數(shù)控機床維修中的問題及對策研究

王靜

【摘要】數(shù)控機床維修中的故障是復雜多樣的。本文從維修中需注意的問題、電氣故障排除等幾方面進行了分析論述，以期對該學科理論的發(fā)展以及學生將來實習操作有所裨益。

【關鍵詞】數(shù)控機床；維修；問題及對策

一、數(shù)控機床維修中的相關問題

1.維修中的故障分類

首先是硬故障與軟故障，數(shù)控機床的電氣故障可按故障的性質、表象、原因及后果等，分為硬故障和軟故障。硬故障是指電子、電器件、印制電路板、電線電纜、接插件等的不正常狀態(tài)甚至損壞，這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟故障般是指PLC邏輯控制程序中產(chǎn)生的故障，需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也屬于軟件故障。最嚴重的軟件故障則是數(shù)控系統(tǒng)軟件的缺損甚至丟失，這就只能與數(shù)控機床生產(chǎn)廠商或其服務機構聯(lián)系解決了。

其次是以故障出現(xiàn)的或然性，分為系統(tǒng)性故障和隨機性故障。系統(tǒng)性故障是指只要滿足一定的條件則一定會產(chǎn)生的確定故障。而隨機性故障是指在相同的條件下偶爾發(fā)生的故障，這類故障的分析較為困難，通常多與機床機械結構的局部松動錯位、部分電氣工件特性漂移或可靠性降低、電氣裝置內(nèi)部溫度過高。

再次是機床運動特性下降的故障。在這種情況下，機床雖能正常運轉卻加工不出合格的工件。例如機床定位精度超差、反向死區(qū)過大、坐標運行不平穩(wěn)等。這類故障必須使用檢測儀器確診產(chǎn)生誤差的機、電環(huán)節(jié)，然后通過對機械傳動系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的最佳化調整來排除。

有時一種故障的產(chǎn)生往往是多種類型的混合，這就要求維修人員具體分析，參照上述分類型采取相應的分析、排除。

2.維修中需要注意的事項

大、中型數(shù)控機床的主軸一般都具有齒輪變速傳動方式。這是為了保證低速時可傳遞較大的轉矩，同時又能擴大恒功率區(qū)域的變速范圍。

齒輪變速存在一個“掛檔”的問題。在掛檔時為預防頂齒現(xiàn)象常采取電機瞬動來完成，因此要注意：大慣量部件的延時需要用時間繼電器檢測。掛檔限位開關應回答計算機掛檔成功與否，由于掛檔的瞬間點動需向接口輸出短時運動命令，因此在PLC中很難實現(xiàn)，因為PAL系統(tǒng)無法處理電機的運動問題，所以在面板上要保留手動掛檔按鈕開關，對這種問題需要特別注意。在某些情況下，用戶可自定義一些G碼與M碼，實際是調用一個專用子程序完成特定功能。此外，夾緊、放松問題在大型專用設備中比較突出，為了在大慣量條件下準確定位，坐標軸在到達目的位置時應立即夾緊，運動時立即放松。為了避免夾緊時抖動，有時需要對坐標軸分成低夾及高夾兩個程度。這些功能的要求會增加接口軟件編寫的難度。對數(shù)控車床來說，要有合理的導軌防護和潤滑。

二、數(shù)控機床維修中的電氣故障排除

1.電氣故障排除

電源是維修系統(tǒng)乃至整個機床正常工作的能量來源，它的失效或故障會丟失數(shù)據(jù)造成停機，重者則會毀壞系統(tǒng)局部甚至全部。西方國家由于電力充足，電網(wǎng)質量高，因此其電氣系統(tǒng)的電源設計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網(wǎng)來說就略顯不足，加之一些人為因素，難免出現(xiàn)由電源而引起的故障。

