电气控制线路常见故障处理方法

一、实训目标

（1）会分析数控机床中的正反转控制电路。

（2）会正确选择、使用工具进行故障诊断与分析。

（3）养成规范操作、认真细致、严谨求实的工作态度。

二、实训准备

（1）阅读教材，参考资料，查阅网络。

（2）观察机床电路，指出电路符号所对应的元器件。

（3）观察机床正常工作时主轴正反转的现象。

三、相关知识

1.模拟主轴与串行主轴

主轴的控制方法主要有三种，如表2-2所示。

表2-2　主轴的控制方法

主轴伺服系统可分为直流和交流两大类，由于现在大多数机床采用交流主轴伺服系统，在本项目中仅介绍交流系统。交流主轴伺服系统有模拟式和数字式两种产品。

CNC系统主轴控制可分为主轴串行输出和主轴模拟输出。这两种接口FANUC 0i-D系统都具备，主轴串行输出接口能够控制两个串行主轴，主轴模拟输出接口只能控制一个模拟主轴。

按串行方式传送数据（CNC系统给主轴电动机的指令）的接口称为串行输出；另一种是以输出模拟电压（电流）量为主轴电动机指令的接口。前一种必须使用FANUC的主轴驱动单元和电动机，后一种用模拟量控制的主轴驱动单元（如变频器）和电动机，所以就有了串行主轴和模拟主轴的称法，串行主轴和模拟主轴是按不同的分类标准得出的名称，可以把串行主轴当成模拟主轴的一个子集。

目前大部分的经济型机床均采用CNC系统模拟量输出+变频器+感应（异步）电动机的形式，性价比很高，这时也可以将模拟主轴称为变频主轴。

串行主轴以及模拟主轴的连接如图2-27所示。

图2-27　CNC系统的主轴连接

图2-28　三菱E700变频器实物

2.变频器

采用模拟主轴的机床必须使用变频器来实现主轴的相关功能，变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电动机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的通断来调整输出电源的电压和频率，根据电动机的实际需要来提供电源电压，进而达到节能、调速的目的。另外，变频器还有很多保护功能，如过流、过压、过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

常见的变频器品牌有三菱、欧姆龙、西门子等。下面以三菱E700系列为例进行讲解。三菱E700变频器实物如图2-28所示，端子连接如图2-29所示。

图2-29　三菱E700变频器端子的连接

L1、L2、L3端子为电源输入端，U、V、W为输出端，动力输出至主轴电动机，SD为主轴旋转的公共端。STF为正转启动端子，STR为反转启动端子，RH、RM、RL分别表示主轴高速、中速、低速三个挡位。5号端子为模拟信号公共端，连接2号端子以及5号端子表示采用直流10V的模拟电压，连接10号端子以及5号端子表示采用直流5V的模拟电压，连接5号端子以及AM端子表示模拟电压的输出端。A号端子以及B号端子接通时表示有异常，通常输出至CNC系统产生报警。

3.典型机床主轴电路分析以及故障排除

CK6136型数控机床的主轴相关电路如图2-30～图2-32所示。

图2-30　主轴主电路

原理分析：按下开机按钮SB1，中间继电器KA0线圈得电并自锁，KA0常开触点闭合，KM0线圈所在回路接通，线圈得电，KM0主触点闭合，三相电进入变频器。

输入主轴正转指令或者按下主轴正转按钮，输入信号Y2.0得电，中间继电器KA1线圈得电，常开触点闭合，正转启动端子STF接通，主轴开始正转。

输入主轴反转指令或者按下主轴反转按钮，输入信号Y2.1得电，中间继电器KA2线圈得电，常开触点闭合，反转启动端子STR接通，主轴开始反转。

根据上述的电路图以及原理分析，得出主轴正、反转电气控制线路常见故障：(www.xing528.com)

（1）主轴电动机两个方向均不能启动。

用万用表的交流电压挡检查主电路电压是否正常，如不正常，则向电源方向检查，看低压断路器QF2的导线连接处是否有松动现象，KM0主触头是否接触良好。如果正常，则检查控制电路的公共线路部分，检测线路部分是否有断开的地方、按钮触点接触是否良好等。

图2-31　主轴控制电路

图2-32　主轴信号电路

故障排除：如果是电路元器件损坏，则按照前面所说的方法进行修理或更换；如果是接头松动，则可将接头拧紧；如果是连接导线断开，则须更换该段导线。

（2）主轴电动机只有正方向能启动，反方向不能启动。

这种现象说明主电路没有故障，并且控制线路的公共部分也没有故障，那么故障应该在反转控制线路中。检查KA2的常开触点是否处于闭合状态、KA2的线圈接线是否良好。

故障排除：如果继电器KA2的常开触点处于断开状态，则须检查系统输出及KA2线圈的控制回路。若是KA2的线圈接头松动，则须将之拧紧。

（3）主轴电动机只有反方向能启动，正方向不能启动。

这种现象说明主电路没有故障，并且控制线路的公共部分也没有故障，那么故障应该在正转控制线路中。检查KA1的常开触点是否处于闭合状态、KA1的线圈接线是否良好。

故障排除：如果继电器KA1常开触点处于断开状态，则须检查系统输出及KA1线圈的控制回路。若是KA1线圈接头松动，则须将之拧紧。

四、实训内容

根据机床实际情况判断故障类型，用万用表检测主轴电动机的故障并将其排除，做好相关记录，完成表2-3。

表2-3　主轴电动机排除故障记录

五、实训步骤

（1）先启动主轴电动机观察运行情况，发现接触器KM0线圈未吸合而导致主轴无法启动时，则关闭机床电源。

（2）找出接触器KM0的常开触头与启动按钮并联的两根接线12号线和0号线。

（3）将万用表的转换开关拨到电阻-蜂鸣挡。

（4）把万用表的表棒分别放在12号线的两端看表读数。如果有读数且有蜂鸣声，则说明导线中间没有断开；如果读数为0，则说明导线中间已断开。

（5）用同样的方法可以判断导线2是否完好。

（6）如果导线中间有断开的地方，则更换导线；如果导线完好，则须继续检查。

（7）检查接头是否松动或脱落。如果是这样，则将接头拧紧。

（8）检查完毕，再次打开电源，启动主轴电动机，则主轴电动机能够启动。

（9）关闭电源，清理实习场地。

六、注意事项

（1）要注意人身及设备的安全。关闭电源后，方可观察机床内部结构。

（2）未经指导教师许可，不得擅自任意操作。

（3）在规定时间内完成，操作过程符合安全操作规范。

（4）实验完毕后，要注意清理现场。

七、学习评价

根据对故障现象分析的情况、故障排除过程中的操作规范情况、故障排除情况进行评价（表2-4）。

表2-4　主轴正、反转电气控制线路常见故障处理评价