數(shù)控設(shè)備常見故障分析及維修方法綜述

方衛(wèi)華

(黑龍江北大荒農(nóng)業(yè)股份有限公司浩良河化肥分公司)

1 維修數(shù)控機(jī)床的必備工具

(1)必備的物理工具。包括吸錫器，電烙鐵，旋具類，各種扳手，各種鉗類工具，另外加上剪刀，卷尺等常用工具。

(2)必備儀表類工具。首先，要必備的儀表類工具就是常用的長度測量工具用于測量機(jī)床移動(dòng)距離，反向間隙值等，通過測量，可以大致判斷機(jī)床的一位精度，重復(fù)定位精度，加工精度等，根據(jù)測量值可以調(diào)整數(shù)控系統(tǒng)的電子齒輪比，反向間隙等主要參數(shù)，以恢復(fù)機(jī)床精度，占是機(jī)械部件維修測量的主要檢測工具之一。另外，一些細(xì)致的電子測量儀表也是必須的，如:數(shù)字轉(zhuǎn)速表，相序表，示波器，數(shù)字萬用表等。

(3)準(zhǔn)備一些常用的零部件。數(shù)控機(jī)床的維修涉及的元器件，零件眾多，備用的元件不可能全部準(zhǔn)備充分，齊全，但是，若維修人員能準(zhǔn)備一些最為常見的易損元器件，可以給維修帶來很大的方便，有助于迅速處理解決問題。

2 常見故障分類

(1)硬件故障和軟件故障。硬件故障是只是更換已損壞的器件，故障才能排除，軟件故障是程序編制或參數(shù)錯(cuò)誤造成的故障，只要相應(yīng)改變程序內(nèi)容或修改參數(shù)就能排除。

(2)系統(tǒng)性故障和隨機(jī)性故障系統(tǒng)性故障是只要滿足一定的條件，數(shù)控設(shè)備必然出現(xiàn)的故障，而隨機(jī)性故障是在同樣的條件下，只是偶然出現(xiàn)的故障，因此，隨機(jī)性故障的分析和排除較為困難，這類故障往往與機(jī)械結(jié)構(gòu)的局部松動(dòng)錯(cuò)位，數(shù)控系統(tǒng)中部分元器件工作特性漂移及機(jī)床電氣元件可靠性下降等有關(guān)，這類故障的排除要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，綜合判斷才能排除。

(3)破壞性故障和非破壞性故障。如伺服系統(tǒng)失控造成飛車等破壞性故障，維修人員在維修時(shí)不許重演故障，只能根據(jù)現(xiàn)場人員介紹，經(jīng)過檢查，分析來排除，所以技術(shù)難度較高，且有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)有診斷和無診斷顯示故障?，F(xiàn)今的數(shù)控設(shè)備都有較豐富的自診斷功能，如目前國內(nèi)配置了較多的日本FANUC公司和德國西門子公司的數(shù)控系統(tǒng)都具有幾百條報(bào)警號(hào)，有診斷顯示的故障一般都與控制部分有關(guān)，可根據(jù)報(bào)警內(nèi)容，很容易找到故障原因。

(5)運(yùn)動(dòng)品質(zhì)特性下降故障。出現(xiàn)這類故障時(shí)，數(shù)控設(shè)備仍可照常運(yùn)行，但加工不出合格的工件。因無任何報(bào)警顯示，只能靠檢測儀器的檢測來發(fā)現(xiàn)。例如，數(shù)控設(shè)備定位精度超差，反向死區(qū)太大，運(yùn)動(dòng)中發(fā)生振蕩等，這類故障必須配合檢測儀器，采取對機(jī)械，數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)等調(diào)整措施解決。

3 數(shù)控機(jī)床故障診斷

(1)先外部后內(nèi)部。維修人員應(yīng)先由外向內(nèi)逐一進(jìn)行排查。盡量避免隨意地啟封，拆卸，否則會(huì)擴(kuò)大故障，使機(jī)床喪失精度，降低性能，系統(tǒng)外部的故障主要是由于檢測開關(guān)，液壓元件，氣動(dòng)元件，電氣執(zhí)行元件，機(jī)械裝置等出現(xiàn)問題問題而引起的。

(2)先機(jī)械后電氣。一般來說，機(jī)械故障較易發(fā)覺，而數(shù)控系統(tǒng)及電氣故障的診斷難度較大，在故障檢修之前，首先注意排除機(jī)械性的故障。

(3)先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)。先在機(jī)床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)，通過了解，觀察，測試，分析，確認(rèn)通電后不會(huì)造成故障擴(kuò)大，發(fā)生事故后，方可給機(jī)床通電。在運(yùn)行狀態(tài)下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的觀察，檢驗(yàn)和測試，查找故障，而對通電后會(huì)發(fā)生破壞性故障的，必須先排除危險(xiǎn)后，方可通電。

(4)先簡單后復(fù)雜。當(dāng)出現(xiàn)多種故障互相交織，一時(shí)無從下手時(shí)，先解決容易的問題，后解決難度較大的問題，往往簡單問題解決后，難度大的問題也可能變得容易。

