《数控机床故障分析与维修》课件第5章.ppt

1、第5章 数控机床的电气故障分析 5.1 数控机床电器类别及其作用数控机床电器类别及其作用5.2 熔断器熔断机理与故障分析熔断器熔断机理与故障分析5.3 开关失效与实例分析开关失效与实例分析5.4 空气断路器故障现象及其成因空气断路器故障现象及其成因5.5 接触器常见故障及其成因接触器常见故障及其成因5.6 继电器常见故障及其成因继电器常见故障及其成因5.7 执行电器执行电器(电磁抱闸制动、电磁阀与电磁抱闸制动、电磁阀与电磁离合器电磁离合器)故障、成因与实例分析故障、成因与实例分析5.8 机床电器的主要故障及其成因机床电器的主要故障及其成因5.1 数控机床电器类别及其作用数控机床电器类别及其作用

2、 机床侧的电器可分类为：配电电器、控制电器与执行电器。所谓低压电器，一般定义为：交流电压1200 V、直流电压1500 V，在电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。低压电器一般包括配电电器与控制电器。而执行电器是作为控制电路输出的负载。配电电器，包括了熔断器、断路器、接触器与继电器(过流继电器与热继电器)以及各类低压开关等。配电电器，主要用于低压配电电路(低压电网)或动力装置中，对电路和设备进行保护、通断、转换电源或转换负载作用。配电电器，常在配电线路与用电设备中，用作保护电器。例如：在配电线路中与可控硅元件交流侧采用的熔断器/保险丝、空气开关/断路器来作短路保护；配电线路中或电动机变压器

3、的合闸开关时采用熔断器、空气开关作为过载保护；过电流脱扣器(常组合于断路器中)与过电流继电器的过电流保护；欠压脱口器的欠压和失压保护；以及在电动机断相保护中综合应用了热继电器、熔断器与漏电保护断路器等等。控制电器，包括了控制电路中用作发布命令或控制程序的开关电器(电气传动控制中控制器、电动机启/停/正反转兼作过载保护的启动器)、电阻器与变阻器(不断开电路的情况下可以分级或平滑地改变电阻值)、操作电磁铁、中间继电器(速度继电器与时间继电器)等。执行电器，一般包括电动机、电磁抱闸制动、电磁离合器与电磁阀等。执行电器还必须通过接触器或继电器的触头来通断它们的电源。5.2 熔断器熔断机理与故障分析熔断

4、器熔断机理与故障分析 熔断器(俗称“保险丝(保险丝管)”)，安装在单相断路器前，用作过载过流保护，以克服断路器可能的不动作，保证使用安全。它安装于开关电路的交流电源输入端，作过流保护。FU 1.保险丝的保护作用 电动机的过载或频繁的启停动作瞬间会产生大幅感应电流窜入电网；或者其它大功率(例如可控硅击穿、线圈短路)负载短路产生大电流。熔断器能瞬间熔断以切断交流电源，保护了电路中的其它器件。所以，电动机启停动作瞬间的停机故障，应当先查电源是否被切断，如是，而外电网正常的话，当查保险丝是否熔断。熔体材料、形状及尺寸不同，它们的保护特性与分断能力也不同。交流电源无输出故障现象中，熔断器本身以及使用不当

5、也可能成为故障成因：熔体安装时受损伤熔断器本身的质量问题。熔体允许电流规格太小熔断器规格选用不当。熔体两端或接线端接触不良；熔丝实际未断但电路不通熔断器安装不良或其夹座的接触不良故障。2.熔丝熔断机理熔丝熔断机理 当过电流不太大时，熔丝熔断时间将增长，慢慢地熔断会使金属蒸汽增多，保险管内呈白雾状。当瞬间过电流极大时，熔丝的熔断点必呈光亮的烧结点，管壁发黑所在电路中必定存在严重短路。在开关电路失电故障中，可以根据熔断的保险丝管情况来判断故障成因：管内呈白雾状：可能是半桥中的个别开关管不良或击穿(一般不易检查出来)造成的局部短路。管壁发黑：必定对应有高压滤波电容击穿或整流管击穿造成的严重短路故障。

6、因此，根据熔断的保险管所呈现的状态，可判断过流电流的大小。在开关电路失电故障中，可以根据熔断的保险丝管情况来判断故障成因：管内呈白雾状：可能是半桥中的个别开关管不良或击穿(一般不易检查出来)造成的局部短路。管壁发黑：必定对应有高压滤波电容击穿或整流管击穿造成的严重短路故障。例5.2.1 两台德国CWK500加工中心托盘不能进行手动转动。修前技术准备 查阅电气图并根据其工作原理，画出相关控制动作流程图，如图5.2.1所示。交流励磁回路6 A保险丝与断路器电磁抱闸接触器闭合电磁抱闸线圈得电闸松开托盘处自由状托盘电磁阀接触器闭合托盘线圈得电电磁阀动作托盘锁销松开托盘手动转动延时PLCE81084按下

