數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障分析方法

　　摘要：故障分析與診斷是數(shù)控機(jī)床故障排除過(guò)程的最重要環(huán)節(jié)，分析出了故障原因，問(wèn)題也就迎刃而解。因此，故障分析方法對(duì)數(shù)控電氣維修工作十分重要。
　　關(guān)鍵詞：數(shù)控維修 故障分析 設(shè)備維修
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　
　　
　　1 數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)
　　 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)主要由總線(xiàn)、CPU、電源、存貯器、操作面板和顯示屏、位控單元、PLC單元以及數(shù)據(jù)I/O單元等組成。較新的數(shù)控系統(tǒng)還包括一個(gè)通訊單元，它可完成CNC、PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的連接。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括伺服驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)。位置測(cè)量系統(tǒng)主要是采用光柵或伺服電機(jī)上安裝的增量式位移編碼器。
　　數(shù)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：1、可靠性要求高。數(shù)控設(shè)備加工精度高，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，會(huì)造成加工質(zhì)量和成本的提高；2、工作環(huán)境要求高。數(shù)控設(shè)備的加工精度受現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、輻射影響明顯。有些高精密機(jī)床要求單獨(dú)隔離以便于機(jī)床環(huán)境溫度、輻射和濕度調(diào)節(jié)。而絕大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床安裝基礎(chǔ)都設(shè)置防震溝與外界隔離；3、接口電路復(fù)雜。控制系統(tǒng)與各驅(qū)動(dòng)模塊、檢測(cè)裝置以及執(zhí)行單元等進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊，接口單元較多，電路比較復(fù)雜。
　　2 故障的分析與診斷
　　故障分析是維修的第一步，設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)主要從以下方面入手：
　　（1）調(diào)查有何異常。如異常噪音、電機(jī)過(guò)熱、誤動(dòng)作等。操作者應(yīng)盡量保持設(shè)備的故障狀態(tài)，如液晶屏的報(bào)警信息、故障指示燈的顯示，各部件的停止位置等。（2）初步判斷故障原因。反推一下故障原因可能導(dǎo)致的設(shè)備故障動(dòng)作或過(guò)程，對(duì)故障原因進(jìn)行初步判斷。（3）確定維修步驟。有些故障液晶顯示屏或指示燈會(huì)有代碼提示，對(duì)照設(shè)備維修手冊(cè)或使用說(shuō)明書(shū)，查出該故障的多種可能原因，然后綜合分析，逐一排查。（4）有些故障機(jī)床可能沒(méi)有報(bào)警提示，或報(bào)警信息是錯(cuò)誤的，尤其是早期制造的機(jī)床，這就需要維修人員對(duì)該機(jī)床的控制系統(tǒng)有較深的了解和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，透過(guò)現(xiàn)象找出本質(zhì)原因。
　　數(shù)控系統(tǒng)電氣故障的診斷方法有很多，在設(shè)備檢修時(shí)往往需要將多種方法綜合利用，逐一排查。數(shù)控系統(tǒng)電氣故障的常用診斷方法如下：
　　(1) 直觀檢查 這是就是利用感官進(jìn)行故障初步分析。
　?、?望 目視機(jī)床各部件是否處于正常狀態(tài)(例如各坐標(biāo)軸位置、主軸狀態(tài)、刀庫(kù)、機(jī)械手位置等)，各電控裝置(如數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置、潤(rùn)滑裝置等)有無(wú)報(bào)警指示，查看有無(wú)保險(xiǎn)燒斷，元器件燒焦、開(kāi)裂、電線(xiàn)電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等。② 聞 通過(guò)嗅覺(jué)檢查執(zhí)行單元、驅(qū)動(dòng)部件或控制部件是否有過(guò)熱而導(dǎo)致的糊味。③ 問(wèn) 向現(xiàn)場(chǎng)人員詢(xún)問(wèn)故障產(chǎn)生的過(guò)程、故障發(fā)生時(shí)設(shè)備的狀況或動(dòng)作。④ 切 檢查各接口電路板、電纜插頭是否松動(dòng)，設(shè)備執(zhí)行部件是否溫度較高，散熱風(fēng)扇風(fēng)冷效果是否正常等。
　　(2) 儀器檢查。使用檢測(cè)儀表如萬(wàn)用表、示波儀、紅外測(cè)溫儀等，對(duì)電源，電機(jī)繞組及信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行檢查，對(duì)相關(guān)直流及脈沖信號(hào)，對(duì)設(shè)備部件溫度等進(jìn)行測(cè)量分析。
　　(3) 信號(hào)與報(bào)警指示分析法
　?、?軟件報(bào)警在故障發(fā)生時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)判斷會(huì)通常都會(huì)在操作面板上的液晶屏上顯示相應(yīng)的報(bào)警信息或故障代碼。維修人員還可以通過(guò)PLC程序檢查相關(guān)元素的執(zhí)行狀態(tài)推測(cè)故障原因。② 硬件報(bào)警數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及一些主要電子線(xiàn)路板上一般會(huì)有一組反應(yīng)硬件狀態(tài)的發(fā)光二極管指示燈，根據(jù)指示燈的組合狀態(tài)和相應(yīng)的設(shè)備手冊(cè)可以方便地獲知硬件故障內(nèi)容、故障原因以及排除方法。③ 備件置換當(dāng)故障分析結(jié)果集中于某一印制電路板上時(shí)，由于電路集成度較高，為了縮短停機(jī)時(shí)間，在有相同備件的條件下可以先將備件換上，然后再去檢查修復(fù)故障板。