数控设备检测元件的故障及维修
检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。测量方式可分为直接测量和间接测量：直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量，直接测量常用的检测元件一般包括：直线感应同步器、计量光栅、磁尺激光干涉仪。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测元件测量，间接测量常用的检测元件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。
当机床出现如下故障现象时，应考虑是否是由检测元件的故障引起的：
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，检查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）检查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，主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时测编码器输出波形，正常波形如下：
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、联轴节联接是否平稳可靠、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FAUNUC 6ME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，（此时调整电源电压的15V，使主电路板的＋5V端子上的电压值在4.95—5.10V内）。
（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．伺服系统的报警号：如FAUNUC 6ME系统的伺服报警：416、426、436、446、456。SIEMENS 880系统的伺服报警：1364 SIEMENS 8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。
我厂现有数控设备15台，其中，西门子8系统加工中心一台，西门子880系统加工中心二台，数控切割机四台，IRB2000焊接机器人三台，CNCJ一800X8100数控折弯机一台，FAUNUC 6系统加工中心一台，普通数控车床三台，从91年使用第一台YBM-90N西门子8系统加工中心开始至今，从使用过程中出现的故障来看，检测元件出现的故障占了很大比例：下面就几具典型故障作一个分析。
故障一：脉冲编码器光电盘划分，导致工作台定位不准。
故障现象：芬兰VMC800 SIMES 880立式加工中心的工作台为双工作台，通过交换工作台完成两工件加工，工作台靠鼠盘定位，鼠牙盘等分360个齿，每个齿对应1°工作台靠油缸上下运动实现工作的离合，通过伺服电机拉动同步齿形带，带动工作台旋转通过脉冲编码器来检测工作台的旋转角度和定位，工作台在96年8月份出现定位故障，工作台不能正确参考点，每次定位错误不管自动还是手动都相差几个角度，角度数，有时1°，有时2°，但是工作台如果分别正转几个角度如30°、60°、90°，再相应的反转30°、60°、90°时，定位准确，出现定位错误时，CRT出现NC 228*报警显示。
故障分析：查询228*报警内容为：M19选择无效，即：M19定位程序在运行时没有完成，当时我们认为是M19定位程序和有关的NC MD有错，但是检查程序和数据正常，经分析有可能是下面几种原因引起工作台定位错误：（1）同步齿形带损坏，导致工作台实际转数与检测到的数值不符；（2）编码器联轴节损坏；（3）测量电路不良导致定位错误。
故障解决：根据以上原因，我们对同步齿形带和编码器联轴节，进行检查，发现一切正常，排除上述原因后，我们判断极有可能是测量电路不良引起的故障，本机床是由RAC 2：2-200驱动模块，驱动交流伺服电机构成Sl轴，由6Fxl l21-4BA测量模块与一个1024脉冲的光电脉冲编码器组成NC测量电路，在工作台定位出现故障时，检查工作台定位PLC图，PLC图人板4Al-C8上输人点E9.3、E9.4、E9.5、E9.6、E9.7是工作台在旋转联结定位的相关点，输出板4Al-C5上A2.2、A2.3、A2.4、A2.5、A2.6是相应的输出点，检查这几个点，工作状态正常，从PLC图上无法判断故障原因，于是我们检查测量电路模块6Fx1，121- 4BA无报警显示正常。在工作台定位的过程中，用示波器测量编码器的反馈信号，判定编码器出现故障。于是我们拆下编码器，拆下其外壳，发现其光电盘与底下的指示光栅距离大近，旋转时产生摩擦，光电盘里圈不透光部分被摩擦划了一个透光圆环，导致产生不良脉冲信号，经更换编码器问题解决，现在考虑当初的报警没有显示测量电路故障，是因为编码器光电盘还没有完全损坏，是一个随机性故障，CNC无法真实的显示真正的报警内容，因此数控设备的报警并不能完全彻底的说明故障原因，需要更加深入地进行分析。
