数控机床电气维修技术

我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此
项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技

术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，
尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统

结构形式上的 PC 基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实

践带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形

式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，
本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科

理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。

　　一、数控技术
　　谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。

　　1.数控机床电气控制系统综述

　　(1)数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔

带阅读机(已很少使用)，3.5in 软盘驱动器，CNC 键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬

盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、PC 计算机等等。

　　(2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地

发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。

　　数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而
日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。

　　(3)可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自 CNC 的各种运动及功

能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种

信息及工作状态传送给 CNC，使 CNC 能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对

整个机床的控制。

　　当代 PLC 多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而 PLC 硬件则在规

模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC 与 CNC 的集成是采取软件接口实现的，一般系

统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态
进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，

完成对运动或功能的控制。
　　不同厂商的 PLC 有不同的 PLC 语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机

床 PLC 程序的前提是先熟悉该机床的 PLC 语言。

　　(4)主轴驱动系统接受来自 CNC 的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱

动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过 PLC 将主轴的各种现实

工作状态通告 CNC 用以完成对主轴的各项功能控制。

　　主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不
可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例

如零漂等。通常 CNC 中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，

因此要注意二者取一，切勿冲突。

　　(5)进给伺服系统接受来自 CNC 对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电

流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈

信号实施速度闭环控制。它也通过 PLC 与 CNC 通信，通报现时工作状态并接受 CNC 的控

制。

　　进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化
调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机

械传动链的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
　　(6)电器硬件电路随着 PLC 功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与

控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的

存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一

旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由 PLC 逻辑取而代之，但是这不

仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的 PLC 语言与程序深入掌握才

行。
　　(7)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床各

种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。这里可能的主要故障多数属于电器件自身
的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。