數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修方法

郝新成 鄧自清

摘 要：現(xiàn)如今，我國的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展非常迅速，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用相當(dāng)普遍，隨之而來的就是數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)卻越來越復(fù)雜、種類也越來越多，那么在數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，面臨的維修問題也就變得更加復(fù)雜，這就需要掌握一定的故障診斷方法和維修方法，盡快排除故障，保證機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；故障診斷；維修方法

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.041

0 引言

數(shù)控機(jī)床是集合機(jī)械、電子、液壓、氣壓氣動(dòng)控制為一體的高新技術(shù)產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的自動(dòng)加工設(shè)備，由于各種原因，不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障，如果得不到及時(shí)維修，生產(chǎn)將會(huì)無法繼續(xù)，會(huì)使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益受到影響。

1 數(shù)控機(jī)床故障分類

1.1 機(jī)械方面故障

數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分主要包括：機(jī)床基礎(chǔ)件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)等。故障原因大多由于安裝、調(diào)試不正確，操作過程中發(fā)生失誤引起碰撞，從而造成機(jī)械傳動(dòng)失靈、導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)摩擦阻力過大的現(xiàn)象。常表現(xiàn)為：切削振動(dòng)大，傳動(dòng)噪聲大，加工精度達(dá)不到要求，主軸溫升過高等。例如：進(jìn)給軸的聯(lián)軸器松動(dòng)，導(dǎo)致齒輪、絲杠、軸承缺油，導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良等機(jī)械方面故障。

1.2 電器方面的故障

電器故障分為強(qiáng)電故障和弱電故障。強(qiáng)電部分主要是指控制系統(tǒng)中的主回路或高壓、大功率回路中的繼電器、接觸器、開關(guān)、熔斷器、電源變壓器、電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣元器件及其所組成的控制電路。這部分電路處于高電壓、大電流工作狀態(tài)，故障率較高。弱電部分包括CNC裝置、PLC控制器、CRT顯示器以及伺服驅(qū)動(dòng)單元、輸入輸出單元等。弱電故障又有硬件故障與軟件故障之分，硬件故障是指上述各部分的集成電路芯片、分立電子元件、接插件以及外部連接組件等發(fā)生的故障。軟件故障是指在硬件正常情況下所出現(xiàn)的動(dòng)作出錯(cuò)、數(shù)據(jù)丟失等故障。

2 數(shù)控機(jī)床故障診斷的方法

引起數(shù)控機(jī)床故障的原因是多方面的，維修時(shí)不能只看故障的表象，要透過現(xiàn)象找到引起故障的根源，采取合理的診斷方法。

2.1 機(jī)械方面的故障診斷方法

機(jī)械方面故障診斷方法，一般采用直觀診斷技術(shù)，充分利用人的感官，采用問、聽、看、觸、嗅直接發(fā)現(xiàn)問題所在，原則上找到問題的所在，問題就解決了一半，再根據(jù)機(jī)械原理，修復(fù)出現(xiàn)問題的部位。例如，我校使用的華中數(shù)控車床，學(xué)生在使用過程中報(bào)告說機(jī)床有異響，在主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)有“咯噔”“咯噔”的聲音，據(jù)學(xué)生反映前一段時(shí)間就有異響，只是聲音沒有這么大，停機(jī)用手轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤，發(fā)現(xiàn)阻力較大，懷疑是主軸軸承有問題，拆卸主軸后，發(fā)現(xiàn)主軸外圈有裂痕，主軸箱內(nèi)已沒有油，原來軸承因?yàn)槿庇蛽p壞。更換新的軸承，加注適量的潤(rùn)滑油后，故障排除。