故障二：脉冲编码器A相信号错误导致轴运动产生振动。
故障现象：FAUNUC 6ME系统双面加工中心96年10月份X向在运动的过程中产生振动，并且在CRT上出现NC416报警。
故障分析：根据故障现象，我们分析引起故障的原因可能有以下几种。（1）速度控制单元出现故障；（2）位置检测电路不良；（3）脉冲编码器反馈电缆的连线和连接不良；（4）脉冲编码器不良；（5）机床数据是否正确；（6）伺服电机及测速机故障。
故障解决：针对上述分析出的原因，对速度控制单元、主电路板、脉冲编码器反馈电缆的连接和连线进行检查，发现一切正常，机床数据正常，然后将电动机与机械部分脱开，用手转动电动机，观察713号诊断状态，713诊断内容为：713.3为X轴脉冲编码器反馈信号，如果断线，此位为1。713.2为X轴编码器反馈一转信号。713.1为X轴脉冲编码器B相反馈信号。713.0为X轴脉冲编码器A相反馈信号。713.2、713.1、713.0正常时电动机转动应为“0”、“1”不断变化，在转动电动机时，发现713.0信号只为“0”不变“1”，我们又用示波器检测脉冲编码器的A相、B相和一转信号，发现A相信号不正常，因此通过上述检查可判定调轴脉冲编码器不良，经更换新编码器，故障解决。
故障三：测速发电机的励磁绕组线引起控制轴振动的故障。
故障现象：从芬兰引进的IRB2000机器人98年10份出现故障，启动机器人，机器人在导轨（第七轴）上不运行，并有强烈振动，在控制器上出现506 1407和509 237报警。
故障分析：5006 1407报警内容为：（1）机器人在第七轴运行时遇到障碍；（2）驱动电机超载，电磁刹车没有松开；（3）驱动电机通过电流，但不能正确换向；（4）驱动电机没有通过电流。509 237报警内容为：第七轴的测速发电机不良，测速机断路。
故障解决：根据故障现象和报警内容，我们对驱动系统进行检查，驱动电机为交流伺服电机，型号为NAC093A-O-WS-3-C／110-B-1，驱动板为DSQC236B，该系统的检测为测速发电机和脉冲编码器对速度和位置进行检测控制，首先我们检查各连接电缆的连线，接头和驱动板都正常，然后我们又检查强电电路，经检查发现控制驱动电机电磁刹车的时间继电器有一触点断线，焊好后，重新启动，时间继电器虽然工作正常，但是电机仍不能运行，报警仍未消除，随后我们把电机与机械部分脱开，只接通刹车电源，用手转动电机，电机不动，同时测量刹车线圈，发现线圈烧损，经修复刹车故障解除，506 1407报警消除，但是509 237报警仍未消除，机器人运行仍有振动，于是我们测量测速发电机励磁绕组，发现绕组断线，因绕组线为0．2mm，线太细并且断掉好几根，修复难度太大，修复无望，于是我们向ABB公司定货，经更换测速发电机，故障解除。
故障四：脉冲编码器受油污染，导致轴定位故障。
故障现象：SIEMENS 880卧式加工中心工作台98年10月份在旋转定位过程中出现故障，运行中断，CRT出现报警号： 1364报警内容为1364 ORD 4B2 measuing System Dirty即测量系统受污染。
故障解决：根据故障报警内容，我们先拆下检测线路板和反馈电缆接头，用酒精清洗其灰尘和油污，起动工作台，故障没消除，随后我们又拆下检测工作台位置的脉冲编码器，发现里面充满了大量机械油，原来有一通入编码器的压缩空气气路，压缩空气能把进入编码器的灰尘吹出，起到清洁编码器的作用，这些机械油是由气路通气时，因压缩空气不洁净，由压缩空气带进来的，我们用汽油把这些油污洗干净，并提高压缩空气质量，重新安装好编码器后，起动工作台，故障消除。
故障五：闭环电路检测信号线折断，导致控制轴运行故障。
故障现象：SIEMENS 8系统卧式加工中心有一次正在工作过程中，机床突然停止运行，CRT出现NC报警104，关断电源重新起动，报警消除，机床恢复正常，然而工作不久，又出现上述故障，如此反复。
故障分析及解决：查询NC 1O4报警，内容为：X轴测量闭环电缆折断短路，信号丢失，不正确的门槛信号不正确的频率信号，本机床的X、Y、Z三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测，进行反馈控制形成一个闭环系统。