4 數(shù)控機(jī)床的故障診斷技術(shù)

(1)起動(dòng)診斷。起動(dòng)診斷是指CNC系統(tǒng)每次從通電開始，系統(tǒng)內(nèi)部診斷程序就自動(dòng)執(zhí)行診斷診斷的內(nèi)容為系統(tǒng)中最關(guān)鍵的硬件和系統(tǒng)控制軟件，如CPU，存儲(chǔ)器等單元模塊，以及MDI/CRT單元，紙帶閱讀機(jī)，軟盤單元等裝置或外部設(shè)備。只有當(dāng)全部項(xiàng)目都確認(rèn)正確無誤之后，整個(gè)系統(tǒng)才能進(jìn)入正常運(yùn)行的準(zhǔn)備狀態(tài)，否則將在CRT畫面或發(fā)光二極管用報(bào)警方式指示故障信息，此時(shí)起動(dòng)診斷過程不能結(jié)束，系統(tǒng)無法投入運(yùn)行。

(2)在線診斷。在線診斷是指通過CNC系統(tǒng)的內(nèi)裝程序，在系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)對CNC系統(tǒng)本身及CNC裝置相連的各個(gè)伺服單元，伺服電機(jī)，主軸伺服單元和主軸電動(dòng)機(jī)以及外部設(shè)備等進(jìn)行自動(dòng)診斷，檢查。只要系統(tǒng)不停電，在線診斷就不會(huì)停止。

(3)離線診斷。離線診斷是指數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，數(shù)控系統(tǒng)制造廠家或?qū)I(yè)維修中心利用專用的診斷軟件測試裝置進(jìn)行停機(jī)檢查。力求把故障定位到盡可能小的范圍內(nèi)，如縮小到某個(gè)功能模塊，某部分電路，甚至某個(gè)芯片或元件，這種故障定位更為精確。

5 故障的處理步驟

(1)充分掌握故障信息。①故障發(fā)生時(shí)報(bào)警號(hào)和報(bào)警提示是什么?②如無報(bào)警，系統(tǒng)處于何種工作狀態(tài)?系統(tǒng)工作方式的診斷結(jié)果是什么?③故障發(fā)生時(shí)運(yùn)動(dòng)軸處于什么位置?④故障發(fā)生時(shí)執(zhí)行了什么指令，進(jìn)行了何種操作?⑤以前是否發(fā)生類似故障?故障是否重復(fù)發(fā)生等等。

(2)分析故障原因。在分析故障原因時(shí)，必須考慮2點(diǎn)，首先是充分調(diào)查現(xiàn)場，在掌握第一手材料的基礎(chǔ)上，把發(fā)生的故障正確列出來，其次是要開闊思路，無論是機(jī)，液，氣，還是數(shù)據(jù)系統(tǒng)，強(qiáng)電部分，把可能引起故障的原因及每一種可能解決故障的方法全部列出來，進(jìn)行綜合判斷和篩選。

6 常見故障檢測

(1)快速檢測故障和維修原則。先簡單后復(fù)雜。當(dāng)出現(xiàn)多種故障現(xiàn)象時(shí)，先解決簡單問題，常常在解決簡單故障過程中，難度大的故障往往變得容易解決了，或在排除簡單故障時(shí)受到啟發(fā)，對復(fù)雜故障的認(rèn)識(shí)更清晰，從而有了解決辦法。

(2)先機(jī)械后電氣。一般來說，機(jī)械故障易察覺，而數(shù)控系統(tǒng)故障的診斷難度要大些。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，數(shù)控機(jī)床故障中吸很大一部分是由機(jī)械動(dòng)作失靈引起的。因此，首先注意排除機(jī)械性故障，往往可以達(dá)到事半功倍的效果。

(3)先外部后內(nèi)部。當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障后，維修人員通過望，聞，聽，問等方法，由外部向內(nèi)部逐個(gè)進(jìn)行檢查，首先應(yīng)檢查外部的開關(guān)，接插件連接等，因其接觸不良造成信號(hào)傳遞失靈，是產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床故障的重要原因之一。因此，通過檢查和排除這些部位引起的故障，可迅速解決數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中的故障。

(4)先靜后動(dòng)。檢查排除故障時(shí)，應(yīng)先在機(jī)床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)下通過觀察，測試，分析，并確認(rèn)為非惡性或破壞性故障后，才能給機(jī)床通電，再在運(yùn)行工況下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的觀察，測試和檢驗(yàn)。而對于確定為惡性的破壞性故障時(shí)，必須先行處理排除危險(xiǎn)后，方可進(jìn)行通電，然后在運(yùn)行工況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)診斷。

