HNC-8型數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修

張?chǎng)?/p>

(長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130033)

數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)于一體的自動(dòng)化設(shè)備。隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)任何故障時(shí)，要求快速排除故障，否則就會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大損失，這要求維修人員能夠快速識(shí)讀電氣原理圖，根據(jù)控制原理快速找到故障點(diǎn)并加以排除。圖1 為HNC-8 型數(shù)控機(jī)床控制原理圖解，HNC-8 型數(shù)控系統(tǒng)、進(jìn)給軸、伺服主軸之間通過(guò)總線進(jìn)行通信，PLC 控制的開(kāi)關(guān)量通過(guò)總線式I/O 裝置(HIO-1000B)和外圍設(shè)備相連。當(dāng)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，會(huì)在數(shù)控系統(tǒng)或伺服驅(qū)動(dòng)器上顯示相應(yīng)的報(bào)警信息。

圖1 HNC-8 型數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)圖解

當(dāng)數(shù)控機(jī)床經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，特別是保養(yǎng)不當(dāng)會(huì)造成電氣元件損壞、接觸不良、機(jī)械部件磨損松動(dòng)以及加工精度超差等問(wèn)題。下面就以維修工作中遇到的數(shù)控機(jī)床故障現(xiàn)象為實(shí)例進(jìn)行診斷和分析，提出解決方案，最終排除故障。

1 HNC-8 型數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)機(jī)械故障診斷與維修

(1)使用HNC-8 型數(shù)控車(chē)床進(jìn)行零件加工時(shí)，在直徑(X軸)方向某些尺寸精度超差。

產(chǎn)生尺寸精度超差可能的因素有:

①X軸編程數(shù)值錯(cuò)誤;

②X軸磨損補(bǔ)償數(shù)值輸入錯(cuò)誤;

③刀具磨損、螺釘松動(dòng);

④X軸反向間隙過(guò)大;

⑤X軸絲杠的某一段精度出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致工件精度超差。

檢查編程數(shù)值和Z軸磨損補(bǔ)償數(shù)值沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，刀具螺釘也沒(méi)有松動(dòng)、刀尖也完好?？紤]加工的零件在直徑方向只是某些尺寸超差，同時(shí)零件外形在直徑方向存在“下凹”現(xiàn)象，故障原因最可能是X軸反向間隙過(guò)大。

查看X軸反向間隙補(bǔ)償參數(shù)，反向間隙為0.02 mm，已接近軟件精度補(bǔ)償極限，將此參數(shù)清零，上電后重啟機(jī)床，回參考點(diǎn)，使機(jī)床運(yùn)行在沒(méi)有精度補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)下。架表檢測(cè)X軸反向間隙為0.04 mm，已嚴(yán)重超過(guò)軟件反向間隙補(bǔ)償范圍，需要進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。拆下X軸防護(hù)罩，測(cè)X軸的軸向竄動(dòng)，調(diào)整精密螺母，使X軸的軸向竄動(dòng)小于允差0.007 mm。鎖緊精密螺母，安裝防護(hù)罩，重新檢查Z軸精度并進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后重新啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)行試切，加工零件精度滿足尺寸精度要求，故障排除。

(2)一臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用冷卻液的數(shù)控銑床，手動(dòng)按“冷卻鍵”，無(wú)冷卻液噴出。

冷卻液無(wú)法噴出的因素主要有:

①冷卻電機(jī)相序錯(cuò)誤，電機(jī)反轉(zhuǎn);

②冷卻液過(guò)少，液面過(guò)低;

③冷卻液管道堵塞;

④冷卻泵葉輪和冷卻泵側(cè)壁粘連，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

經(jīng)檢查，冷卻液液面正常，冷卻電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向均正確。用風(fēng)槍清理冷卻液管道，再次手動(dòng)按“冷卻鍵”，冷卻泵仍無(wú)冷卻液噴出?？紤]該冷卻泵是自吸泵，加水引流按“冷卻鍵”仍無(wú)冷卻液噴出。用手觸摸冷卻電機(jī)發(fā)現(xiàn)溫度過(guò)高，斷電后，拆開(kāi)冷卻泵，將冷卻泵葉輪端蓋拆下，發(fā)現(xiàn)冷卻液腐蝕葉輪使電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，清洗后，故障排除。經(jīng)調(diào)查:該機(jī)床冷卻液至今沒(méi)有更換過(guò)，而冷卻液在使用一段時(shí)間后應(yīng)定期進(jìn)行更換，故更換冷卻液。

