淺析數(shù)控機(jī)床的診斷與維修

劉軒辰+梁宗輝

【摘 要】機(jī)床的先進(jìn)程度代表著一個國家的生產(chǎn)制造能力。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代化機(jī)械加工設(shè)備的代表，其融合了計算機(jī)技術(shù)、自控技術(shù)、高精度測量技術(shù)、先進(jìn)的機(jī)械制造和各種數(shù)據(jù)通信等技術(shù)于一體。加工精度高，適合批量生產(chǎn)。在使用過程中對設(shè)備生產(chǎn)能力最大的影響主要來自于故障診斷與維修，同時也制約著設(shè)備本身的發(fā)展。

【Abstract】The advanced degree of the machine tool represents the production and manufacturing capacity of a country. CNC is the representative of the modern mechanical processing equipment， it combines computer technology， automatic control technology， high precision measurement technology and advanced machinery and all kinds of data communication technology into an organic whole. It is high machining precision， and suitable for mass production. The most important influence on the equipment production capacity during the applocation is the fault diagnosis and maintenance， it also restricts the development of the device itself.

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；故障診斷；故障維修

【Keywords】 CNC ； fault diagnosis； troubleshooting

【中圖分類號】TG659 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0157-02

1 引言

數(shù)控機(jī)床是工業(yè)生產(chǎn)中必備的生產(chǎn)機(jī)械，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中一般都是進(jìn)行主要產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，還因為它的價錢是非常昂貴的，所以一旦數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障給企業(yè)帶來的影響是非常嚴(yán)重的。為了保證企業(yè)的正常生產(chǎn)，保證企業(yè)的經(jīng)營利益不受到影響，對數(shù)控機(jī)床的維修工作一定要非常重視。數(shù)控機(jī)床一旦出現(xiàn)故障進(jìn)行診斷是非常重要的，為了更好地進(jìn)行維修，對出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析的工作非常重要，對其經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)防，對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營至關(guān)重要[1]。數(shù)控機(jī)床的故障多為電氣故障，所以數(shù)控機(jī)床的電氣維修工作更加重要。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)械產(chǎn)品的精度也在不斷地改進(jìn)，這樣也推動了機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代，數(shù)控機(jī)床在精度和效率上也要進(jìn)行必要的改進(jìn)，使機(jī)床在使用的過程中更加的靈活。

2 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見故障

數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是故障的高發(fā)區(qū)，也是故障診斷和排除的難點。數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床最大的區(qū)別在于多了一套自動控制的伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要控制速度和位置兩個量。接收通過位置檢測和數(shù)據(jù)反饋以及變量采集再由相關(guān)插補(bǔ)軟件計算產(chǎn)生的脈沖指令，最終通過信號轉(zhuǎn)換生成電壓信號經(jīng)過功率放大模塊輸出實現(xiàn)各部分的運動。在其工作過程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會對數(shù)控機(jī)床的正常工作造成影響[2]。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見故障通常體現(xiàn)在以下幾個方面：①回零故障。零點就是我們所說的參考點，機(jī)床在開始或結(jié)束工作以及加工過程中更換刀具時，相應(yīng)的坐標(biāo)軸都要移動到一個提前設(shè)定好的準(zhǔn)確位置。機(jī)床返回零點是數(shù)控機(jī)床起動在各項功能正常的前提下必須進(jìn)行的一項操作，后續(xù)的工作才能按照編程方式進(jìn)行?；亓泓c故障一般分為兩類（找不到零點和找不準(zhǔn)零點）。找不到零點故障一般是回零點減速開關(guān)未產(chǎn)生相應(yīng)的信號、傳輸過程中丟失或該位置的脈沖信號失效，可以通過檢查相關(guān)部件是否有故障； 找不準(zhǔn)零點故障是零點開關(guān)擋塊位置發(fā)生改變引起的，具體可能是擋塊松動或設(shè)置的位置不準(zhǔn)確需要重新調(diào)整擋塊位置[3]。②漂移。當(dāng)給定值為零時，坐標(biāo)軸應(yīng)該立即停止移動，如果仍然有部分位移既定義為發(fā)生漂移，這種故障會造成誤差輸出。如果出現(xiàn)這種故障，專業(yè)技術(shù)人員可以通過漂移補(bǔ)償或伺服驅(qū)動單元上的零速調(diào)整來消除，具體情況可查閱相關(guān)設(shè)備說明書[4]。③軸竄動。竄動是發(fā)生在加工過程中的一種現(xiàn)象。正常的進(jìn)給速度應(yīng)該是均勻的，如果突然出現(xiàn)了變速的現(xiàn)象，就意味著竄動。產(chǎn)生竄動的原因是多方面的，例如信號不穩(wěn)定或受到干擾，各種接線松動或者接觸不良；或在變換方向運動的瞬間反向間隙過大造成的。竄動的故障判斷較為復(fù)雜，需要電氣和機(jī)械的相關(guān)人員配合并且使用輔助工具進(jìn)行判斷才能完成。④振動。振動現(xiàn)象主要指某一坐標(biāo)軸運動時機(jī)床床身出現(xiàn)振動現(xiàn)象。出現(xiàn)該故障后先要判斷振動周期與進(jìn)給伺服系統(tǒng)的進(jìn)給速度是否有關(guān)系，如果進(jìn)給速度變化的同時振動周期也發(fā)生變化表明與速度環(huán)增益設(shè)置過大或速度反饋故障有關(guān)[5]。若在加速或者減速過程中出現(xiàn)振動，是系統(tǒng)在速度變化時間值設(shè)定過小造成的。出現(xiàn)這種故障時，專業(yè)技術(shù)人員可以根據(jù)以上方向進(jìn)行診斷與維修。⑤伺服電機(jī)故障。伺服系統(tǒng)除了速度信號外還有相關(guān)的使能控制信號。伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)動可能是使能控制信號沒有接通或者數(shù)控系統(tǒng)沒有發(fā)出速度控制信號；通過CRT或者PLC監(jiān)控I/O狀態(tài)和梯形圖確定啟動條件是否滿足。進(jìn)給單元存在故障或伺服電機(jī)本身存在故障等原因也會引起以上故障。帶電磁制動的伺服電機(jī)應(yīng)該考慮電磁制動器是否打開。專業(yè)技術(shù)人員可以根據(jù)以上原因進(jìn)行診斷與維修[6]。需要注意的是，目前，閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床常用的伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩種。直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)應(yīng)該分別按照兩種電機(jī)的相關(guān)檢查要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查和保養(yǎng)。⑥位置誤差。位置誤差包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差幾類。當(dāng)坐標(biāo)軸運動范圍超過允許的系統(tǒng)設(shè)定誤差范圍時，數(shù)控系統(tǒng)就會產(chǎn)生位置誤差報警。產(chǎn)生位置誤差的原因有以下幾個方面：系統(tǒng)設(shè)定的允許偏差范圍較?。凰欧到y(tǒng)增益設(shè)置不夠優(yōu)化；位置檢測裝置受損；傳動系統(tǒng)誤差偏大；平衡裝置（對重系統(tǒng)）運行不穩(wěn)[7]。如果出現(xiàn)這種故障，專業(yè)技術(shù)人員可以根據(jù)以上原因進(jìn)行診斷與維修。⑦過載。在加工過程中進(jìn)給量過大、正反向切換某一坐標(biāo)軸過于頻繁、機(jī)械傳動部分的潤滑不良、檢測電路故障時，都會出現(xiàn)過載報警[8]。數(shù)控系統(tǒng)在開發(fā)時都會有相關(guān)內(nèi)容顯示，電機(jī)工作電流大小都會在CRT上顯示出來，用以提示工作人員；當(dāng)電柜的進(jìn)給驅(qū)動單元出現(xiàn)過載或過流時，都會有相應(yīng)的指示燈或數(shù)碼管提示專業(yè)技術(shù)人員。如果出現(xiàn)這種故障，專業(yè)技術(shù)人員可以根據(jù)以上原因進(jìn)行診斷與維修。⑧超程。當(dāng)進(jìn)給過程中實際運動值超過軟限位或硬限位設(shè)定值時，就會發(fā)生超程報警，一般會在CRT 上顯示報警內(nèi)容。具體故障現(xiàn)象有以下情況： a系統(tǒng)出錯，超程信號提前輸入；加工零件過大，不適合在此機(jī)床上加工[9]。排除方法是重新考慮工件加工條件是否滿足，避免超程信號的誤輸入； b系統(tǒng)報警，提示超過軟限位。程序編寫錯誤或刀具安裝位置有誤，都會引起報警，需要重新檢查程序編寫和刀具裝夾、對刀是否正確。endprint

