淺談數(shù)控機(jī)床故障診斷及典型故障分析與排除

張勇維

（廣州華立科技職業(yè)學(xué)院 廣東 廣州 511325）

摘 要：數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，故障千變?nèi)f化，維修方法自然也不盡相同，故障的診斷與維修在數(shù)控生產(chǎn)中的地位愈來愈重要，直接目的和結(jié)果是使數(shù)控系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，從而保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；故障診斷；分析；排除

數(shù)控機(jī)床作為一種高效的生產(chǎn)設(shè)備在許多行業(yè)中，往往是關(guān)鍵崗位的關(guān)鍵設(shè)備，其出現(xiàn)故障后若不及時(shí)找到故障的原因，就不能使其恢復(fù)生產(chǎn)，將會(huì)給企業(yè)帶來巨大的損失。故采用正確的故障診斷方法，及時(shí)排除故障，在企業(yè)中尤其重要。本人這里淺談數(shù)控機(jī)床故障診斷及典型故障分析與排除，希望對維修人員有所幫助。

一、數(shù)控機(jī)床故障的常用診斷方法

數(shù)控機(jī)床的故障診斷有故障檢測、故障判斷及隔離和故障定位。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，快速確定故障所在部位并能及時(shí)排除，要求：1）故障檢測應(yīng)簡便，不需要復(fù)雜的操作和指示。2）故障診斷所需要的儀器應(yīng)盡可能少，為此可以采用以下的診斷方法：

1、直觀法

就是利用人的感官注意發(fā)生故障的各種外部現(xiàn)狀并判斷故障的可能部位，這是處理數(shù)控機(jī)床故障最直接且行之有效的方法，可通過問、看、聽、嗅和觸摸等方法進(jìn)行診斷。

問：由于機(jī)床發(fā)生故障的前后機(jī)床操作人員都在現(xiàn)場，他們對故障發(fā)生的前因，過程和結(jié)果都是非常清楚的，所以從他們的回答可以了解到機(jī)床故障的一些重要信息。 看：即通過觀察機(jī)床變化進(jìn)行診斷故障，有無燒焦和打火現(xiàn)象；有無機(jī)械卡死和部件變形；有無接線松動(dòng)，斷路，虛焊等。聽 ：根據(jù)聲音來判斷故障原因，維修過程可聽的聲音，如主軸噪音；進(jìn)給軸移動(dòng)聲；各電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)聲；繼電器，接觸器動(dòng)作聲等。嗅和觸摸：有時(shí)機(jī)床出故障時(shí)，通過嗅和觸摸也可以定位出故障點(diǎn)，一般有芯片和電線燒焦的糊味，而手摸電器表面感覺溫度，機(jī)械部件的振動(dòng)和反向間隙等。

2、 互換法

在數(shù)控系統(tǒng)中常有型號完全相同的電路板，模塊，集成電路和其它零部件。我們可將相同部分互相交換，觀察故障轉(zhuǎn)移情況，以快速確定故障部位。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)某個(gè)軸運(yùn)動(dòng)不正常，如爬行，抖動(dòng)，時(shí)動(dòng)時(shí)不動(dòng)，一個(gè)方向另一個(gè)方向不動(dòng)等故障時(shí)。常采互換法來確定故障部位。

3、隔離法

在維修過程中，有些故障是關(guān)系到一個(gè)很長的鏈，如果一個(gè)個(gè)部件排除，既費(fèi)時(shí)，又煩瑣。以某一部件為界隔離一部分后再進(jìn)行排除，有時(shí)起到事半功倍的效果。

4、自診斷

自診斷技術(shù)是當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的一項(xiàng)十分重要技術(shù)，它是評價(jià)系統(tǒng)性能一項(xiàng)重要技術(shù)的主要指標(biāo)。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，借助系統(tǒng)的診斷功能可以迅速，準(zhǔn)確地查明原因并確定故障部位。因此，對維修人員來說，熟悉系統(tǒng)的自診斷功能是十分重要。

1）開機(jī)自診斷

數(shù)控系統(tǒng)通電后，系統(tǒng)自診斷軟件會(huì)對系統(tǒng)最關(guān)鍵的硬件和控制軟件檢查，如CPU、RAM、ROM等芯片、I/O口及監(jiān)控軟件，如果正常，將進(jìn)入正常操作界面。如檢測不通過，即在液晶上顯示報(bào)警信息或報(bào)警號。指出哪個(gè)部分發(fā)生了故障，將故障原因定位在一定的范圍內(nèi)，然后通過維修手冊找出造成故障的真正原因，根據(jù)書上的說明進(jìn)行排除。

2） 運(yùn)行自診斷

運(yùn)行自診斷是數(shù)控系統(tǒng)正常時(shí)，運(yùn)行內(nèi)部診斷程序?qū)ο到y(tǒng)本身，位置伺服單元以及數(shù)控裝置相連的其它外部裝置進(jìn)行自動(dòng)測試并顯示有關(guān)信息和故障信號。只要系統(tǒng)不斷電，這種診斷將會(huì)反復(fù)進(jìn)行下去，不會(huì)停止。診斷信息有：CNC與機(jī)床之間的I/O接口；CNC內(nèi)部各存儲(chǔ)器的信息；伺服系統(tǒng)的狀態(tài)信息；MDI面板操作面板的狀態(tài)信息等。

二、典型故障分析與排除

案例1 一臺CJK6140O數(shù)控車床配置GSK980TD+DA98A伺服系統(tǒng)，X軸驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)ERR4報(bào)警.