因此在設計數(shù)控機床的供電系統(tǒng)時應盡量做到：提供獨立的配電箱而不與其他設備串用；電網(wǎng)供電質量較差的地區(qū)應配備三相交流穩(wěn)壓裝置；電源始端有良好的接地；進入數(shù)控機床的三相電源應采用三相五線制，中線（N）與接地（PE）嚴格分開；電柜內(nèi)電器件的布局和交、直流電線的敷設要相互隔離，更不能亂接中線至PE。國標GB/T 52261中明確規(guī)定“在電氣設備內(nèi)部，中線和保護接地電路之間不應相連。也不應把PE兼用端子在機械電柜內(nèi)部使用?！钡诂F(xiàn)場維修翻新工作中，改造后的數(shù)控機床，由于增加器件，需要AC220V電源，就直接將三相380V中的一相與機床PE接地端構成AC220V。顯然，當P處因機械故障斷開時，此時設備就成為一個對地有AC220V電壓帶電體。也有在增加三相用電的器件后，將找出的中線接到了PE端子上。這樣就對操作者或任何接近機床的人員構成直接電擊的危險。

有些數(shù)控設備經(jīng)過維修、改造后增加了一些機構，因走線方便，或與其他設備有動作聯(lián)系，新增部分的機構不是從該設備的電源切斷開關下方引線，而另外引線，違反了“把機械電氣設備連接到單一電源上”的規(guī)定。緊急情況時，切斷設備上的電源開關，卻不可能切斷設備的全部電流，造成對人員危害的潛在隱患。

2.數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)故障分析

（1）位置環(huán)報警。

可能是位置測量回路開路、測量元件損壞，位置控制建立的接口信號不存在等。

（2）坐標軸在沒有指令的情況下產(chǎn)生運動。

可能是漂移過大，位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋，反饋接線開路，測量元件損壞。

（3）機床坐標找不到零點。

可能是零方向在遠離零點，編碼器損壞或接線開路，光柵零點標記移位，回零減速開關失靈。

（4）機床動態(tài)特性變差。

機床動態(tài)特性變差，工件加工質量下降，甚至在一定速度下機床發(fā)生振動。這其中有很大一種可能是，機械傳動系統(tǒng)間隙過大，甚至磨損嚴重或者導軌潤滑不充分、磨損造成的。對于電氣控制系統(tǒng)來說則可能是速度環(huán)、位置環(huán)和相關參數(shù)已不在最佳匹配狀態(tài)，應在機械故障基本排除后重新進行最佳化調整。

（5）偶發(fā)性停機故障。

這里有兩種可能情況：一種情況是相關軟件設計中的問題，造成在某些特定的操作與功能運行組合下的停機故障，一般情況下機床斷電后重新通電便會消失。另一種情況是由環(huán)境條件引起的，如強力干擾（電網(wǎng)或周邊設備）、溫度過高、濕度過大等。這種環(huán)境因素往往被人們所忽視，這點一定要注意。數(shù)控機床等設備的電氣柜通風，必須采取“正壓”方式。有的國產(chǎn)數(shù)控機床采用負壓通風，刀架上的切削液沿蛇皮管流入電柜，并使電纜地溝中的潮氣、切削時的粉塵等皆沿著各通道、縫隙進入電柜之中。使電氣柜內(nèi)線路板及各電氣件上留有一層污垢和明顯的水汽（凝露）痕跡，機床故障頻繁，嚴重影響機器的正常進行。在GB/T 5226.1中的13.3明確規(guī)定控制裝置的外殼一般應具備不低于IP54的防護等級。

有些數(shù)控機床的改造，尤其是一些局部小改動，卻不在相關的技術文件中作出相應的修訂或說明，造成文件與實際狀況不符。一些設備經(jīng)幾次修理改動后某些部分變成了無線號、無器件標識、無電路或機械圖樣的“三無”產(chǎn)品。

而一般企業(yè)的設備管理部門往往對制造廠提供的技術文件管理比較嚴格，卻對維修改動后的記錄不予重視。這種狀況持續(xù)時間越久，問題就越嚴重，數(shù)控設備對“具體人”或具體維修單位的依賴性就越明顯。從而降低了市場競爭力。

因此，對擁有數(shù)控設備的學校和企業(yè)，在設備維修過程中要特別重視改造一方所提供的資料，是否確實符合GB的要求。