7、手动托盘松开按钮图5.2.1 手动托盘动作控制流程图 修前调查 无报警显示。电网电源正常。有多次保险丝熔断记录。这次更换保险丝后无效。据理析象 “手动”与PLC程序及软件无关。初判故障类型：机械故障与电器器件故障。不能动，同“正输入”的指令信号与共同的励磁四路等有关。也和“负输入”的传动阻力与制动有关。故障大定位：励磁回路与托盘传动轴系统。罗列成因 流程图中的每个环节都可能成为故障成因。由故障记录，最可能的故障环节：励磁回路断路。确定步骤 观察检查法：查励磁回路断路器与保险丝查电磁阀托盘锁销。观察检查法 励磁回路中：6 A保险丝熔断。管壁发黑，表明存在严重短路故障。究其成因，查出电机内电磁抱闸

8、线圈匝间短路，整流管烧坏。排除故障 换件。机床恢复正常。根除故障真正成因 为避免在两台机床上的故障重演，还必须寻找历次保险丝熔断的真正成因。观察操作者动作过程：按下手动托盘松开按钮托盘松开转动托盘装上工件夹紧工件完成其它工作后才卡紧托盘按钮。发现前几次保险丝熔断成因：操作不当。因为全过程电机电磁抱闸线圈一直处于通电状态，造成托盘电机内温升过高，电磁抱闸线圈绝缘层破坏而造成匝间短路。每次保险丝熔断后未查清成因又扩大了故障(逐渐扩大了短路范围。短路电流的增大，导致电机内整流电路中整流管烧坏)。更改操作方法：每次转动托盘到位后立即卡紧托盘，切断电磁抱闸线圈电源。彻底消除了故障隐患。5.3 开关失效与

9、实例分析开关失效与实例分析 表表5.3.1 数控机床中的常见开关及其故障数控机床中的常见开关及其故障 名称 闸刀开关 负载开关 组合/转换 开关*按钮开关 位置/行程/限位开关 符号 Q或S 机构特点 手动转动机构上的触刀与静插座 手动转动机构上触刀、静插座与保险丝组成 应外壳接地 手动转动机构上多个动触头与弹性的定触头组成 应外壳接地 静触头与装在复位弹性机构上的动触头组成(手动机构)弹簧杠杆上的压轮为动触头，与静触头组成 常见故障 开关动作时的拉弧，烧损或氧化静插座，造成接触不良 熔丝熔断、接触/联接不良 触刀烧毁接触不良 机 构 锈 或 松动、手柄失灵 外壳接地不良与进线绝缘不良而碰壳漏

10、电 机构损坏、磨损、松动造成动作失效 触头弹性失效或尘污接触不良造成三触头不能同时接通/断开 久用污染形成导电层、胶木烧焦，绝缘破坏，造成短路 按下启动按钮有触电感觉：导线与按钮防护金属外壳短路 停止按钮失灵：接线错误、线头松动 按下停止按钮，再按启动按钮，被控电器不动作：因复位弹簧失效导致动断触头间短路 机构失灵/损坏/断线或离挡块太远 开关复位 但动断触头不能闭合(触头偏斜或脱落，触杆移位被卡或弹簧失效)开关的杠 杆已偏转但触头不动(开关安装欠妥，触头被卡)可导致撞车 开关松动 与移位(外因)注：*另有万能转换开关(SA)主要用于控制线路的转换，电气测量仪表的转换、配电设备的远距离控制。也

11、可用于小容量电动机的启动、制动、换向及变速控制。可见，开关失效的成因与故障现象：触点接触不良、接线的连接不良或动断触头短路，造成电路不通或被控电器不动作。机构不良(弹簧失效或卡住)与损坏、安装欠妥、松动或移位，造成开关不动作或者误动作。污染、接地不良与绝缘不良会造成漏电与开关短路。开关是验收中不可缺少的项目，又是定期维修与更换的项目之一。开关的机械寿命一般为500010000次。电寿命带负载的操作次数一般为5001000次。失效，就是指失去正常的功能。开关的失效，除了其本身质量与使用寿命问题外，还有外部原因。开关失效的外因触点的烧损与氧化、机构的使用寿命，是与使用的时间与频次有关的；环境的洁净