2 HNC-8 型數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)電氣故障診斷與維修

(1)一臺(tái)采用光柵尺的HNC-8 型全閉環(huán)數(shù)控車(chē)床開(kāi)機(jī)后，運(yùn)動(dòng)X軸，伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)AL03 系統(tǒng)過(guò)熱報(bào)警。

根據(jù)報(bào)警提示，查看報(bào)警信息表，AL03 為IPM模塊故障報(bào)警。引起IPM 模塊故障報(bào)警的原因:

①電機(jī)動(dòng)力線連接不正確，接線松動(dòng);

②參數(shù)(PA5，PA25 及PA26)設(shè)置不合適;

③PA2 號(hào)參數(shù)設(shè)置過(guò)大;

④系統(tǒng)負(fù)載過(guò)大;

⑤驅(qū)動(dòng)單元過(guò)熱;

⑥屏蔽線連接不完整、不可靠。

檢查電動(dòng)機(jī)連線沒(méi)有松動(dòng)，參數(shù)PA2、PA5、PA25、PA26 設(shè)置都合理，斷電時(shí)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠也很輕松，懷疑故障出在全閉環(huán)環(huán)節(jié)。修改參數(shù)將數(shù)控車(chē)全閉環(huán)控制切換到半閉環(huán)控制，運(yùn)動(dòng)X軸工作臺(tái)可以移動(dòng)，確定故障點(diǎn)在全閉環(huán)檢查裝置上。檢查全閉環(huán)控制連線正常，光柵尺固定螺栓沒(méi)有松動(dòng)，光柵尺讀數(shù)頭與定尺體之間的距離為1.5 mm，也在合理范圍內(nèi);懷疑是光柵受到污染，拆開(kāi)光柵尺，發(fā)現(xiàn)確實(shí)是光柵尺受到污染。采用專(zhuān)用清洗器進(jìn)行清理，重新安裝光柵尺，運(yùn)動(dòng)X軸工作臺(tái)可以正常移動(dòng)，故障排除。

觀察發(fā)現(xiàn):原來(lái)光柵尺的防護(hù)罩不能夠把光柵尺完全罩上，光柵尺長(zhǎng)時(shí)間在霧化切削液侵蝕的環(huán)境下逐漸受到污染，最終導(dǎo)致光柵尺檢測(cè)失效。重新設(shè)計(jì)一防護(hù)罩，阻止霧化切削液污染光柵尺，問(wèn)題得以解決。

(2)一臺(tái)HNC-808T 機(jī)械換擋數(shù)控車(chē)床，在手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)主軸和自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)主軸時(shí)，主軸速度都不能實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，并無(wú)報(bào)警出現(xiàn)。

從故障現(xiàn)象和數(shù)控車(chē)床換擋的原理分析，故障的根源應(yīng)為數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有得到擋位信號(hào)或得到錯(cuò)誤的擋位信號(hào)所致。主要有以下幾種因素:

①擋位開(kāi)關(guān)因頻繁使用而老化失效;

②擋位開(kāi)關(guān)接線松動(dòng)，連線斷路;

③總線式I/O 單元故障;

④PLC 程序錯(cuò)位。

這臺(tái)數(shù)控車(chē)床在以往的使用過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)主軸換擋功能，可以排除PLC 程序錯(cuò)誤的可能。在手動(dòng)換擋時(shí)，通過(guò)PLC 監(jiān)控畫(huà)面發(fā)現(xiàn)換擋過(guò)程中高擋位無(wú)信號(hào)，低擋位有信號(hào)。說(shuō)明故障原因可能是換擋開(kāi)關(guān)因頻繁使用老化而失效或者是擋位開(kāi)關(guān)接線松動(dòng)形成斷路而造成的。用萬(wàn)用表進(jìn)一步測(cè)量，發(fā)現(xiàn)擋位開(kāi)關(guān)與總線式I/O 單元之間的連線沒(méi)有問(wèn)題，故障是換擋開(kāi)關(guān)失效而造成的。更換開(kāi)關(guān)后故障排除。

