加工中心的故障診斷與維修實例

陳永久 劉臨江 閆東清

(吉林大學應用技術(shù)學院，吉林 長春 130012)

盡管設備生產(chǎn)廠家在各地都建立了很多培訓和維修中心，經(jīng)過嚴格培訓的服務人員隨時為客戶提供專業(yè)的機床維修和保養(yǎng)服務。但是，當加工中心這類高端機床出現(xiàn)故障時，能否及時排除故障以及維修費用仍然是很多企業(yè)，尤其是中小型的企業(yè)所關(guān)心的問題。所有企業(yè)希望自己的維修人員能夠在第一時間排除故障，以提高設備的利用率，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗，對配備美國DYNAPATA 數(shù)控系統(tǒng)的CNC 加工中心在實際使用過程中常見故障現(xiàn)象進行了分析，給出了診斷過程，并分析產(chǎn)生故障的原因以及解決問題的辦法。

1 故障1

1.1 故障現(xiàn)象

加工中心在啟動幾個小時后，顯示器的圖象波動較大，無法看清加工程序。

1.2 故障分析及診斷過程

依據(jù)故障現(xiàn)象判斷，一是顯示器自身的質(zhì)量問題，二是顯示管損壞，三是顯示器的供電電壓有問題。

打開系統(tǒng)柜，清除灰塵，仔細觀察，各導線及接頭完好，沒有松動及虛接現(xiàn)象，各控制板上的電子元件無燒毀現(xiàn)象。使用儀器檢測，發(fā)現(xiàn)顯示器及發(fā)光管完好;但是，在顯示器波動時發(fā)現(xiàn)供電電壓只有15 V。按照技術(shù)要求，顯示器正常供電電壓應是24 V。經(jīng)過維修電源板，更換了損壞的集成電路PBYS3035PT(飛利浦)及肖特基二極管MBR3045PT，使顯示器的供電電壓恢復到24 V。開機運行，機床顯示恢復正常。顯然，造成此次故障的原因極有可能是長期使用導致電子元件老化造成的。

2 故障2

2.1 故障現(xiàn)象

加工中心在執(zhí)行加工程序時，第一把刀加工正常，但在換完第二把刀后，加工時主軸與工件發(fā)生碰撞，碰撞后機床不能移動。

2.2 故障分析及診斷過程

上述現(xiàn)象與驅(qū)動控制板、電源及行程開關(guān)都可能有關(guān)系。打開控制柜，清理灰塵，仔細檢查導線、接頭及元件各部分是否有異常。檢測后發(fā)現(xiàn)，X、Y、Z 軸驅(qū)動板上的功率晶體管GTK457 燒壞。更換損壞的功率管后，X、Y、Z 軸三個方向可以進行移動，手動換刀也能進行，但是在執(zhí)行加工程序命令中換刀動作不能執(zhí)行。機床回零后第一把刀具可以換，但在加工過程中還是不能執(zhí)行換刀。依據(jù)經(jīng)驗，依次做下列檢測:

(1)TM4 伺服檢測發(fā)現(xiàn)，Z 軸顯示±0.028，正常應顯示X 為0.009～0.000 mm、Y 為0.009～0.000 mm、Z為0.009～0.000 mm 之間。此顯示說明機床在第一把刀加工后換第二把刀前機床沒有回到零點，即Z 坐標值不在0.009～0.000 mm 之間。后經(jīng)更改Z 軸檢測精度參數(shù)(也叫機床定位精度)，設定Z=0.050 mm，機床能正常工作。但是第二天機床重新上電后，發(fā)現(xiàn)機床顯示X 軸正負、Y 軸正負及Z 軸正負均超程。

(2)檢查機床急停按鈕線路及回路，工作正常;檢查所有保險管，發(fā)現(xiàn)FU4(強電箱里)保險管燒壞，更換后上電顯示還是X 軸、Y 軸、Z 軸均超程。檢查電源板的24 V 電壓，輸出正常，但是在檢查Z 軸行程開關(guān)時，沒有24 V 電壓輸入。檢查后發(fā)現(xiàn)，在前步更換保險管時，保險管有松動現(xiàn)象，緊固保險管后機床上電顯示正常，但是在工作中還是不換刀。依據(jù)經(jīng)驗，將機床斷電5 min 后重新上電，使系統(tǒng)復位，同時更改刀具號，機床換刀正常。

2.3 分析原因及解決方法

綜合以上維修過程后，總結(jié)出此故障的排除方法如下:

(1)在機床換刀發(fā)生碰撞后，首先檢查并更換X、Y、Z 軸控制板上損壞的元件，保證機床各部分能夠單獨工作正常。不換刀的主要原因是機床在換第二把刀時沒有回到原點，因此不能執(zhí)行換刀動作。

(2)機床3 個軸同時顯示超程，說明控制軸的行程開關(guān)回路沒有電，信號無法反饋到控制部分，因此機床顯示超程報警。

3 故障3

3.1 故障現(xiàn)象

加工中心在工作時，機床突然停止執(zhí)行自動加工程序，顯示器顯示報警，報警號為:31-TOOL MAGAZINE NOT IN POSITION 和38-MAGAZINE NOT IN UP POSITION(意思為:刀庫向上位置不到位或者是刀庫向上的位置沒有輸出信號)。

3.2 故障分析及診斷過程

根據(jù)故障現(xiàn)象判斷，出現(xiàn)此類現(xiàn)象可能和以下兩種情況有關(guān):

(1)可能控制刀庫向上運動的氣缸行程開關(guān)有問題;