12、与否关系到触头的污染、短路；开关动作的可靠性，是与安装位置是否到位、稳固可靠，接线是否稳固以及绝缘安全等有关的。例例5.3.1 SIMENS 820系统的匈牙力MKC500卧式加工中心，出现工作台不能移动现象，CRT上显示7020报警。修前技术准备 查知7020报警为工作台交换门错误。故障特征：硬件故障的软件报警PLC报警。查出工作台交换门为复合行程开关SQ35。画出相关控制动作流程如下：交换门行程开关压合压合发讯PLC输出指令工作台移动。修前调查 检查行程开关SQ35未发现异常。据理析象 能报警，表面PLC装置主体是好的。由报警内容看，可判别故障类型：硬件故障。罗列成因 两个可能的故障点：P

13、LC输入板或输出板相关接口电路故障或行程开关故障。先一般后特殊，最可能的故障是行程开关常见易出失效的器件。确定步骤 充分利用自诊断：调用实时PLC的I/O接口信息表，采用接口分析法。查资料：SQ35复合触头开关的地址位/标志位如下：E10.6 E10.7正常运行时接口信号状态：“1”(闭合)“0”(打开)诊断表实时接口信号状态：“0”“0”状态对比，判出故障点：E10.6 未闭合。故障点测试 SQ35压合不良是E10.6接触不良。修复排除故障 用细砂纸擦去氧化膜，用酒精清理。故障排除。例5.3.2 FANUC-BESK-7CM 系统JCS-018立式加工中心，主轴定向后ATC指示灯不亮，机械手

14、无换刀动作，无任何报警显示。修前技术准备 除机械手不正常外，机床其它部分工作均正常，用人工换刀后机床也能正常工作。查机床连接图与相关部分梯形图。画出相关的控制示意图，如图5.3.1所示。输入板OREND(机械手换刀动作机械手换刀指令ATC指示灯点亮主轴定向完成)ONZPZ(Z轴零点)ONINPI(刀库伺服定位正常)ONA75RLS机械手)ON75行程开关180RLS(机械手)ON180AUPLS(机械手向上)ON输出板PLC换刀条件已满足ATCP ON机械手已复原位AINI ON(回行程开关回行程开关图5.3.1 机械手换刀控制示意图 据理析象 机械手不动作需要查它的输入检查机械手是否得到PL

15、C的换刀指令。必须同时满足换刀条件与机械手复位后，ATC指示灯才可点亮、PLC才下达换刀指令。满足两个条件的中间继电器处于ON的条件，使相应反馈接口信号必须到达(三个行程开关处于ON)。PLC无输出ATC指示灯不亮，表明这些反馈信号输入不正常。故障类型：硬件故障。罗列成因 输出不正常先查输入。最可能故障是三个行程开关，是机械手常见易出故障的器件。观察检查法 检查发现：A75RLS未到位压合。故障处理 调整该行程开关挡块位置，使其完全压合。故障排除。前面例3.5.1机械手不能自动换刀故障，故障确切成因也是位置开关移位所致。5.4 空气断路器故障现象及其成因空气断路器故障现象及其成因 空气断路器，

16、也称作空气开关、低压断路器与自动断路器。一般应用于启动不频繁的电路中。断路器的作用：在主轴伺服配电系统、伺服配电系统中用作配电线路中过载和短路保护；用作可控硅电路交流侧的短路保护；用作启动不频繁的电动机变压器的合闸开关等处。一般QM型低压空气断路器，可以由主触头导电系统、灭弧系统、开关机构与一些脱扣器组成。这些脱扣器由于相关原因，将顶开“锁扣”从而压缩分断弹簧使主触头断开脱扣(见图5.4.1)。QF型是一种简单的空气断路器。它只有欠压与过流脱扣器，而不具有热脱扣(或热继电器)与分励脱扣器。而电流动作型的漏电保护断路器(如图5.4.2所示)，是一种采用了零电流互感器与漏电流脱扣线圈组成的漏电流脱扣器。QM或QF锁扣过流脱扣 欠压脱扣分励脱扣双金属热脱扣分断弹簧主触头图5.4.1 低压断路器的工作原理 开关本体零序电流互感器电动机漏电脱扣器线圈图5.4.2 电流动作型漏电保护断路器工作原理 由断路器的工作原理可知：导致断路器断路动作(主触头开启)的外部成因是：电源电压的欠压、无压、干扰(导致分励脱扣)、过流/过载/短路(导致过流脱扣)、异常温升(例通风不良导致热脱扣)、漏电等。由图5.4.