(3)HNC-808T 數(shù)控車(chē)床在執(zhí)行手動(dòng)換刀時(shí)四工位刀架正轉(zhuǎn)后不能鎖死，發(fā)生換刀超時(shí)報(bào)警，在MDI方式下分別輸入T1、T2、T3、T4 時(shí)故障現(xiàn)象也是一樣。

引起以上故障的常見(jiàn)因素可能有:

①換刀正轉(zhuǎn)延時(shí)參數(shù)、反轉(zhuǎn)鎖死延時(shí)時(shí)間參數(shù)設(shè)置不當(dāng);

②刀架的鎖死定位銷(xiāo)失效;

③定位發(fā)信盤(pán)和磁鋼位置的撥叉損壞，使發(fā)信盤(pán)和磁鋼原來(lái)位置發(fā)生錯(cuò)位。

首先，查看換刀正轉(zhuǎn)延時(shí)參數(shù)和反轉(zhuǎn)鎖死延時(shí)參數(shù)分別為500 ms 和1.5 s，均為合理值，根據(jù)故障現(xiàn)象將反轉(zhuǎn)鎖死時(shí)間由1.5 s 增大為2 s，故障現(xiàn)象消失。而同樣的數(shù)控車(chē)床刀架反轉(zhuǎn)延時(shí)參數(shù)為1.5 s 換刀時(shí)沒(méi)有問(wèn)題的，懷疑機(jī)械部件出現(xiàn)問(wèn)題。將數(shù)控車(chē)刀架上蓋拆開(kāi)，發(fā)現(xiàn)發(fā)信盤(pán)上用來(lái)定位發(fā)信盤(pán)和磁鋼位置的撥叉損壞，使發(fā)信盤(pán)和磁鋼原來(lái)位置發(fā)生錯(cuò)位，造成換刀不能鎖死。因有生產(chǎn)任務(wù)，而庫(kù)房又沒(méi)有發(fā)信盤(pán)備件，雖然調(diào)整反轉(zhuǎn)延時(shí)參數(shù)把故障排除，但根本性問(wèn)題沒(méi)有得到解決。待新的發(fā)信盤(pán)到貨重新安裝，并將反轉(zhuǎn)換刀延時(shí)參數(shù)改為1.5 s 后，故障最終排除。

3 數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)氣動(dòng)故障診斷與維修

一臺(tái)HNC-8 型數(shù)控銑床，主軸上的刀具不能夠正常卸下。

不能裝卸刀主要有以下幾種因素:

①氣壓不夠，不足0.6 MPa;

②換刀開(kāi)關(guān)損壞;

③換刀開(kāi)關(guān)線路斷線;

④主軸內(nèi)的蝶形彈簧損壞;

⑤刀柄鎖死(和主軸粘連)。

查看氣動(dòng)三聯(lián)件壓力表讀數(shù)為0.6 MPa，壓力在合理范圍內(nèi)。手動(dòng)狀態(tài)下按“換刀按鈕”，換刀電磁閥有動(dòng)作，打刀缸也有動(dòng)作，查看打刀缸行程也沒(méi)有問(wèn)題;進(jìn)一步查看氣動(dòng)三聯(lián)件位置，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾器里面全是水，油霧器也沒(méi)有加潤(rùn)滑油。詢問(wèn)操作者得知，該主軸上的刀具很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有卸下，氣動(dòng)三聯(lián)件的水操作者從來(lái)也沒(méi)有排過(guò)，可能造成刀柄生銹不易卸下。按“換刀按鈕”并用銅棒輕敲刀柄邊緣，刀柄能夠卸下。觀察發(fā)現(xiàn)刀柄錐柄部分已經(jīng)生銹，主軸孔內(nèi)也有銹跡。將刀柄和主軸孔用除銹劑處理后擦拭干凈，并將冷卻缸內(nèi)的水放掉以及給油霧器加潤(rùn)滑油，主軸裝卸刀具正常。