7 快速檢測故障和維修方法

(1)機(jī)械部分故障檢查方法。①主軸部件故障。由于采用電氣調(diào)速，主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單，自動(dòng)變檔位置，自動(dòng)接緊刀柄裝置及主軸運(yùn)動(dòng)精度過保持性等是可能出現(xiàn)故障的部位。②進(jìn)給傳動(dòng)鏈故障。由于普遍采用了滾動(dòng)摩擦副，進(jìn)給傳動(dòng)鏈故障大部分是以運(yùn)動(dòng)品質(zhì)下降表現(xiàn)出來的。如定位精度下降，反身間隙過大，機(jī)械爬行，軸承噪聲過大等。因此，這部分檢修常與運(yùn)動(dòng)副預(yù)緊力，松動(dòng)環(huán)節(jié)和補(bǔ)償環(huán)節(jié)的調(diào)整等。③行程開關(guān)故障。為保證數(shù)控機(jī)床的工作可靠性，大量采用了限制運(yùn)動(dòng)位置的行程開關(guān)。機(jī)床長期工作后，運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)特性變化，壓合行程開關(guān)的機(jī)械裝置及行程開關(guān)本身品質(zhì)特性等都會(huì)影響整機(jī)的故障率。

(2)數(shù)控系統(tǒng)故障檢查方法。①直觀法。這是一種最基本，最簡單的方法。維修人員通過對故障發(fā)生的各種光，聲，味等異?，F(xiàn)象的認(rèn)真觀察，可將故障范圍縮小到一個(gè)模塊上。這往往要求維修人員具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及綜合判斷能力。②參數(shù)診斷。數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)是經(jīng)過一系列試驗(yàn)，調(diào)整而獲得的重要數(shù)據(jù)，這些參數(shù)直接影響著數(shù)控機(jī)床的性能。參數(shù)通常是存放在存儲(chǔ)器中，一旦電池電量不足或由于外界的某種干擾等因素，會(huì)使個(gè)別參數(shù)丟失或變化，使系統(tǒng)發(fā)生混亂，機(jī)床無法正常工作。通過核對，修正參數(shù)，就能將故障排除。

(3)交換法。這是一種在現(xiàn)場判斷故障時(shí)簡單易行的常用方法。即在分析出故障大致原因的情況下，維修人員可用備用的完好器件，如印刷電路板，模板，集成電路芯片或元器件等替換有故障疑點(diǎn)的印刷電路板，模板，集成電路芯片或元器件，替換后，若故障消除，則可將范圍縮小到某一器件上。

(4)自診斷功能法。故障診斷技術(shù)是當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)一項(xiàng)十分重要的技術(shù)，它的強(qiáng)弱是評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，借僵系統(tǒng)的自診斷功能，往往可以迅速，準(zhǔn)確查明原因，并確定故障部位，這個(gè)方法是當(dāng)前維修中最常用，最有效的一種方法。

(5)隔離法。有些故障，如運(yùn)動(dòng)抓行，抖動(dòng)等，當(dāng)一時(shí)難以芪分是數(shù)控部分還是伺服部分或是機(jī)械部分故障造成時(shí)，常采用隔離法。將電機(jī)分離，數(shù)控與伺服分離，位置閉環(huán)分隔作開環(huán)處理，這樣能將復(fù)雜的問題化為簡單，較快地找到故障的原因。

(6)局部升溫法。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過長期運(yùn)行后元器件均要老化，性能變壞。當(dāng)他們尚未完全損壞時(shí)，出現(xiàn)的故障會(huì)變得時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，這時(shí)可用熱吹風(fēng)貢或電烙鐵等對被懷疑的元器件進(jìn)行局部升溫，加速其老化，以便徹底暴露故障部件。

(7)更新建立法。當(dāng)CNC或PLC裝置由于電網(wǎng)干擾，或其它偶然原因發(fā)生異常情況或死機(jī)的同時(shí)，應(yīng)清除有關(guān)內(nèi)存區(qū)，重新進(jìn)行冷起動(dòng)或熱啟動(dòng)。并對CNC參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，便可排除故障。

8 數(shù)控機(jī)床的日常維護(hù)問題

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部件，因此，數(shù)控機(jī)床的維護(hù)主要是數(shù)控系統(tǒng)的維護(hù)。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過一段較長時(shí)間的使用，電子元器件性能要老化甚至損壞，要想延長元器件的壽命和零部件的磨損周期，就要求我們?nèi)粘λ鼈冞M(jìn)行維護(hù)，維護(hù)要點(diǎn)有三:(1)因?yàn)樵跈C(jī)加工車間的空氣中一般都含有油霧，灰塵甚至金屬粉未，一旦它們落在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印制線路或電器件上，容易引起元器件間絕緣電組下降，甚至導(dǎo)致元器件及印制線路的損壞。因此除非進(jìn)行必要的調(diào)整和維修，不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用時(shí)敞開柜門。(2)每天檢查數(shù)控系統(tǒng)上各個(gè)風(fēng)扇工作是否正常，應(yīng)視工作環(huán)境狀況，每月或每季度檢查一次風(fēng)道通過濾器是否有堵塞現(xiàn)象，否則將引起溫度報(bào)警系統(tǒng)不可靠的后果。(3)多檢查一下機(jī)床的電纜線，主要檢查移動(dòng)電纜線的接頭，硬角處接觸不良，斷線，虛接，或短路等故障，這樣才能更有效的減少因?yàn)殡妷旱葐栴}導(dǎo)致的不良后果。

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