數控設備檢測元件的故障及維修

        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采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采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。
當機床出現如下故障現象時，應考慮是否是由檢測元件的故障引起的：
        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，檢查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）檢查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，主軸控制印刷電路板調整的同時，應檢查位置檢測器（編碼器）是否不良，此時測編碼器輸出波形，正常波形如下：
        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、聯軸節聯接是否平穩可靠、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FAUNUC 6ME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，（此時調整電源電壓的15V，使主電路板的＋5V端子上的電壓值在4.95—5.10V內）。
       （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．伺服系統的報警號：如FAUNUC 6ME系統的伺服報警：416、426、436、446、456。SIEMENS 880系統的伺服報警：1364 SIEMENS 8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。
        我廠現有數控設備15臺，其中，西門子8系統加工中心一臺，西門子880系統加工中心二臺，數控切割機四臺，IRB2000焊接機器人三臺，CNCJ一800X8100數控折彎機一臺，FAUNUC 6系統加工中心一臺，普通數控車床三臺，從91年使用第一臺YBM-90N西門子8系統加工中心開始至今，從使用過程中出現的故障來看，檢測元件出現的故障占了很大比例：下面就幾具典型故障作一個分析。
        故障一：脈沖編碼器光電盤劃分，導致工作臺定位不準。
        故障現象：芬蘭VMC800 SIMES 880立式加工中心的工作臺為雙工作臺，通過交換工作臺完成兩工件加工，工作臺靠鼠盤定位，鼠牙盤等分360個齒，每個齒對應1°工作臺靠油缸上下運動實現工作的離合，通過伺服電機拉動同步齒形帶，帶動工作臺旋轉通過脈沖編碼器來檢測工作臺的旋轉角度和定位，工作臺在96年8月份出現定位故障，工作臺不能正確參考點，每次定位錯誤不管自動還是手動都相差幾個角度，角度數，有時1°，有時2°，但是工作臺如果分別正轉幾個角度如30°、60°、90°，再相應的反轉30°、60°、90°時，定位準確，出現定位錯誤時，CRT出現NC 228*報警顯示。
        故障分析：查詢228*報警內容為：M19選擇無效，即：M19定位程序在運行時沒有完成，當時我們認為是M19定位程序和有關的NC MD有錯，但是檢查程序和數據正常，經分析有可能是下面幾種原因引起工作臺定位錯誤：（1）同步齒形帶損壞，導致工作臺實際轉數與檢測到的數值不符；（2）編碼器聯軸節損壞；（3）測量電路不良導致定位錯誤。
        故障解決：根據以上原因，我們對同步齒形帶和編碼器聯軸節，進行檢查，發現一切正常，排除上述原因后，我們判斷極有可能是測量電路不良引起的故障，本機床是由RAC 2：2-200驅動模塊，驅動交流伺服電機構成Sl軸，由6Fxl l21-4BA測量模塊與一個1024脈沖的光電脈沖編碼器組成NC測量電路，在工作臺定位出現故障時，檢查工作臺定位PLC圖，PLC圖人板4Al-C8上輸人點E9.3、E9.4、E9.5、E9.6、E9.7是工作臺在旋轉聯結定位的相關點，輸出板4Al-C5上A2.2、A2.3、A2.4、A2.5、A2.6是相應的輸出點，檢查這幾個點，工作狀態正常，從PLC圖上無法判斷故障原因，于是我們檢查測量電路模塊6Fx1，121- 4BA無報警顯示正常。在工作臺定位的過程中，用示波器測量編碼器的反饋信號，判定編碼器出現故障。于是我們拆下編碼器，拆下其外殼，發現其光電盤與底下的指示光柵距離大近，旋轉時產生摩擦，光電盤里圈不透光部分被摩擦劃了一個透光圓環，導致產生不良脈沖信號，經更換編碼器問題解決，現在考慮當初的報警沒有顯示測量電路故障，是因為編碼器光電盤還沒有完全損壞，是一個隨機性故障，CNC無法真實的顯示真正的報警內容，因此數控設備的報警并不能完全徹底的說明故障原因，需要更加深入地進行分析。
       故障二：脈沖編碼器A相信號錯誤導致軸運動產生振動。
       故障現象：FAUNUC 6ME系統雙面加工中心96年10月份X向在運動的過程中產生振動，并且在CRT上出現NC416報警。
       故障分析：根據故障現象，我們分析引起故障的原因可能有以下幾種。（1）速度控制單元出現故障；  （2）位置檢測電路不良；（3）脈沖編碼器反饋電纜的連線和連接不良；（4）脈沖編碼器不良；（5）機床數據是否正確；（6）伺服電機及測速機故障。
       故障解決：針對上述分析出的原因，對速度控制單元、主電路板、脈沖編碼器反饋電纜的連接和連線進行檢查，發現一切正常，機床數據正常，然后將電動機與機械部分脫開，用手轉動電動機，觀察713號診斷狀態，713診斷內容為：713.3為X軸脈沖編碼器反饋信號，如果斷線，此位為1。713.2為X軸編碼器反饋一轉信號。713.1為X軸脈沖編碼器B相反饋信號。713.0為X軸脈沖編碼器A相反饋信號。713.2、713.1、713.0正常時電動機轉動應為“0”、“1”不斷變化，在轉動電動機時，發現713.0信號只為“0”不變“1”，我們又用示波器檢測脈沖編碼器的A相、B相和一轉信號，發現A相信號不正常，因此通過上述檢查可判定調軸脈沖編碼器不良，經更換新編碼器，故障解決。