由于機(jī)床進(jìn)行過(guò)位置移動(dòng)，所有氣動(dòng)管路是臨時(shí)應(yīng)付的，從空壓機(jī)出來(lái)的2 寸管，接到數(shù)控機(jī)床位置就變成直徑8 mm 的塑料軟管，8 mm 軟管的距離又很遠(yuǎn)，最終霧化的水都匯集在過(guò)濾器內(nèi)，加上油霧器又沒(méi)有潤(rùn)滑油，換刀時(shí)帶有霧化水的壓力空氣流經(jīng)主軸孔，最終導(dǎo)致主軸孔和刀柄都生銹。重新鋪設(shè)氣動(dòng)管路，將2 寸管接到每臺(tái)機(jī)床處，再用10 mm 軟管接到氣動(dòng)三聯(lián)件處。處理后過(guò)濾器很少出現(xiàn)積水現(xiàn)象，故障徹底解決。

4 數(shù)控機(jī)床潤(rùn)滑故障診斷與維修

一臺(tái)數(shù)控銑床，開(kāi)機(jī)時(shí)正常，在機(jī)床低速進(jìn)給時(shí)爬行。

出現(xiàn)低速爬行的因素主要有:

①伺服系統(tǒng)增益過(guò)低;

②外加負(fù)載過(guò)大;

③進(jìn)給傳動(dòng)鏈潤(rùn)滑狀態(tài)不良。

檢查進(jìn)給系統(tǒng)伺服增益參數(shù)都在合理范圍內(nèi)，空載低速運(yùn)行時(shí)，這種爬行現(xiàn)象依然存在。重點(diǎn)檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)，該數(shù)控機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)采用凸輪間歇式供油方式，潤(rùn)滑油頁(yè)面很高。詢問(wèn)操作人員得知，因?yàn)闈?rùn)滑油一直是滿的，已經(jīng)近半年沒(méi)有加過(guò)潤(rùn)滑油。懷疑是供油系統(tǒng)失效，查看凸輪供油系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床上電時(shí)凸輪被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)，重新調(diào)整凸輪位置，使進(jìn)給軸充分潤(rùn)滑，運(yùn)行一段時(shí)間后低速爬行故障消除。

5 加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床日常維護(hù)

從上面的故障分析過(guò)程來(lái)看，很多故障都是由于日常維護(hù)不及時(shí)或者沒(méi)有造成的。所以，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)操作人員的素質(zhì)培養(yǎng)，在日常機(jī)床維護(hù)中做到以下幾點(diǎn):

(1)嚴(yán)格按照點(diǎn)檢規(guī)程對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行點(diǎn)檢;

(2)特別注意檢查潤(rùn)滑油裝置運(yùn)轉(zhuǎn)及供油狀態(tài);

(3)特別注意氣動(dòng)三聯(lián)件的檢查，及時(shí)排掉過(guò)濾器的積水和檢查油霧器潤(rùn)滑油的多少;

(4)定期更換冷卻液，長(zhǎng)時(shí)間不用冷卻液應(yīng)將冷卻液放出，防止冷卻泵葉輪粘連而使冷卻泵堵轉(zhuǎn);

(5)定期對(duì)機(jī)床反向間隙進(jìn)行檢測(cè)及調(diào)整;

(6)長(zhǎng)期不用的數(shù)控機(jī)床應(yīng)涂油防銹，并定期通電空運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床。

6 結(jié)論

引起數(shù)控機(jī)床故障的因素多種多樣，維修人員應(yīng)該充分掌握數(shù)控機(jī)床控制原理以及數(shù)控機(jī)床各組成部件結(jié)構(gòu)，才能夠快速排除故障。在數(shù)控機(jī)床使用過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床操作人員對(duì)數(shù)控機(jī)床的日常保養(yǎng)，以減少數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的概率。

［1］張?chǎng)?基于HNC-21S 數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的故障診斷技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2009:32-36.

［2］HSV-180UD 系列交流伺服驅(qū)動(dòng)單元使用說(shuō)明書(shū)v1.0［M］，2012.

［3］孫海亮.數(shù)控電氣控制基礎(chǔ)及實(shí)訓(xùn)［M］.武漢:華中數(shù)控有限公司，2009.

［4］龔中華.數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)與典型實(shí)例［M］.北京:人民郵電出版社，2006.