電子手輪常見故障診斷與維修

汪小寶 錢明珠

摘要：通過分析實(shí)際生產(chǎn)過程中數(shù)控機(jī)床電子手輪有關(guān)故障維修的案例，對(duì)數(shù)控機(jī)床電子手輪有關(guān)參數(shù)及工作原理作了詳細(xì)地闡述，采取了一些有效的故障處理方法。實(shí)踐證明，這些方法對(duì)提高設(shè)備維修的準(zhǔn)確率有較好的幫助。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;電子手輪;維修

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）04-0240-02

收稿日期：2019-10-15

基金項(xiàng)目：2019年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目：智能共享文印平臺(tái)的開發(fā)與設(shè)計(jì)（項(xiàng)目編號(hào)：S2019105114042）

作者簡(jiǎn)介：汪小寶（1977—），男，碩士，副教授，研究方向?yàn)閿?shù)控加工與編程、數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修;錢明珠（1979—），女，計(jì)算機(jī)學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)安全維護(hù)。

Electronic Handwheel Common Fault Diagnosis and Maintenance

WANG Xiao-bao，QIAN Ming-zhu

（Huanggang Normal College，Huanggang 438000，China）

Abstract：Through the analysis of the electronic handwheel of numerical control machine tool in the actual production process，this pa-per expounds the parameters and working principle of the electronic handwheel of numerical control machine tool in detail，and adopts some effective fault treatment methods.Practice shows that these methods are helpful to improve the accuracy of equipment maintenance Key words：CNC machine tools;Electronic handwheel ;diagnosis

電子手輪，也叫手搖脈沖發(fā)生器、手持單元。當(dāng)手輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼器產(chǎn)生手輪運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，手輪上通常設(shè)置有倍率選擇開關(guān)X1，X10，X100，X1000檔，可以非常方便地進(jìn)行機(jī)床各坐標(biāo)軸快速移動(dòng)、步進(jìn)微調(diào)，在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用非常普遍，深受數(shù)控機(jī)床操作人員的喜愛。當(dāng)手輪出現(xiàn)故障，不能正常工作時(shí)，會(huì)給數(shù)控機(jī)床正常操作帶來不便。應(yīng)此，確定手輪故障的位置及故障的產(chǎn)生原因，迅速排除故障，具有十分重要的意義。

1 電子手輪在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用

電子手輪，其實(shí)質(zhì)是個(gè)增量式光電編碼器。區(qū)別在于：（1）手搖編碼：器是通過手搖來驅(qū)動(dòng)編碼器軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而普通編碼器是通過馬達(dá)來驅(qū)使軸轉(zhuǎn)動(dòng)的。（2）手搖編碼器的分辨率較低，一般數(shù)十脈沖到數(shù)百脈沖。而普通編碼器則可到上萬線。

增量式光電編碼器的工作原理，有關(guān)專業(yè)書籍介紹較多，本文不再重復(fù)。本文介紹數(shù)控機(jī)床中手輪工作情況。

電子手輪工作電壓有直流5V或12V或24V，應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的一般5V較為常見，其輸出接口形式有：電壓輸出、差動(dòng)輸出、集電極開路輸出以及光耦輸出。應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的一般有4線式（電壓輸出，對(duì)應(yīng)圖1中線號(hào)1～4）;6線式（長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出，對(duì)應(yīng)圖1中線號(hào)1～6）。一些手輪上有急停按鈕，電源指示燈（DC24V），軸選擇開關(guān)，倍率選擇開關(guān)等，需要在PLC中進(jìn)行設(shè)定對(duì)應(yīng)點(diǎn)位。

電子手輪要正常工作，主要有軟硬件兩個(gè)方面都要工作正常。下面以武漢華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21T世紀(jì)星系統(tǒng)為例，介紹其硬件接線和軟件參數(shù)。這些參數(shù)設(shè)置正確與否直接影響手輪正常使用。實(shí)踐證明充分了解電子手輪工作原理、有關(guān)參數(shù)及具體含義會(huì)給手輪的故障診斷和維修帶來很大的方便，會(huì)大大減少故障診斷的時(shí)間。

2 華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)手輪參數(shù)及接口

從華中世紀(jì)星HNC-21手輪工作原理分析，手輪由PLC控制。其正常工作條件是：部件24參數(shù)設(shè)置正確，是CNC能識(shí)別手搖的先決條件;工作方式選擇增量，按下手搖使能按鈕，選擇軸選擇波段開關(guān)，選擇X軸，X4.0信號(hào)輸入到PLC，系統(tǒng)工作方式會(huì)由“增量"切換到“手搖”，表示手搖已經(jīng)識(shí)別。旋動(dòng)手輪，編碼器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)，可以控制X軸運(yùn)動(dòng)。

3 手搖故障診斷與維修應(yīng)用實(shí)例

1）一臺(tái)CK6140數(shù)控車床，手動(dòng)工作正常，手輪不能移動(dòng)X、Z軸。

故障分析與排查：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，工作方式選擇增量，按下手搖使能按鈕，選擇軸選擇波段開關(guān)，選擇X軸，X4.0信號(hào)輸入到PLC，系統(tǒng)工作方式由“增量”切換到“手搖”，表示手搖已經(jīng)識(shí)別。旋動(dòng)手輪，手輪不能移動(dòng)X、Z軸。