根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅尺密封良好，里面洁净，读数头和光栅尺没有受到油污和灰尘污染，并且读数头和光栅尺正常，随后我们又检查差动放大器和测量线路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，我们把重点放在反馈电缆上，测量反馈端子，发现13号线电压不稳，停电后测量13号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在X向随导轨运动的一段有一处将要折断，似接非接，造成反馈值不稳，偏离其实际值，导致电机失步，经对断线重新接线，起动机床，故障消除。
故障六：脉冲编码器感应光电盘损伤导致加工件加工尺寸误差。
故障现象：CNC 862数控20车床X向切削零件时尺寸出现误差，达到0.30mm／250mm，CRT无报警显示。
故障解决：本机床的X、Z轴为伺服单元控制直流伺服电机驱动，用光电脉冲编码器作为位置检测，据分析造成加工尺寸误差的原因一般为：（1）X向滚珠丝杠与丝母副存在比较大的间隙或电机与丝杠相连接的轴承受损，导致实行行程与检测到的尺寸出现误差；（2）测量电路不良。
根据上述分析，经检查发现丝杠与丝母间隙正常，轴承也无不良现象，测量电路的电缆连线和接头良好，最后我们用示波器检查编码器的检测信号，波形不正常。于是我们拆下编码器，打开其外壳，发现光电盘不透光部分不知什么原因出现三个透明点致使检测信号出现误差，更换编码器，问题解决，因为CNC 862系统的自诊断功能不是特别强，因此在出现这样的故障时，机床不停机，也无NC报警显示：
还有几次因检测元件不良造成的设备故障，在此就不一一列述。
检测元件是一种极其精密和容易受损的器件，一定要从下面几个方面注意，进行正确的使用和维护保养。
1．不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板，不能受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。
2．工作环境周围温度不能超标，额定电源电压一定要满足，以便于集成电路片子的正常工作。
3．要保证反馈线电阻，电容的正常，保证正常信号的传输。
4．防止外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。
5．安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重量，以保证其性能的正常。
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，只要正确的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。
当机床出现如下故障现象时，应考虑是否是由检测元件的故障引起的：
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，检查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）检查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，主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时测编码器输出波形，正常波形如下：
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、联轴节联接是否平稳可靠、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FAUNUC 6ME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，（此时调整电源电压的15V，使主电路板的＋5V端子上的电压值在4.95—5.10V内）。
（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．伺服系统的报警号：如FAUNUC 6ME系统的伺服报警：416、426、436、446、456。SIEMENS 880系统的伺服报警：1364 SIEMENS 8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。
我厂现有数控设备15台，其中，西门子8系统加工中心一台，西门子880系统加工中心二台，数控切割机四台，IRB2000焊接机器人三台，CNCJ一800X8100数控折弯机一台，FAUNUC 6系统加工中心一台，普通数控车床三台，从91年使用第一台YBM-90N西门子8系统加工中心开始至今，从使用过程中出现的故障来看，检测元件出现的故障占了很大比例：下面就几具典型故障作一个分析。
故障一：脉冲编码器光电盘划分，导致工作台定位不准。
