數(shù)控機(jī)床故障的分析及處理

徐志鵬　丁崢

[摘? ? ? ? ? ?要]? 立足于數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)及原理，從故障維修的角度對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分析，并從工作原理的角度出發(fā)，對(duì)故障的分類及維修注意事項(xiàng)進(jìn)行了深入的分析和討論。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 數(shù)控機(jī)床;維修原則;故障分析

[中圖分類號(hào)]? TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）36-0118-02

一、數(shù)控機(jī)床的了解

數(shù)控機(jī)床作為綜合機(jī)、電、液、氣、光等多種技術(shù)為一體的復(fù)合型現(xiàn)代化加工設(shè)備，其加工維修技術(shù)不僅為數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行提供保障，還可以對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及改進(jìn)完善起到巨大的推動(dòng)作用。數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的故障現(xiàn)象多種多樣，如磨損、銹蝕、機(jī)械失效、加工誤差大、工件表面粗糙、插件接觸不良、電子元器件老化、電流電壓波動(dòng)、溫度變化、干擾、滾珠絲杠副有噪聲、軟件丟失等。這些故障不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)床工作異常，甚至還有可能導(dǎo)致重大的生產(chǎn)事故，直接危害到工廠正常的生產(chǎn)和加工秩序。所以，如何正確維護(hù)數(shù)控設(shè)備，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行迅速診斷且及時(shí)排除解決故障，是保證生產(chǎn)秩序正常進(jìn)行的必備工作，下面著重對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障診斷及故障分析進(jìn)行介紹。

二、數(shù)控機(jī)床故障診斷原則

數(shù)控機(jī)床作為高度自動(dòng)化綜合型的加工設(shè)備，其故障的產(chǎn)生會(huì)遵循一定規(guī)律，這就為維修人員提供了維修參考方向。維修人員在排查故障過程中應(yīng)遵循故障的產(chǎn)生規(guī)律進(jìn)行逐一排查，提高排查故障效率的同時(shí)還能有效避免遺漏。

（一）先外后內(nèi)

數(shù)控機(jī)床的故障由內(nèi)因和表象兩大部分組成。這兩個(gè)部分互為表里，彼此相依，倘若貿(mào)然處理其中一個(gè)，勢(shì)必會(huì)對(duì)另一部分造成一定影響。在對(duì)故障機(jī)床進(jìn)行故障排查時(shí)，首先應(yīng)從表象著手，遵循由外而內(nèi)、由表入里的原則，對(duì)故障機(jī)床進(jìn)行排查，盡量避免因隨意啟封、拆卸造成故障擴(kuò)大，排查故障難度進(jìn)一步提升等問題。

（二）先靜后動(dòng)

由于機(jī)床發(fā)生故障后，一般都會(huì)采取停機(jī)待援操作。故在對(duì)機(jī)床進(jìn)行診斷之前，應(yīng)先在機(jī)床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)下，利用觀察推敲、原理測(cè)試等方法對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析。當(dāng)確定故障為非破壞性故障后，方可給機(jī)床通電，并在運(yùn)行狀態(tài)下，利用動(dòng)態(tài)觀察、調(diào)試檢驗(yàn)和啟停測(cè)試等方法查找故障。若故障為破壞性故障，則應(yīng)先著手排除故障危險(xiǎn)后，再進(jìn)行通電，以免造成機(jī)床故障的進(jìn)一步惡化。

（三）先易后難

當(dāng)多種故障同時(shí)存在時(shí)，故障現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)重疊以及覆蓋等情況，此時(shí)應(yīng)先從簡(jiǎn)單的問題著手，層層剝離，遵循先易后難、先簡(jiǎn)后繁的原則，將難度較大的問題放在最后解決。這樣抽絲剝繭的過程，不但可以將故障的原因及現(xiàn)象展露無遺，而且往往簡(jiǎn)單問題解決后，難度大的問題也可能變得容易。

（四）先機(jī)械后電氣

由于數(shù)控機(jī)床是機(jī)械技術(shù)和電氣技術(shù)的組合體。一般來說，機(jī)械故障現(xiàn)象明顯，比較容易發(fā)覺，且排查故障過程相對(duì)簡(jiǎn)單。而數(shù)控系統(tǒng)電氣故障由于電氣系統(tǒng)的本身特點(diǎn)，決定了電器類故障的診斷和排除難度相對(duì)較大，且電氣故障通常較為隱晦難查，故應(yīng)在掃清機(jī)械故障之后，再對(duì)電氣故障進(jìn)行處理，以收事半功倍之效。