3 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)常見故障處理的實例

①采用西門子840D系統(tǒng)的鏜銑床X軸出現(xiàn)加工尺寸誤差，尺寸變化無規(guī)律，但是CRT及伺服放大器無任何報警顯示。也就是說，X軸原點出現(xiàn)無規(guī)律的漂移，該機(jī)床的系統(tǒng)采用半閉環(huán)控制方式，伺服電機(jī)與滾珠絲杠通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接。根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，可能由兩種原因造成的機(jī)械連接部分或絲杠副滾珠導(dǎo)槽受損。經(jīng)過排查為滾珠絲杠與電機(jī)連接的聯(lián)軸器松動緊固后設(shè)備恢復(fù)正常[10]。②一臺配套SIEMENS 810D的雙立柱車床開機(jī)時，CRT顯示誤差報警，當(dāng)X軸運動時機(jī)床床身發(fā)生周期性振動。初步判斷為系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定不合理或者機(jī)械傳動故障。將伺服電機(jī)與滾軸絲杠脫開后故障現(xiàn)象仍存在，排除伺服系統(tǒng)機(jī)械故障，檢查伺服電機(jī)判斷為正常。最后更換伺服控制器的電路板后故障消除，確定為該控制器的電路板出現(xiàn)故障。③一臺配套Mazak e-800加工中心原點時，顯示器出現(xiàn)“Z軸限位超程”根據(jù)目測距離還未到達(dá)平時參考點的位置，因此判斷為軟故障。該故障可能由于日常操作時沒有按照規(guī)程進(jìn)行造成的。在參數(shù)設(shè)置界面選擇了Z軸相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行放大后機(jī)床自行回到參考點，再將參數(shù)修改到原來的數(shù)值機(jī)床恢復(fù)正常狀態(tài)[11]。④一臺采用日本數(shù)控系統(tǒng)的高精度銑床，Y軸運動時產(chǎn)生“絕對位置”報警，觀察故障發(fā)生過程，在啟動Y軸時，Y軸無法運動。初步判斷為位置反饋出現(xiàn)故障。經(jīng)過對伺服電機(jī)編碼器更換后故障仍然沒有消除，最后屏蔽光柵尺后報警消除。對光柵尺修理后設(shè)備恢復(fù)正常。

4 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床故障的判斷復(fù)雜，修復(fù)困難，對專業(yè)人員綜合素質(zhì)要求較高。對常見故障進(jìn)行總結(jié)有助于故障的順利排除。

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