數控機床檢測裝置故障的常見形式及診斷方法

沈 羽，李珊珊

（1.河南質量工程職業學院機 電工程系，河南 平頂山 4670002；2.河南質量工程職業學院 建筑工程系，河南 平頂山 4670002）

1 數控機床檢測裝置的分類

數控系統中的檢測裝置分為位移、速度和電流3種類型。根據安裝的位置及耦合方式，可分為直接測量和間接測量兩種；按測量方法，可分為增量式和絕對式兩種；按檢測信號的類型，可分為模擬式和數字式兩大類；根據運動形式，可分為回轉型和直線型檢測裝置；按信號轉換的原理，可分為光電效應、光柵效應、電磁感應原理、壓電效應、壓阻效應和磁阻效應等檢測裝置。

數控機床伺服系統中采用的位置檢測裝置基本分為直線型和旋轉型兩大類。直線型位置檢測裝置主要用來檢測運動部件的直線位移量；旋轉型位置檢測裝置主要用來檢測回轉部件的轉動位移量。除以上位置檢測裝置以外，伺服系統中往往還包括檢測速度的元件，用以檢測和調節電機的轉速。

2 檢測裝置故障的常見形式及診斷方法

（1）機械振蕩(加/減速時)。①脈沖編碼器出現故障，此時檢查速度單元上的反饋線端子電壓是否在某幾點電壓下降，如有下降表明脈沖編碼器不良，更換編碼器。②脈沖編碼器十字聯軸節可能損壞，導致軸轉速與檢測到的速度不同步，更換聯軸節。③測速發電機出現故障，修復、更換測速機。

（2）機械暴走(飛車)。在檢查位置控制單元和速度控制單元的情況下，應檢查：①脈沖編碼器接線是否錯誤，編碼器接線是否為正反饋，A相和B相是否接反。②脈沖編碼器聯軸節是否損壞，更換聯軸節。③測速發電機端子是否接反和勵磁信號線是否接錯。

（3）主軸不能定向或定向不到位。在檢查定向控制電路設置和調整，檢查定向板，主軸控制印制電路板調整的同時，應檢查位置檢測器(編碼器)是否不良。

（4）坐標軸振動進給。在檢查電動機線圈是否短路，機械進給絲杠同電機的連接是否良好，檢查整個伺服系統是否穩定的情況下，檢查脈沖編碼是否良好、聯軸節連接是否平穩可靠、測速機是否可靠。

（5）NC報警中因程序錯誤，操作錯誤引起的報警。如FAUNUC6ME系統的NC報警090、091。出現NC報警，有可能是主電路故障和進給速度太低引起。同時，還有可能是：①脈沖編碼器不良。②脈沖編碼器電源電壓太低。③沒有輸入脈沖編碼器的一轉信號而不能正常執行參考點返回。

（6）伺服系統的報警。如FAUNUC6ME系統的伺服報警：416、426、436、446、456，SIEMENS880 系統的伺服報警：1364，SIEMENS8系統的伺服報警：114、104等。當出現如上報警號時，有可能是：①軸脈沖編碼器反饋信號斷線，短路和信號丟失，用示波器測A相、B相一轉信號。②編碼器內部受到污染、太臟，信號無法正確接收。

3 位置檢測元件的維護

（1）光柵的維護。光柵有兩種形式：一是透射光柵，即在一條透明玻璃片上刻有一系列等間隔密集線紋；二是反射光柵，即在長條形金屬鏡面上制成全反射或漫反射間隔相等的密集線紋。光柵輸出信號有：兩個相位信號輸出，用于辨向；一個零標志信號，用于機床回參考點的控制。對光柵尺的維護要注意以下幾點。①防污。光柵尺由于直接安裝于工作臺和機床床身上，因此，極易受到切削液的污染，從而造成信號丟失，影響位置控制精度。②防水霧。加工過程中，切削液的壓力不要太大，流量不要過大，以免形成大量的水霧進入光柵。③光柵最好通人低壓壓縮空氣，以免掃描頭運動時形成的負壓把污物吸入光柵。壓縮空氣必須凈化，濾芯應保持清潔并定期更換。④清潔。光柵上的污物可以用脫脂棉蘸無水酒精輕輕擦除。⑤防振。光柵拆裝時要用靜力，不能用硬物敲擊，以免造成光學元件的損壞。

（2）光電脈沖編碼器的維護。光電脈沖編碼器是在一個圓盤的邊緣上開有間距相等的縫隙，在其兩邊分別裝有光源和光敏元件。當圓盤轉動時，光線的明暗變化，經光敏元件變成電信號的強弱，從而得到脈沖信號。編碼器的輸出信號有：兩個相位信號輸出，用于辨向；一個零標志信號，用于機床回參考點的控制。另外還有+5V電源和接地端。編碼器的維護主要注意兩個問題。①防振和防污。由于編碼器是精密測量元件，使用環境或拆裝時要與光柵一樣注意防振和防污問題。污染容易造成信號丟失，振動容易使編碼器內的緊固件松動脫落，造成內部電源短路。②防止連接松動。脈沖編碼器用于位置檢測時有兩種安裝形式，一種是與伺服電動機同軸安裝，稱為內裝式編碼器；另一種是編碼器安裝于傳動鏈末端，稱為外裝式編碼器。不管是哪種安裝方式，都要注意編碼器連接松動的問題。

（3）感應同步器的維護。感應同步器是一種電磁感應式的高精度位移檢測元件，它由定尺和滑尺兩部分組成，兩者相對平行安裝，定尺和滑尺上的繞組均為矩形繞組，其中定尺繞組是連續的，滑尺上分布著兩個勵磁繞組，即正弦繞組和余弦繞組，分別接人交流電。對感應同步器的維護應注意以下問題。①安裝時，必須保持定尺和滑尺相對平行，且定尺固定螺栓不得超過尺面，調整間隙在0.09～0.15mm為宜。②不要損壞定尺表面耐切削液涂層和滑尺表面一層帶絕緣層的鋁箔，否則會腐蝕厚度較小的電解銅箔。③接線時要分清滑尺的正弦繞組和余弦繞組，其阻值基本相同，這兩個繞組必須分別接入勵磁電壓。

（4）旋轉變壓器。旋轉變壓器輸出電壓與轉子的角位移有固定的函數關系，可用作角度檢測元件，一般用于精度要求不高或大型機床的粗測及中測系統。對旋轉變壓器的維護應注意以下幾點。①接線時，定子上有相等匝數的勵磁繞組和補償繞組，轉子上也有相等匝數的正弦繞組和余弦繞組，但轉子和定子的繞組阻值卻不同，一般定子電阻阻值稍大，有時補償繞組自行短接或接入一個阻抗。②由于結構上與繞線轉子異步電動機相似，因此，碳刷磨損到一定程度后要更換。

4 結語

總之，在數控設備的故障中，檢測元件的故障比例是比較高的，只要正確地使用并加強維護保養，對出現的問題進行深入分析，就一定能降低故障率，并能迅速解決故障，保證設備的正常運行。

[1]羅學科.數控機床[M].北京：中央廣播電視大學出版社，2008，（1）.

[2]徐衡. 數控機床故障維修[M].北京：化學工業出版社，2005，（8）.