故障診斷：系統(tǒng)工作方式可以由“增量”切換到“手搖”，表示手搖已經(jīng)可以識(shí)別，即手輪對(duì)應(yīng)部件24參數(shù)設(shè)置正確，PLC工作正常，手搖對(duì)應(yīng)軸選擇波段開關(guān)及倍率選擇開關(guān)線路工作正常。手輪不能移動(dòng)X、Z軸，即沒有輸出。當(dāng)手輪沒有產(chǎn)生輸入脈沖信號(hào)時(shí)，也就不會(huì)有輸出。故障原因：手輪硬件故障。

故障排除：用萬用表測(cè)量XS8頭針13、25引腳，即手輪工作電壓DC5V正常，測(cè)量24、12引腳，即HA、HB相時(shí)，發(fā)現(xiàn)12引腳斷針，B相信號(hào)缺失。修復(fù)XS8頭針后，手輪工作正常。

2）一臺(tái)HED-21S數(shù)控綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，手動(dòng)工作正常，手輪不能移動(dòng)X、Z軸。

故障分析與診斷：實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用了15年左右，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，工作方式選擇增量，按下手搖使能按鈕，選擇軸選擇波段開關(guān)，選擇X軸，X4.0信號(hào)輸入到PLC，系統(tǒng)工作方式由“增量”切換到“手搖”，表示手搖已經(jīng)識(shí)別。旋動(dòng)手輪，手輪不能移動(dòng)X、Z軸。故障初步判斷：手輪硬件故障。

故障排除：用萬用表測(cè)量XS8頭針13、25引腳，即手輪工作電壓DC5V正常，測(cè)量24、12引腳，即HA、HB相時(shí)，發(fā)現(xiàn)引腳正常。故障初步定位：手輪脈沖發(fā)生器硬件故障。

故障排除后續(xù)：現(xiàn)場(chǎng)詢問實(shí)驗(yàn)室工作人員，實(shí)驗(yàn)臺(tái)手輪上學(xué)期工作正常，暑期結(jié)束，上班試運(yùn)行即發(fā)現(xiàn)手輪不工作。由于：現(xiàn)場(chǎng)沒有示波器，無法對(duì)手輪脈沖發(fā)生器進(jìn)行直接測(cè)試。考慮到手搖脈沖發(fā)生器可靠性較高，重新插拔手輪XS8接口，故障依舊。再次仔細(xì)檢查了XS8頭針13、25引腳和24、12引腳，沒有發(fā)現(xiàn)問題，檢查到手輪一側(cè)的工作電壓為DC4.6V，工作電壓偏低，一般編碼器對(duì)工作電壓質(zhì)量要求較高，是否工作電壓偏低引起的“假故障”？

故障修復(fù)：對(duì)XS8接口進(jìn)行除銹處理，并對(duì)13、25引腳和24、12引腳進(jìn)行了加焊，處理后測(cè)量手輪工作電壓提高到DC4.7V，開機(jī)上電，故障排除。

故障反思：江南地區(qū)暑期高溫高濕，且設(shè)備沒有上電使用，接口線路老化銹蝕，導(dǎo)致接觸電阻增大，加在編碼器上工作電壓偏低，編碼器對(duì)工作電壓比較敏感，是本次故障的成因。第一次檢查時(shí)，忽視編碼器對(duì)工作電壓要求，值得反思。

3）一臺(tái)CK6140數(shù)控車床，工作正常，后期加裝手輪不能移動(dòng)X.Z軸。

故障現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查：數(shù)控車間數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化升級(jí)改造，多出2個(gè)手持單元，建議安裝到CK6140數(shù)控車床上使用。其中一臺(tái)車床手輪正常工作，另一臺(tái)機(jī)床手輪按照上，可以識(shí)別，但是不能移動(dòng)X、Z軸。

故障分析與排查：可以識(shí)別，但是不能移動(dòng)X、Z軸。初步故障定位：手輪硬件故障。為了驗(yàn)證這一分析結(jié)果：使用交換法，互換2套手持單元，可以確定2套手持單元工作正常。推翻了故障分析的結(jié)論，至此陷人了僵局。

故障排除后續(xù)：仔細(xì)詢問工作人員，加裝手輪不能移動(dòng)X、Z軸的CK6140車床CNC系統(tǒng)曾經(jīng)送修過，對(duì)這兩臺(tái)CK6140數(shù)控車床進(jìn)行了仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)送修的機(jī)床系統(tǒng)配置文件NCBI-OS.CFG中加載的驅(qū)動(dòng)程序不一樣，“DEVICE=.＼DRV＼HNC-21V4.DRV"，表明這是一臺(tái)四代世紀(jì)星，手輪有關(guān)硬件配置參數(shù)與三代世紀(jì)星不一樣，部件24配置0應(yīng)該為7，具體見表3。

4 結(jié)束語

通過上述幾例，對(duì)手輪工作過程和工作原理進(jìn)行了較詳細(xì)闡述，由故障現(xiàn)象/信息→故障特征→判出故障類型→找出最可能的故障成因，進(jìn)行“據(jù)理析象”。同時(shí)，熟悉數(shù)控硬件工作條件和參數(shù)，在數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修中可以起到事半功倍的作用。

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[通聯(lián)編輯：王力]