数控机床检测装置故障的常见形式及诊断方法

沈 羽，李珊珊

（1.河南质量工程职业学院机 电工程系，河南 平顶山 4670002；2.河南质量工程职业学院 建筑工程系，河南 平顶山 4670002）

1 数控机床检测装置的分类

数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流3种类型。根据安装的位置及耦合方式，可分为直接测量和间接测量两种；按测量方法，可分为增量式和绝对式两种；按检测信号的类型，可分为模拟式和数字式两大类；根据运动形式，可分为回转型和直线型检测装置；按信号转换的原理，可分为光电效应、光栅效应、电磁感应原理、压电效应、压阻效应和磁阻效应等检测装置。

数控机床伺服系统中采用的位置检测装置基本分为直线型和旋转型两大类。直线型位置检测装置主要用来检测运动部件的直线位移量；旋转型位置检测装置主要用来检测回转部件的转动位移量。除以上位置检测装置以外，伺服系统中往往还包括检测速度的元件，用以检测和调节电机的转速。

2 检测装置故障的常见形式及诊断方法

（1）机械振荡(加/减速时)。①脉冲编码器出现故障，此时检查速度单元上的反馈线端子电压是否在某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。②脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节。③测速发电机出现故障，修复、更换测速机。

（2）机械暴走(飞车)。在检查位置控制单元和速度控制单元的情况下，应检查：①脉冲编码器接线是否错误，编码器接线是否为正反馈，A相和B相是否接反。②脉冲编码器联轴节是否损坏，更换联轴节。③测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。

（3）主轴不能定向或定向不到位。在检查定向控制电路设置和调整，检查定向板，主轴控制印制电路板调整的同时，应检查位置检测器(编码器)是否不良。

（4）坐标轴振动进给。在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查整个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节连接是否平稳可靠、测速机是否可靠。

（5）NC报警中因程序错误，操作错误引起的报警。如FAUNUC6ME系统的NC报警090、091。出现NC报警，有可能是主电路故障和进给速度太低引起。同时，还有可能是：①脉冲编码器不良。②脉冲编码器电源电压太低。③没有输入脉冲编码器的一转信号而不能正常执行参考点返回。

（6）伺服系统的报警。如FAUNUC6ME系统的伺服报警：416、426、436、446、456，SIEMENS880 系统的伺服报警：1364，SIEMENS8系统的伺服报警：114、104等。当出现如上报警号时，有可能是：①轴脉冲编码器反馈信号断线，短路和信号丢失，用示波器测A相、B相一转信号。②编码器内部受到污染、太脏，信号无法正确接收。

3 位置检测元件的维护

（1）光栅的维护。光栅有两种形式：一是透射光栅，即在一条透明玻璃片上刻有一系列等间隔密集线纹；二是反射光栅，即在长条形金属镜面上制成全反射或漫反射间隔相等的密集线纹。光栅输出信号有：两个相位信号输出，用于辨向；一个零标志信号，用于机床回参考点的控制。对光栅尺的维护要注意以下几点。①防污。光栅尺由于直接安装于工作台和机床床身上，因此，极易受到切削液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度。②防水雾。加工过程中，切削液的压力不要太大，流量不要过大，以免形成大量的水雾进入光栅。③光栅最好通人低压压缩空气，以免扫描头运动时形成的负压把污物吸入光栅。压缩空气必须净化，滤芯应保持清洁并定期更换。④清洁。光栅上的污物可以用脱脂棉蘸无水酒精轻轻擦除。⑤防振。光栅拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免造成光学元件的损坏。

（2）光电脉冲编码器的维护。光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝隙，在其两边分别装有光源和光敏元件。当圆盘转动时，光线的明暗变化，经光敏元件变成电信号的强弱，从而得到脉冲信号。编码器的输出信号有：两个相位信号输出，用于辨向；一个零标志信号，用于机床回参考点的控制。另外还有+5V电源和接地端。编码器的维护主要注意两个问题。①防振和防污。由于编码器是精密测量元件，使用环境或拆装时要与光栅一样注意防振和防污问题。污染容易造成信号丢失，振动容易使编码器内的紧固件松动脱落，造成内部电源短路。②防止连接松动。脉冲编码器用于位置检测时有两种安装形式，一种是与伺服电动机同轴安装，称为内装式编码器；另一种是编码器安装于传动链末端，称为外装式编码器。不管是哪种安装方式，都要注意编码器连接松动的问题。

（3）感应同步器的维护。感应同步器是一种电磁感应式的高精度位移检测元件，它由定尺和滑尺两部分组成，两者相对平行安装，定尺和滑尺上的绕组均为矩形绕组，其中定尺绕组是连续的，滑尺上分布着两个励磁绕组，即正弦绕组和余弦绕组，分别接人交流电。对感应同步器的维护应注意以下问题。①安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，且定尺固定螺栓不得超过尺面，调整间隙在0.09～0.15mm为宜。②不要损坏定尺表面耐切削液涂层和滑尺表面一层带绝缘层的铝箔，否则会腐蚀厚度较小的电解铜箔。③接线时要分清滑尺的正弦绕组和余弦绕组，其阻值基本相同，这两个绕组必须分别接入励磁电压。

（4）旋转变压器。旋转变压器输出电压与转子的角位移有固定的函数关系，可用作角度检测元件，一般用于精度要求不高或大型机床的粗测及中测系统。对旋转变压器的维护应注意以下几点。①接线时，定子上有相等匝数的励磁绕组和补偿绕组，转子上也有相等匝数的正弦绕组和余弦绕组，但转子和定子的绕组阻值却不同，一般定子电阻阻值稍大，有时补偿绕组自行短接或接入一个阻抗。②由于结构上与绕线转子异步电动机相似，因此，碳刷磨损到一定程度后要更换。

4 结语

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，只要正确地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。

[1]罗学科.数控机床[M].北京：中央广播电视大学出版社，2008，（1）.

[2]徐衡. 数控机床故障维修[M].北京：化学工业出版社，2005，（8）.