故障现象：芬兰VMC800 SIMES 880立式加工中心的工作台为双工作台，通过交换工作台完成两工件加工，工作台靠鼠盘定位，鼠牙盘等分360个齿，每个齿对应1°工作台靠油缸上下运动实现工作的离合，通过伺服电机拉动同步齿形带，带动工作台旋转通过脉冲编码器来检测工作台的旋转角度和定位，工作台在96年8月份出现定位故障，工作台不能正确参考点，每次定位错误不管自动还是手动都相差几个角度，角度数，有时1°，有时2°，但是工作台如果分别正转几个角度如30°、60°、90°，再相应的反转30°、60°、90°时，定位准确，出现定位错误时，CRT出现NC 228*报警显示。
故障分析：查询228*报警内容为：M19选择无效，即：M19定位程序在运行时没有完成，当时我们认为是M19定位程序和有关的NC MD有错，但是检查程序和数据正常，经分析有可能是下面几种原因引起工作台定位错误：（1）同步齿形带损坏，导致工作台实际转数与检测到的数值不符；（2）编码器联轴节损坏；（3）测量电路不良导致定位错误。
故障解决：根据以上原因，我们对同步齿形带和编码器联轴节，进行检查，发现一切正常，排除上述原因后，我们判断极有可能是测量电路不良引起的故障，本机床是由RAC 2：2-200驱动模块，驱动交流伺服电机构成Sl轴，由6Fxl l21-4BA测量模块与一个1024脉冲的光电脉冲编码器组成NC测量电路，在工作台定位出现故障时，检查工作台定位PLC图，PLC图人板4Al-C8上输人点E9.3、E9.4、E9.5、E9.6、E9.7是工作台在旋转联结定位的相关点，输出板4Al-C5上A2.2、A2.3、A2.4、A2.5、A2.6是相应的输出点，检查这几个点，工作状态正常，从PLC图上无法判断故障原因，于是我们检查测量电路模块6Fx1，121- 4BA无报警显示正常。在工作台定位的过程中，用示波器测量编码器的反馈信号，判定编码器出现故障。于是我们拆下编码器，拆下其外壳，发现其光电盘与底下的指示光栅距离大近，旋转时产生摩擦，光电盘里圈不透光部分被摩擦划了一个透光圆环，导致产生不良脉冲信号，经更换编码器问题解决，现在考虑当初的报警没有显示测量电路故障，是因为编码器光电盘还没有完全损坏，是一个随机性故障，CNC无法真实的显示真正的报警内容，因此数控设备的报警并不能完全彻底的说明故障原因，需要更加深入地进行分析。
故障二：脉冲编码器A相信号错误导致轴运动产生振动。
故障现象：FAUNUC 6ME系统双面加工中心96年10月份X向在运动的过程中产生振动，并且在CRT上出现NC416报警。
故障分析：根据故障现象，我们分析引起故障的原因可能有以下几种。（1）速度控制单元出现故障；（2）位置检测电路不良；（3）脉冲编码器反馈电缆的连线和连接不良；（4）脉冲编码器不良；（5）机床数据是否正确；（6）伺服电机及测速机故障。
故障解决：针对上述分析出的原因，对速度控制单元、主电路板、脉冲编码器反馈电缆的连接和连线进行检查，发现一切正常，机床数据正常，然后将电动机与机械部分脱开，用手转动电动机，观察713号诊断状态，713诊断内容为：713.3为X轴脉冲编码器反馈信号，如果断线，此位为1。713.2为X轴编码器反馈一转信号。713.1为X轴脉冲编码器B相反馈信号。713.0为X轴脉冲编码器A相反馈信号。713.2、713.1、713.0正常时电动机转动应为“0”、“1”不断变化，在转动电动机时，发现713.0信号只为“0”不变“1”，我们又用示波器检测脉冲编码器的A相、B相和一转信号，发现A相信号不正常，因此通过上述检查可判定调轴脉冲编码器不良，经更换新编码器，故障解决。
故障三：测速发电机的励磁绕组线引起控制轴振动的故障。
故障现象：从芬兰引进的IRB2000机器人98年10份出现故障，启动机器人，机器人在导轨（第七轴）上不运行，并有强烈振动，在控制器上出现506 1407和509 237报警。
故障分析：5006 1407报警内容为：（1）机器人在第七轴运行时遇到障碍；（2）驱动电机超载，电磁刹车没有松开；（3）驱动电机通过电流，但不能正确换向；（4）驱动电机没有通过电流。509 237报警内容为：第七轴的测速发电机不良，测速机断路。
故障解决：根据故障现象和报警内容，我们对驱动系统进行检查，驱动电机为交流伺服电机，型号为NAC093A-O-WS-3-C／110-B-1，驱动板为DSQC236B，该系统的检测为测速发电机和脉冲编码器对速度和位置进行检测控制，首先我们检查各连接电缆的连线，接头和驱动板都正常，然后我们又检查强电电路，经检查发现控制驱动电机电磁刹车的时间继电器有一触点断线，焊好后，重新启动，时间继电器虽然工作正常，但是电机仍不能运行，报警仍未消除，随后我们把电机与机械部分脱开，只接通刹车电源，用手转动电机，电机不动，同时测量刹车线圈，发现线圈烧损，经修复刹车故障解除，506 1407报警消除，但是509 237报警仍未消除，机器人运行仍有振动，于是我们测量测速发电机励磁绕组，发现绕组断线，因绕组线为0．2mm，线太细并且断掉好几根，修复难度太大，修复无望，于是我们向ABB公司定货，经更换测速发电机，故障解除。