2.2 電器方面故障診斷方法

2.2.1 系統(tǒng)自診斷法

維修時(shí)要充分利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)CRT顯示器上顯示的報(bào)警信息，可判斷出故障的大致部位，再進(jìn)一步利用數(shù)控機(jī)床的PLC功能來診斷，可快速找到出現(xiàn)問題的模塊。PLC程序是機(jī)床生產(chǎn)廠家根據(jù)機(jī)床的功能和特點(diǎn)，編制相應(yīng)的動(dòng)作順序以及報(bào)警文本，對(duì)過程進(jìn)行監(jiān)控，PLC在數(shù)控機(jī)床上起著連接NC與機(jī)床的橋梁作用，一方面，它接受NC的控制指令，在內(nèi)部順序程序控制下，給機(jī)床側(cè)發(fā)出控制指令，控制電磁閥、繼電器、指示燈，另一方面根據(jù)機(jī)床側(cè)的反饋信號(hào)，將機(jī)床側(cè)的狀態(tài)信號(hào)發(fā)送到NC，PLC在對(duì)大量信號(hào)的處理過程中任何一個(gè)信號(hào)不到位，任何一個(gè)執(zhí)行元件不動(dòng)作，都會(huì)使機(jī)床出現(xiàn)故障。所以根據(jù)PLC梯形圖來分析和診斷故障，可以快速、方便的找到故障點(diǎn)，PLC梯形圖能顯示系統(tǒng)與各部分之間的接口信號(hào)狀態(tài)，只要熟悉有關(guān)控制對(duì)象的正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，就能找到數(shù)控機(jī)床的外圍故障，它是故障診斷過程中常用、有效的方法之一。

2.2.2 常規(guī)測(cè)量檢查法

常規(guī)檢查采用感官來了解故障發(fā)生時(shí)所伴隨的各種異常噪聲、異常發(fā)熱、發(fā)熱元件表面的過熱變色、煙熏黑或燒焦、金屬燒結(jié)的亮點(diǎn)等。找出這些表面變化后，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理，從原理上分析各點(diǎn)的電壓與參數(shù)，利用儀器儀表對(duì)數(shù)控機(jī)床電路或元器件進(jìn)行測(cè)量、分析、比較、判斷。運(yùn)用這種方法對(duì)維修人員的水平要求較高，需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)和各部分電路思路清楚，深入的了解才能進(jìn)行。

2.2.3 部件交換法

這是一種在一定條件下采用的方法，就是將可能有故障的目標(biāo)用備用板更換，或用機(jī)床上相同的板進(jìn)行互換，然后啟動(dòng)機(jī)床，觀察故障現(xiàn)象是否消失或轉(zhuǎn)移，以確定故障的具體部位。采用此法之前要確認(rèn)：數(shù)控系統(tǒng)各種電壓正常，負(fù)載沒有短路。如某數(shù)控車床，故障現(xiàn)象為X軸不動(dòng)，其它功能正常。通過分析數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器和各電機(jī)間的連接框圖，從控制環(huán)節(jié)上看，故障可能出在數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)上，此時(shí)可以利用部件交換法來確定故障點(diǎn)，將X、Z軸電機(jī)電纜線互換，發(fā)現(xiàn)X軸伺服電機(jī)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，Z軸伺服電機(jī)沒有動(dòng)作，此時(shí)，說明X軸電機(jī)正常，電纜恢復(fù)到原來位置后，再交換數(shù)控系統(tǒng)到伺服驅(qū)動(dòng)器之間的電纜，發(fā)現(xiàn)X軸不動(dòng)、Z軸正常，由此可判斷X軸驅(qū)動(dòng)器有故障。

2.2.4 參數(shù)檢查法

加工程序出錯(cuò)，系統(tǒng)程序、計(jì)算機(jī)運(yùn)算出錯(cuò)等數(shù)控機(jī)床軟件故障，往往就是由于參數(shù)變化或丟失造成的，此外，機(jī)床受外界電、磁場(chǎng)的影響也會(huì)造成參數(shù)變化，出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，要先檢查參數(shù)，若有變化，要先恢復(fù)參數(shù)，再查找其它原因。例如：長(zhǎng)期閑置的機(jī)床，由于電池電量不足和電子元器件的性能變化，很容易造成參數(shù)丟失或變化， 檢查機(jī)床的參數(shù)情況，很容易找到故障所在。

3 數(shù)控機(jī)床維修過程

數(shù)控機(jī)床種類多，元器件多，所產(chǎn)生的故障原因復(fù)雜，在維修中，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理，下面是數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)的維修過程。