故障分析 通過查詢DA98A說明書，ERR4報(bào)警解釋為：位置超差。引起這報(bào)警是由于位置偏差計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)值超過“位置超差檢測范圍”這個(gè)參數(shù)設(shè)定的值。 GSK980TD+DA98A的配置的控制圖如圖1所示，從系統(tǒng)發(fā)出來的位置指令脈沖與伺服電機(jī)光電編碼器反饋回來的脈沖在驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行運(yùn)算，位置指令脈沖到來進(jìn)行加法運(yùn)算，伺服電機(jī)光電編碼器反饋回來的脈沖進(jìn)行減法運(yùn)算，得到的偏差值即為位置偏差計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。由此可以判定故障有可能由以下原因引起：1）系統(tǒng)或伺服相關(guān)的參數(shù)設(shè)置異常，引起指令脈沖頻率過高，轉(zhuǎn)矩不足等。2）光電編碼器故障或電纜引線接錯(cuò)，使當(dāng)前位置脈沖反饋失效。3）伺服電機(jī)或絲杠機(jī)械卡死，光電編碼器轉(zhuǎn)不起來。4）轉(zhuǎn)矩不足。5）驅(qū)動(dòng)器損壞。6）電機(jī)U，V，W引線接錯(cuò)。

故障排除 排除故障步驟圖如圖2，由于原因有可能是電氣故障，也有可能是機(jī)械故障，所示先上電觀察X軸驅(qū)動(dòng)是否報(bào)警，如有，一般是驅(qū)動(dòng)器電路板故障，只能更換同型號的驅(qū)動(dòng)器。如沒有報(bào)警，可檢查系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的參數(shù)是否設(shè)置正確，如系統(tǒng)的電子齒輪比、快速定位速度、加減速時(shí)間常數(shù)等；伺服驅(qū)動(dòng)器的位置超差檢測范圍，位置比例增益、轉(zhuǎn)矩限制值等。然后再按圖2步驟進(jìn)行排除。在維修過程中，當(dāng)斷開伺服電機(jī)與絲杠時(shí)，發(fā)現(xiàn)絲杠機(jī)械卡死，同時(shí)其表面附有一層鐵粉，懷疑有鐵粉浸進(jìn)了螺母座里面使?jié)L珠卡死無法傳動(dòng)，從而絲杠機(jī)械卡死，拆下絲杠和螺母座用汽油清洗，重新安裝后工作正常。

案例2 在濟(jì)南CJK6136車床上加工零件，在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)工件X軸方向的實(shí)際尺寸與程序編制的理論數(shù)據(jù)存在不規(guī)則的偏差；

故障分析處理：首先檢查X軸有關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)與說明書所要求的十分相近，暫確定系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置合理，排除參數(shù)設(shè)置不正確；其次檢查加工工藝（如裝夾）也合理；再檢查X軸傳動(dòng)鏈；將一個(gè)百分表座吸附在橫梁上；將機(jī)床操作面板上的工作方式為：單步方式，單步增量為：1m m，按X軸正方向進(jìn)給鍵，觀察百分表讀數(shù)的變化，理論上應(yīng)該每按一下，百分表讀數(shù)增加1m m，經(jīng)測量，X軸正、負(fù)方向的增量運(yùn)動(dòng)都存在不規(guī)則的偏差（由于是在使用中的機(jī)床，可以排除驅(qū)動(dòng)電子齒輪比設(shè)置不正確）；找一粒滾珠置于滾珠絲杠的端部中心，用百分表的表頭頂住滾珠，如下，按X軸正、負(fù)方向的進(jìn)給鍵，主軸箱沿X軸正、負(fù)方向連續(xù)運(yùn)動(dòng)，觀察百分表讀數(shù)無明顯變化，故排除滾珠絲杠軸向竄動(dòng)的可能；檢查與X軸伺服電動(dòng)機(jī)和滾動(dòng)絲杠聯(lián)接的同步齒形帶輪，發(fā)現(xiàn)與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸連接的帶輪錐套有松動(dòng)，使得進(jìn)給傳動(dòng)與伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)不同步，由于在運(yùn)動(dòng)中松動(dòng)是不規(guī)則的，從而造成位置偏差的不規(guī)則，最終使零件加工尺寸出現(xiàn)不規(guī)則的偏差，在擰緊錐環(huán)后，再加工工件，尺寸正常，問題解決。

三、結(jié)束語

數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，故障千變?nèi)f化，維修方法也不盡相同，從以上兩個(gè)例子，我們知道，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的維修時(shí)，要多思多想，認(rèn)真仔細(xì)，注意合理使用逐層深入、層層分析的方法。遇到問題時(shí)要先想、問、再分析、然后深入分析、最后動(dòng)手解決問題，切忌盲目動(dòng)手，這樣才有利于更快、更準(zhǔn)的解決問題。

參考文獻(xiàn)

[1] GSK980TA、GSK980TD車床CNC操作說明書，2006.1.

[2]《GSK數(shù)控系統(tǒng)維修手冊》，2006.5.

[3]《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》鄧三鵬，國防工業(yè)出版社，2009.