如图一
　　例：FANUC 0GE系统控制的机床通电后，CRT上显示NOTREADY，520报警：Z轴“十”向超程
　　因为采用行程开关的闭点作为机床X、Z轴行程极限的保护，所以出现超程报警后，便首先通过诊断画面查询开关所对应的输入位的信息，来进行初步原因分析。检查的结果是行程开关所对应的输入位X2．4—X2．7(M18接口)的信号仍为“1”，这说明故障不是由开关引起的。这是因为FANUC数控系统输入回路的工作原理如图1所示，系统的输入回路一般采用共正电路。这样，若外部电路闭合时，NC输入信号就为“1”。因应用的是开关的闭点，当开关未被压下或线路没有问题时，它所对应的输入信息就应为“1”。因此对于引起超程故障的原因还应继续分析。在FANUC系统中，因系统占用固定的一些X位作为与系统相关信息的输入，OT系统就是将X18．5固定作为Z轴的正向超程的输入信号的，而且在输入接口电路中，只有M1接口可提供+24V(M1的29—32管脚)，而其他的输入接口如M18、M20都是经M1的29－32管脚，在进行线路的并联后而得到+24V工作电压的。对于此机床是将X18．5进行短接，将此位强制为“1”的。经查再出现520报警时，机床X18．5的信息为“0”，查找线路发现，是+24V的并联线在中途断开而造成了报警信息。
　　由此故障的解决可进一步考虑
　　(1)M1接口电路的直流+24V工作电压，是如何获得的?
　　对于FANUC 0T系统，M1接口的+24V是由插接在主板的电源模块提供的。电源模块通过插头CPl2、CPl4、CPl5分别向主板、CR~MDI及扩展I／O电路板提供+24V及24VE，并且由保险FUl3、FUl4对电源线路进行保护。其中FUl3保护+24V电源支路，FUl4保护+24VE电源支路，因此若电源模块的FUl3保险熔断时，应首先考虑通过CPl2到主板的支路，如为M1、M18的接口线路，及通过CPl5向CRT／MDI提供+24V的线路中是否出现了短路故障，即是否发生了对地短路等故障。
　　(2)NC系统的输出回路又是如何工作的?
　　对于FANUC OT系统的输出电路，它的接口为M2、M19(未包括扩展I／O板)，工作原理如图2所示，在这里应注意输出回路的工作电压为外部电路提供的直流24V。在进行线路安装时，应特别注意此部分电压电路尽量与交流电路分开设置，如不要混装于同一插头中，因为曾出现过将两种电压混装于同一插头内，而220VAC混入到+24VDC后，造成M2接口的X48．0—48．2的电路损坏故障。
　　(3)进一步联系考虑，对于较为通用的SIEMENS数控系统的输入、输出回路及其与NC系统又是如何进行通讯来完成控制功能的?
　　SIEMENS数控系统的输人、输出接口电路的工作原理和FANUC系统的基本一致。其通讯及控制功能的完成也是由输入X、输出Y及F标志位来完成的。但SIEMENS数控系统的信息通讯又有其特点，即信号在PLC中根据内容被重新分组及定义后，除基本信号经RAM传输外，其余部分都是经过DB块来进行数据通讯的，并且系统占用固定的DB块，用户(机床厂家)可使用从DB81—DB255的部分。并由PLCMD来决定DB中的是报警还是信息。
　　1．2  理解伺服系统的三环控制原理图，解决与伺服部分相关的故障
　　伺服系统是数控系统的执行部分，它是由速度控制环、位置控制环及驱动伺服电机的电流环组成的。其控制原理可由图3形象地表述出
　　即在每个环中进行的都是代数和运算，经测量装置检测的位置信息反馈到输入端后与输入指令相比较，得到的差值经过处理后，驱动机械执行部件向减少误差的方向移动，只有当实际位移量与指令位移量相等时，即差值为零时，运动指令才停止输出，电机停止转动。深刻理解此控制原理图，有助于解决与伺服相关的一些故障。
　　例：SIEMENS 611A控制的伺服系统，在运行中出现了2000报警：机床紧急停止。