3.1 充分掌握故障信息

在機(jī)床出現(xiàn)故障后，做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，通過對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣的外觀判斷和與操作人員交流，形成對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣故障的基本了解。要了解數(shù)控機(jī)床是怎樣出現(xiàn)故障的，出現(xiàn)的故障時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)是什么樣子，要有條理的進(jìn)行，不要急于動(dòng)手，維修前，維修人員先熟知機(jī)床的各個(gè)元器件的連接情況，才能把維修工作做得更好，另外，維修人員對(duì)系統(tǒng)的熟悉程度和運(yùn)用技術(shù)資料的熟練程度，決定了檢修排除故障的速度。因此必須掌握數(shù)控機(jī)床的安裝、使用、操作及維修方面的說明書，維修人員不但要了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作，熟悉機(jī)床上電氣元器件的作用和位置，還要會(huì)操作機(jī)床，編制簡(jiǎn)單的加工程序并進(jìn)行試運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的控制原理，掌握故障發(fā)生時(shí)，機(jī)床的報(bào)警號(hào)和報(bào)警信息是什么？指示燈和發(fā)光管的狀態(tài)怎樣。 如果沒有報(bào)警，系統(tǒng)處于何種狀態(tài)？ 故障發(fā)生在哪個(gè)程序段？正在執(zhí)行何種命令？故障發(fā)生前進(jìn)行何種操作？ 故障發(fā)生在何種速度下？軸處于何種位置？與指令值的誤差量有多大？ 以前是否發(fā)生過類似故障？故障是否重復(fù)發(fā)生？

3.2 分析故障原因，確定檢查的方法

在調(diào)查故障現(xiàn)象，掌握第一手材料的基礎(chǔ)上分析故障的起因。從故障現(xiàn)象著手，根據(jù)掌握的理論和實(shí)踐知識(shí)，列出多種可能產(chǎn)生該故障的原因，然后對(duì)這些原因逐點(diǎn)進(jìn)行分析，排除不正確的原因，最后確定故障點(diǎn)。在分析故障原因時(shí)，思路要開闊，據(jù)機(jī)床硬件連接、信號(hào)邏輯等羅列出所有可能造故障的原因及可能解決的方法全部列出來，進(jìn)行綜合、判斷和篩選，在對(duì)故障進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，確定故障引起的原因，對(duì)癥下藥，排除故障。

3.3 故障的檢測(cè)與維修

一般來講，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分的故障較易發(fā)現(xiàn)，電器方面的故障檢測(cè)難度較大，所以從經(jīng)驗(yàn)來看，要先檢查機(jī)械部分的故障，檢查機(jī)械零部件是否正常，行程開關(guān)是否靈活，液壓、氣動(dòng)部分是否正常等，把這些看得見的故障首先解決好，再來檢查處理電器方面的故障。當(dāng)出現(xiàn)電氣故障時(shí)，不要急于動(dòng)手檢查，應(yīng)先要謹(jǐn)慎考慮，再作相應(yīng)的處理，這樣能更快、更有效地排除故障，否則適得其反會(huì)擴(kuò)大故障。通常情況下，先在斷電的狀態(tài)下觀察、測(cè)量，分析，確定通電無危險(xiǎn)后，再通電檢查，檢查電源是否正常，利用萬用表測(cè)量各部分電源電壓是否在機(jī)床允許范圍之內(nèi)，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)報(bào)警故障時(shí)，要查看系統(tǒng)自診斷，根據(jù)自診斷的信息，查找故障的具體部位。

3.4 認(rèn)真填寫維修記錄

在維修結(jié)束后，要認(rèn)真填寫維修記錄，列出替換的零件清單。建立用戶檔案，有關(guān)故障現(xiàn)象、分析診斷方法、采用的何種維修方法以及遺留問題等都要做好詳細(xì)記錄，這樣使每次故障都有據(jù)可查，同時(shí)也可積累更多維修經(jīng)驗(yàn)，方便以后快速準(zhǔn)確地排除此類故障。

4 結(jié)束語

數(shù)控機(jī)床的種類繁多，故障存在形式多種多樣，其維修方法有多種，維修時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)故障進(jìn)行綜合判斷、分析，找到合適的檢查方法，從而快速的排除故障。同時(shí)，合理有效的日常維護(hù)與保養(yǎng)，可以大大降低數(shù)控機(jī)床故障率，使數(shù)控機(jī)床一直發(fā)揮應(yīng)有的作用，從而提高經(jīng)濟(jì)利益。

參考文獻(xiàn)：

[1]索永圣.數(shù)控設(shè)備常見故障處理及維修工作研究[J].裝備制造技術(shù)，2014（9）.

[2]余仲裕.數(shù)控機(jī)床維修[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014（8）.

[3]蔣洪平.機(jī)床數(shù)控技術(shù)基本常識(shí)[S]. 高等教育出版社，2009（09）.