        故障三：測速發電機的勵磁繞組線引起控制軸振動的故障。
        故障現象：從芬蘭引進的IRB2000機器人98年10份出現故障，啟動機器人，機器人在導軌（第七軸）上不運行，并有強烈振動，在控制器上出現506 1407和509 237報警。
        故障分析：5006 1407報警內容為：（1）機器人在第七軸運行時遇到障礙；（2）驅動電機超載，電磁剎車沒有松開；（3）驅動電機通過電流，但不能正確換向；（4）驅動電機沒有通過電流。509 237報警內容為：第七軸的測速發電機不良，測速機斷路。
       故障解決：根據故障現象和報警內容，我們對驅動系統進行檢查，驅動電機為交流伺服電機，型號為NAC093A-O-WS-3-C／110-B-1，驅動板為DSQC236B，該系統的檢測為測速發電機和脈沖編碼器對速度和位置進行檢測控制，首先我們檢查各連接電纜的連線，接頭和驅動板都正常，然后我們又檢查強電電路，經檢查發現控制驅動電機電磁剎車的時間繼電器有一觸點斷線，焊好后，重新啟動，時間繼電器雖然工作正常，但是電機仍不能運行，報警仍未消除，隨后我們把電機與機械部分脫開，只接通剎車電源，用手轉動電機，電機不動，同時測量剎車線圈，發現線圈燒損，經修復剎車故障解除，506 1407報警消除，但是509 237報警仍未消除，機器人運行仍有振動，于是我們測量測速發電機勵磁繞組，發現繞組斷線，因繞組線為0．2mm，線太細并且斷掉好幾根，修復難度太大，修復無望，于是我們向ABB公司定貨，經更換測速發電機，故障解除。
        故障四：脈沖編碼器受油污染，導致軸定位故障。
        故障現象：SIEMENS 880臥式加工中心工作臺98年10月份在旋轉定位過程中出現故障，運行中斷，CRT出現報警號： 1364報警內容為1364 ORD 4B2 measuing System Dirty即測量系統受污染。
        故障解決：根據故障報警內容，我們先拆下檢測線路板和反饋電纜接頭，用酒精清洗其灰塵和油污，起動工作臺，故障沒消除，隨后我們又拆下檢測工作臺位置的脈沖編碼器，發現里面充滿了大量機械油，原來有一通入編碼器的壓縮空氣氣路，壓縮空氣能把進入編碼器的灰塵吹出，起到清潔編碼器的作用，這些機械油是由氣路通氣時，因壓縮空氣不潔凈，由壓縮空氣帶進來的，我們用汽油把這些油污洗干凈，并提高壓縮空氣質量，重新安裝好編碼器后，起動工作臺，故障消除。
        故障五：閉環電路檢測信號線折斷，導致控制軸運行故障。
        故障現象：SIEMENS 8系統臥式加工中心有一次正在工作過程中，機床突然停止運行，CRT出現NC報警104，關斷電源重新起動，報警消除，機床恢復正常，然而工作不久，又出現上述故障，如此反復。
       故障分析及解決：查詢NC 1O4報警，內容為：X軸測量閉環電纜折斷短路，信號丟失，不正確的門檻信號不正確的頻率信號，本機床的X、Y、Z三軸采用光柵尺對機床位移進行位置檢測，進行反饋控制形成一個閉環系統。
       根據故障現象和報警，我們先檢查讀數頭和光柵尺，光柵尺密封良好，里面潔凈，讀數頭和光柵尺沒有受到油污和灰塵污染，并且讀數頭和光柵尺正常，隨后我們又檢查差動放大器和測量線路板，經檢查未發現不良現象，經過這些工作后，我們把重點放在反饋電纜上，測量反饋端子，發現13號線電壓不穩，停電后測量13號線，發現有較大電阻，經仔細檢查，發現此線在X向隨導軌運動的一段有一處將要折斷，似接非接，造成反饋值不穩，偏離其實際值，導致電機失步，經對斷線重新接線，起動機床，故障消除。
        故障六：脈沖編碼器感應光電盤損傷導致加工件加工尺寸誤差。
        故障現象：CNC 862數控20車床X向切削零件時尺寸出現誤差，達到0.30mm／250mm，CRT無報警顯示。
        故障解決：本機床的X、Z軸為伺服單元控制直流伺服電機驅動，用光電脈沖編碼器作為位置檢測，據分析造成加工尺寸誤差的原因一般為：（1）X向滾珠絲杠與絲母副存在比較大的間隙或電機與絲杠相連接的軸承受損，導致實行行程與檢測到的尺寸出現誤差；（2）測量電路不良。
根據上述分析，經檢查發現絲杠與絲母間隙正常，軸承也無不良現象，測量電路的電纜連線和接頭良好，最后我們用示波器檢查編碼器的檢測信號，波形不正常。于是我們拆下編碼器，打開其外殼，發現光電盤不透光部分不知什么原因出現三個透明點致使檢測信號出現誤差，更換編碼器，問題解決，因為CNC 862系統的自診斷功能不是特別強，因此在出現這樣的故障時，機床不停機，也無NC報警顯示：
還有幾次因檢測元件不良造成的設備故障，在此就不一一列述。
        檢測元件是一種極其精密和容易受損的器件，一定要從下面幾個方面注意，進行正確的使用和維護保養。
        1．不能受到強烈振動和摩擦以免損傷代碼板，不能受到灰塵油污的污染，以免影響正常信號的輸出。
        2．工作環境周圍溫度不能超標，額定電源電壓一定要滿足，以便于集成電路片子的正常工作。
        3．要保證反饋線電阻，電容的正常，保證正常信號的傳輸。
        4．防止外部電源、噪聲干擾，要保證屏蔽良好，以免影響反饋信號。
        5．安裝方式要正確，如編碼器聯接軸要同心對正，防止軸超出允許的載重量，以保證其性能的正常。
        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，只要正確的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。