(2)可能連接刀庫向上行程開關(guān)的聯(lián)線，由于長時間使用導致線路老化，造成信號斷路。

首先檢查控制刀庫向上運動的氣缸行程開關(guān)，開關(guān)工作正常。其次用萬用表檢查開關(guān)到帶有J1B 插頭的控制板之間的聯(lián)線，編號為89 的聯(lián)接線也正常，這說明這種故障與行程開關(guān)及聯(lián)線沒有關(guān)系。根據(jù)經(jīng)驗，也可能是帶有J1B 插頭的CNC 板的問題。用帶有J1A 插頭的CNC 板和它對調(diào)(這兩塊板是一樣的)試機，故障現(xiàn)象依然存在，可以排除CNC 控制板的問題。結(jié)合以往故障現(xiàn)象及維修經(jīng)驗，我們用一根新的信號線直接聯(lián)到向上的行程開關(guān)，另一端直接聯(lián)到離J1B插頭最近的編號為89 端子板上，試機后31 號和38 號報警不再顯示，機床恢復正常。通過此次試驗確定是由于這段信號線存在問題才引起機床的報警。更換新的信號線，報警消失，機床工作正常。

3.3 分析原因及解決方法

在刀庫上有兩個帶有編號的接線端子板，兩個端子板之間用信號線連接。由于這兩個端子板之間的信號線經(jīng)常和刀庫一起往復運動，造成信號線磨損及老化，致使信號斷路或虛接現(xiàn)象。更換新的信號線后故障自動消除。經(jīng)過此次故障，使我們認識到在機床上經(jīng)常運動的部位，不論機械件還是連接線，由于長期運動很容易出現(xiàn)磨損，導致故障發(fā)生，在以后的維修中首先應注意這幾個部位的檢查。

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4.1 故障現(xiàn)象

加工中心工作時，機床不能執(zhí)行自動加工程序。當打到手動時，刀庫也不能換刀，機床也不能運動。

4.2 故障分析及診斷過程

根據(jù)該加工中心相似故障判斷，極有可能是控制刀庫轉(zhuǎn)動的直流電動機或控制運動的信號線出現(xiàn)問題造成的。采用“分開法”單獨檢測控制刀庫轉(zhuǎn)動的直流電動機，工作正常;使用萬用表進一步檢查經(jīng)常和刀庫一起運動的各部位信號連線，發(fā)現(xiàn)帶動刀庫旋轉(zhuǎn)的直流電動機控制信號線斷路。更換新的信號線后，機床恢復正常。

4.3 分析原因及解決方法

這種故障應該是控制直流電動機轉(zhuǎn)動的控制信號線，因經(jīng)常與刀庫一起做往復運動，造成信號線磨損及老化，導致信號斷路或虛接現(xiàn)象。更換新的信號線后故障自動消除。

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5.1 故障現(xiàn)象

加工中心在換刀時，換刀拉桿工作不正常，有時不能夠完成換刀動作。

5.2 故障分析及診斷過程

換刀拉桿運動不到位導致無法完成換刀動作，應該是換刀氣缸本身故障造成的。依據(jù)該氣缸的結(jié)構(gòu)及運動軌跡分析，主要原因可能是氣缸密封墊破損，或者是拉桿碟形彈簧墊片破損導致拉桿運動不到位，造成無法完成換刀動作。卸下氣缸，將其拆解開。仔細檢查后發(fā)現(xiàn)，氣缸里的多數(shù)密封圈破損，更換新的密封圈，試機后換刀正常，故障排除。

5.3 分析原因及解決方法

加工中心要完成很多不同表面的加工，必須頻繁地更換刀具，這些換刀動作都需要換刀氣缸的往復運動來完成。長時間的使用導致密封部件磨損，拉桿運動不到位，也是設備使用過程中機械部件破損的主要原因。只需修復或更換破損的部件，故障就會排除。

6 故障6

加工中心在加工工件時，Z 軸上下竄動，所加工工件的端面有波紋，Z 軸竄動時有時無。

7 結(jié)語

在實際使用中，由于加工中心這種高精度設備工作強度大，工作時間長，加之設備本身結(jié)構(gòu)復雜，出現(xiàn)故障的概率非常高，而且故障種類千差萬別，給設備維修帶來很大的困難。為了減少故障的發(fā)生，提高平均無故障時間，要求企業(yè)及設備維修人員采用多種維修方法，以保證機床正常運行。其一，可以依靠數(shù)控設備廠家提供的售后維修服務，盡早修復數(shù)控設備;其二，企業(yè)自己要培養(yǎng)高水平的維修人員，同時對故障設備要及時做好設備的維修記錄，為以后出現(xiàn)類似故障時提供必要的技術(shù)資料。其三，對于一些易于損壞且只能更換的關(guān)鍵部件，需要準備備份件，以縮短維修時間;其四，由于數(shù)控機床的正常使用與日常維護和保養(yǎng)有密切的聯(lián)系，正常的使用和日常嚴格的維修保養(yǎng)制度可以避免80%的意外故障，能延長平均無故障時間1 倍以上。所以，做好數(shù)控系統(tǒng)日常維護和保養(yǎng)，建立完善的3 級保養(yǎng)制度及6S 管理，并結(jié)合實際狀況，吸收國外先進的設備管理——TPM(全員生產(chǎn)維修)，制訂自己的生產(chǎn)設備維修保養(yǎng)體系，可以延長元器件的壽命和零件的磨損周期，使設備保持良好的技術(shù)狀態(tài)，延緩劣化進程，及時發(fā)現(xiàn)和消滅故障隱患，從而保證設備的安全運行。通過TPM，可以綜合提高數(shù)控機床的綜合效率及利用率［2］。

［1］王平.數(shù)控機床與編程實用教程［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2007.

［2］張志軍.數(shù)控機床故障診斷及維修［M］.北京:北京理工大學出版社，2010.