故障四：脉冲编码器受油污染，导致轴定位故障。
故障现象：SIEMENS 880卧式加工中心工作台98年10月份在旋转定位过程中出现故障，运行中断，CRT出现报警号： 1364报警内容为1364 ORD 4B2 measuing System Dirty即测量系统受污染。
故障解决：根据故障报警内容，我们先拆下检测线路板和反馈电缆接头，用酒精清洗其灰尘和油污，起动工作台，故障没消除，随后我们又拆下检测工作台位置的脉冲编码器，发现里面充满了大量机械油，原来有一通入编码器的压缩空气气路，压缩空气能把进入编码器的灰尘吹出，起到清洁编码器的作用，这些机械油是由气路通气时，因压缩空气不洁净，由压缩空气带进来的，我们用汽油把这些油污洗干净，并提高压缩空气质量，重新安装好编码器后，起动工作台，故障消除。
故障五：闭环电路检测信号线折断，导致控制轴运行故障。
故障现象：SIEMENS 8系统卧式加工中心有一次正在工作过程中，机床突然停止运行，CRT出现NC报警104，关断电源重新起动，报警消除，机床恢复正常，然而工作不久，又出现上述故障，如此反复。
故障分析及解决：查询NC 1O4报警，内容为：X轴测量闭环电缆折断短路，信号丢失，不正确的门槛信号不正确的频率信号，本机床的X、Y、Z三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测，进行反馈控制形成一个闭环系统。
根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅尺密封良好，里面洁净，读数头和光栅尺没有受到油污和灰尘污染，并且读数头和光栅尺正常，随后我们又检查差动放大器和测量线路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，我们把重点放在反馈电缆上，测量反馈端子，发现13号线电压不稳，停电后测量13号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在X向随导轨运动的一段有一处将要折断，似接非接，造成反馈值不稳，偏离其实际值，导致电机失步，经对断线重新接线，起动机床，故障消除。
故障六：脉冲编码器感应光电盘损伤导致加工件加工尺寸误差。
故障现象：CNC 862数控20车床X向切削零件时尺寸出现误差，达到0.30mm／250mm，CRT无报警显示。
故障解决：本机床的X、Z轴为伺服单元控制直流伺服电机驱动，用光电脉冲编码器作为位置检测，据分析造成加工尺寸误差的原因一般为：（1）X向滚珠丝杠与丝母副存在比较大的间隙或电机与丝杠相连接的轴承受损，导致实行行程与检测到的尺寸出现误差；（2）测量电路不良。
根据上述分析，经检查发现丝杠与丝母间隙正常，轴承也无不良现象，测量电路的电缆连线和接头良好，最后我们用示波器检查编码器的检测信号，波形不正常。于是我们拆下编码器，打开其外壳，发现光电盘不透光部分不知什么原因出现三个透明点致使检测信号出现误差，更换编码器，问题解决，因为CNC 862系统的自诊断功能不是特别强，因此在出现这样的故障时，机床不停机，也无NC报警显示：
还有几次因检测元件不良造成的设备故障，在此就不一一列述。
检测元件是一种极其精密和容易受损的器件，一定要从下面几个方面注意，进行正确的使用和维护保养。
1．不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板，不能受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。
2．工作环境周围温度不能超标，额定电源电压一定要满足，以便于集成电路片子的正常工作。
3．要保证反馈线电阻，电容的正常，保证正常信号的传输。
4．防止外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。
5．安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重量，以保证其性能的正常。
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，只要正确的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。
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