數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)、應(yīng)用與維修技術(shù)工作的復(fù)雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環(huán)境因素的制約，在數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)方面還沒有形成一套成熟的、完整的理論體系?？刂评碚撆c自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，使數(shù)控技術(shù)也在同步飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式上的PC基、開放化和性能上的多樣化、復(fù)雜化、高智能化不僅給其應(yīng)用從觀念到實(shí)踐帶來了巨大變化。

    一、數(shù)控技術(shù)

    談到維修，首先必須從總體上了解我們的維修對(duì)象。

    1. 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)綜述

    一臺(tái)典型的數(shù)控機(jī)床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)

    (1) 數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應(yīng)用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(jī)，3.5in軟盤驅(qū)動(dòng)器，CNC鍵盤，數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤及驅(qū)動(dòng)裝置、磁帶機(jī)、PC計(jì)算機(jī)等等。

    (2) 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的中樞，它將接到的全部功能指令進(jìn)行解碼、運(yùn)算，然后有序地發(fā)出各種需要的運(yùn)動(dòng)指令和各種機(jī)床功能的控制指令，直運(yùn)動(dòng)和功能結(jié)束。

    (3) 可編程邏輯控制器是機(jī)床各項(xiàng)功能的邏輯控制。它將來自CNC的各種運(yùn)動(dòng)及功能指令進(jìn)行邏輯排序，使它們能夠準(zhǔn)確地、協(xié)調(diào)有序地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)床的控制。

(4) 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接受來自CNC的驅(qū)動(dòng)指令，經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)接受速度反饋實(shí)施速度閉環(huán)控制。

(5) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的正確調(diào)節(jié)是重要的，應(yīng)該在位置開環(huán)的條件下作化調(diào)節(jié)，既不過沖又要保持一定的硬特性。

(6) 電器硬件電路隨著PLC功能的不斷強(qiáng)大，電器硬件電路主要任務(wù)是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器，很少還有繼電器邏輯電路的存在。

(7) 機(jī)床包括所有的電動(dòng)機(jī)、電磁閥、制動(dòng)器、各種開關(guān)等。它們是實(shí)現(xiàn)機(jī)床動(dòng)作的執(zhí)行者和機(jī)床各種現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的報(bào)告員。

(8) 速度測(cè)量通常由集裝于主軸和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)中的測(cè)速機(jī)來完成。它將電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為速度反饋信號(hào)。

(9) 位置測(cè)量較早期的機(jī)床使用直線或圓形同步感應(yīng)器或者旋轉(zhuǎn)變壓器，而現(xiàn)代機(jī)床多采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測(cè)量元件。

(10) 外部設(shè)備一般指PC計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等輸出設(shè)備，多數(shù)不屬于機(jī)床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。

    2. 數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的電氣控制

    數(shù)控機(jī)床一個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的電氣控制由電流(轉(zhuǎn)矩)控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)串聯(lián)組成。其控制框圖如圖2。

圖2 運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)電氣控制系統(tǒng)

    (1) 電流環(huán)是為伺服電機(jī)提供轉(zhuǎn)矩的電路。一般情況下它與電動(dòng)機(jī)的匹配調(diào)節(jié)已由制造者作好了或者指定了相應(yīng)的匹配參數(shù)，其反饋信號(hào)也在伺服系統(tǒng)內(nèi)聯(lián)接完成，因此不需接線與調(diào)整。

    (2) 速度環(huán)是控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速亦即坐標(biāo)軸運(yùn)行速度的電路。速度調(diào)節(jié)器是比例積分(PI)調(diào)節(jié)器，其P、I調(diào)整值完全取決于所驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸的負(fù)載大小和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度與傳動(dòng)間隙等機(jī)械特性。

    (3) 位置環(huán)是控制各坐標(biāo)軸按指令位置定位的控制環(huán)節(jié)。位置環(huán)將終影響坐標(biāo)軸的位置精度及工作精度。