　　故障产生时伺服驱动板的状态显示为“7”，这说明电流控制及控制使能都没被加上，在排除了驱动板的问题后，从发生故障时机床所处的状态，可初步判断是由超程引起的系统紧急停止报警，因此着重查找引起超程的原因。由控制原理图分析，应是位置环出现了问题。此机床采用分离型编码器作为位置反馈元件，查找后发现，因编码器与电机相连的连轴器出现了裂痕，造成反馈脉冲量小于实际运转值，致使在差值不为零的情况下，系统继续发出位移指令，造成了超程，从而最终引起了机床紧急停止报警。
　　那么在实际控制电路中，伺服系统的三环控制是如何相连来实现控制功能的呢？下面以FANUC 0T—A—2及SIEMENS 810T系统为例进行说明。
　　(1)FANUC 0T—A—2系统
　　NC系统主板采用A16B—1010—017，伺服系统采用A06B—6050—H103驱动，速度控制采用A20B—1000—0560，具体线路连接如图4，对于同一系统的不同型号的伺服系统，只是接口的编号不同，具体可查阅相关维修手册。熟悉伺服系统线路连接图，有助于解决相关伺服故障。
　　例：机床循环中出现310：需手动回参考点，311：机床绝对值编码器通讯异常的报警
　　机床采用了绝对值编码器，其值由电池保存，并在参数中进行了相应的设定，即P22．1＝“１”，当出现报警时，P22．1：“0”，为此怀疑可能电池电量低下或编码器及其反馈回路出现了问题，经查为与CN5相连的编码器的反馈电缆的插头进水后，插头的部分插针锈蚀折断，造成与系统的通讯异常。
　　而对于SIEMENS伺服系统其工作原理亦如图3所示，但可在其NC系统部分选用测量板，如SIEMENS 810T中，其测量板的X111、X121、X131接口可与编码器相连以得到实际值。例如SIEMENS 810T控制的主轴单元曾出现F09报警，经查为与X121相连的电缆线中的0V线折断造成的。在SIEMENS伺服系统中，编码器的反馈线也有与伺服驱动板的X311、X313相连以实现控制的，这是由机床具体电路控制图来决定的。
　　2  加强系统保养，利于降低故障率
　　伺服系统故障多与伺服驱动电源故障有关，如，
　　例：在伺服系统装置没有问题的情况下，机床上电后，伺服单元不上电。
　　系统为FANUC 0系统控制，伺服单元的电源控制原理图，如图5所示
　　给伺服驱动器。电源输入单元的EXR、EXS的ON与OFF控制着线圈电压为220V／200V的交流接触器MCC的线圈回路的接通与否，来控制电源能否接通。经查故障是由于虽然电源模块提供了正确的交流电压，但交流接触器MCC的线圈却未吸合，致使电源输入单元报警引起的。更换接触器后，故障解决。
　　同时在维修过程中，深刻体会到，作好系统保养，有利于降低伺服系统故障率。如，
　　例：机床上电后，控制SIEMENS 810T电源线路的保险迅速熔断。
　　机床采用SIEMENS 810T控制，系统伺服电源的工作原理，如图6所示
　　对于SIEMENS 611A伺服电源单元的工作过程为，9－112、48－9间闭合后绿灯亮，然后在63－9、64－9间闭合后，黄灯亮，此时，电源的驱动使能、电压使能都已存在，电源模块通过母线排向伺服驱动单元输出600V的直流电压。故障发生时，绿灯、黄灯依次都亮后不久，外部电源回路的保险迅速熔断。分析后认为，应是控制线路中保险以下的回路存在着短路故障。为此采用排查法，即将负载逐一加上，当加上z轴伺服驱动器时，保险迅速熔断，为此判断为Z轴伺服驱动器的故障。经查为Z轴驱动器的冷却风扇的扇叶上面附着的潮湿物质(因为是夏季，空气潮湿)，在风扇转动时，被带人驱动器的逆变的回路中，造成相间短路，致使保险熔断。在立石乐的伺服驱动器中也出现过，冷却风扇将潮湿物质带人逆变单元的硅桥中，造成硅桥损坏的故障。因此注意系统保养，定期清洗系统板，清除系统冷却风扇扇叶上的附着物，保持电器柜内的空气干燥，对于降低伺服系统故障，具有重要意义。