④ 交叉換位法 在沒(méi)有備件，或部件拆卸檢查比較困難的情況下，可以將系統(tǒng)中相近或相兼容的兩個(gè)部件或板卡互換，例如X\\Y\\Z伺服電機(jī)故障，X、Y坐標(biāo)的指令板或伺服板的故障，都可以通過(guò)交換排查法判斷故障板或故障部位。應(yīng)用這種換位法應(yīng)特別注意，不僅要確定硬件接線(xiàn)的正確插接，還要將一系列的跳線(xiàn)開(kāi)關(guān)或參數(shù)設(shè)置在正確的狀態(tài)，否則可能造成新的故障隱患。⑤ 參數(shù)調(diào)整數(shù)控系統(tǒng)、PLC及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)備廠(chǎng)家安裝、調(diào)試初期，根據(jù)機(jī)床當(dāng)時(shí)的電氣、機(jī)械性能對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整設(shè)置，以滿(mǎn)足機(jī)床加工要求。這些參數(shù)使機(jī)床總體加工效果達(dá)到最佳狀態(tài)。但隨著機(jī)床的長(zhǎng)期運(yùn)行所引起的機(jī)械或電氣性能的變化，最初的參數(shù)設(shè)置不再適應(yīng)機(jī)床的工作性能，所以需要重新調(diào)整相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。⑥ 接口狀態(tài)檢查現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)多將PLC集成于其中，而CNC與PLC之間則以一系列接口信號(hào)形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與I/O接口信號(hào)的傳輸錯(cuò)誤或丟失相關(guān)的，這些接口信號(hào)有的可以在相應(yīng)的接口板和I/O板上有指示燈顯示，有的可以通過(guò)簡(jiǎn)單操作在CRT屏幕上顯示，而所有的接口信號(hào)都可以用PLC編程器調(diào)出。⑦ 特殊處理法當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)已進(jìn)入PC基、開(kāi)放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來(lái)越豐富，有時(shí)軟件邏輯的設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)一些內(nèi)部沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)出錯(cuò)，例如死機(jī)現(xiàn)象。這種故障現(xiàn)象可以采取特殊手段來(lái)處理，比如整機(jī)斷電，稍作停頓后再開(kāi)機(jī)，故障會(huì)自動(dòng)消除。
　　3 故障排除實(shí)例
　?。?）伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或震動(dòng)，常伴隨有對(duì)應(yīng)電流表顯示偏大。故障原因有三中可能。
　?、?電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載，原因一般為加工進(jìn)刀量太大且不均衡或機(jī)床存在機(jī)械卡阻或機(jī)械潤(rùn)滑效果差。② 伺服電機(jī)上的編碼器故障，一般原因?yàn)榫幋a盤(pán)污染或由于機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間震動(dòng)導(dǎo)致編碼器與讀數(shù)頭相對(duì)位置發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致速度編碼器反饋數(shù)據(jù)出錯(cuò)。③ 變頻器或功率模塊濾波輸出部位出現(xiàn)故障導(dǎo)致輸出高次諧波電流太多
　?。?）數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)故障
　　① 位置環(huán)報(bào)警?？赡苁俏恢脺y(cè)量回路開(kāi)路；測(cè)量元件損壞；接近開(kāi)關(guān)與感應(yīng)對(duì)象的相對(duì)最短距離發(fā)生移動(dòng)導(dǎo)致檢測(cè)不到信號(hào)等。② 坐標(biāo)軸在沒(méi)有指令的情況下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)?？赡苁瞧七^(guò)大；位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋；反饋接線(xiàn)開(kāi)路；測(cè)量元件損壞。
　?。?）機(jī)床坐標(biāo)找不到零點(diǎn)?？赡苁橇惴较蛟谶h(yuǎn)離零點(diǎn)；編碼器損壞或接近開(kāi)路；光柵零點(diǎn)標(biāo)記移位；回零減速開(kāi)關(guān)失靈。
　?。?）機(jī)床動(dòng)態(tài)特性變差，工件加工質(zhì)量下降，甚至在一定速度下機(jī)床發(fā)生振動(dòng)。造成這一現(xiàn)象的原因很可能是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)間隙過(guò)大甚至磨損嚴(yán)重或者導(dǎo)軌潤(rùn)滑不充分甚至磨損造成的；對(duì)于電氣控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)一般是由于伺服系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)，各軸增益系統(tǒng)不相等或與電機(jī)匹配不合適引起，解決辦法是進(jìn)行最佳化調(diào)節(jié)。此外，液壓系統(tǒng)工作不正常也可能造成加工質(zhì)量下降。
　?。?） 停機(jī)故障。這里有兩種可能的情況：一種情況是如前所述的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)中的問(wèn)題造成在某些特定的操作與功能運(yùn)行組合下的停機(jī)故障，一般情況下機(jī)床斷電后重新通電便會(huì)消失；另一種情況是由環(huán)境條件引起的，如強(qiáng)力干擾(電網(wǎng)或周邊設(shè)備)、溫度過(guò)高、濕度過(guò)大等。數(shù)控機(jī)床大多功能具備聯(lián)鎖功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某一部件有異常，如關(guān)鍵部件散熱風(fēng)扇壞，模塊溫度過(guò)高等常常會(huì)造成系統(tǒng)停機(jī)報(bào)警。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)故障檢測(cè)及維修劉希金等編兵器工業(yè)出版社(1995年版)
　　[2]數(shù)控機(jī)床應(yīng)用與維修曹談編電子工業(yè)出版社(1994年7月版)