三、數(shù)控機(jī)床常見故障分析

數(shù)控機(jī)床故障類型比較多，有時(shí)候故障現(xiàn)象與故障原因并不一定遵循一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以在修理過程中，經(jīng)常會(huì)遇到不同故障原因?qū)е孪嗤收犀F(xiàn)象的情況。故而這里根據(jù)數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理及特點(diǎn)，針對(duì)常見故障及排查故障注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹。

（一）數(shù)控系統(tǒng)故障

1.位置環(huán)：該部件是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令脈沖，并與位置檢測(cè)系統(tǒng)的反饋值相比較，進(jìn)一步完成控制任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其工作頻率較高，且與外部設(shè)備相關(guān)聯(lián)，非常容易發(fā)生故障。常見的故障有：

①伺服位控環(huán)報(bào)警：此時(shí)應(yīng)先檢查測(cè)量回路，查看其是否開路;如果測(cè)量回路沒有異常，則應(yīng)考慮測(cè)量系統(tǒng)可能損壞，造成的位控單元內(nèi)部損壞。

②不發(fā)指令脈沖就運(yùn)動(dòng)：此時(shí)應(yīng)檢查是否漂移過高，使正反饋或位控單元故障從而導(dǎo)致測(cè)量元件損壞。

③測(cè)量元件故障：這種故障現(xiàn)象一般表現(xiàn)為無反饋值、機(jī)床回不到基準(zhǔn)點(diǎn)或高速時(shí)漏脈沖產(chǎn)生報(bào)警，該故障大多是由光柵、讀數(shù)頭臟污或損壞導(dǎo)致的。

2.電源部分：電源是維持系統(tǒng)正常工作的能源支持部分，其故障的直接結(jié)果是造成整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)甚至損壞。由于國(guó)內(nèi)電網(wǎng)波動(dòng)較大，而且經(jīng)常伴隨高頻脈沖之類的干擾，再加上人為因素（如突然拉閘斷電等）的影響，都有可能造成電源監(jiān)控故障或損壞。不僅如此，數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)定數(shù)據(jù)以及加工程序一般儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器內(nèi)，系統(tǒng)斷電后，靠電源的后備蓄電池或鋰電池來保持。當(dāng)停機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)，拔插電源或存貯器都可能造成數(shù)據(jù)丟失，使系統(tǒng)不能運(yùn)行。

3.可編程序控制器邏輯接口及數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制（如刀庫(kù)管理、液壓?jiǎn)?dòng)等）主要由PLC來實(shí)現(xiàn)，要完成這些控制就必須采集各控制點(diǎn)的狀態(tài)信息，如通斷繼電器狀態(tài)、伺服閾值信號(hào)等。由于它與外界種類繁多的各種信號(hào)源和執(zhí)行元件相連接，變化頻繁，所以發(fā)生故障的可能性就比較大，而且故障類型也千變?nèi)f化。

4.其他由于環(huán)境條件，如干擾、溫度、濕度超過允許范圍，操作不當(dāng)、參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，也可能造成系統(tǒng)停機(jī)或故障。

（二）進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障

進(jìn)給伺服系統(tǒng)的故障有兩種表現(xiàn)形式：一是利用軟件診斷程序在CRT上顯示報(bào)警信息;二是利用伺服系統(tǒng)上的硬件（如發(fā)光二極管、保險(xiǎn)絲熔斷等）顯示報(bào)警。

1.軟件報(bào)警形式。

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都配有對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、報(bào)警能力的監(jiān)控軟件，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)有時(shí)可在CRT上顯示。在CRT上顯示進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的報(bào)警信號(hào)大致可分為三類：

①伺服進(jìn)給系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)警：這類報(bào)警的起因，大多是速度控制單元方面的故障引起的，或是主控制印刷線路板內(nèi)與位置控制或伺服信號(hào)相關(guān)部分的故障。

②檢測(cè)出錯(cuò)報(bào)警：主要是檢測(cè)元件（測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器）或檢測(cè)信號(hào)方面引起的故障。

③過熱報(bào)警：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部溫度超過一定閾值時(shí)，也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)這類報(bào)警。大部分原因多見于過載運(yùn)行、線路短路等情況。

2.硬件報(bào)警形式。

硬件報(bào)警包括速度單元上的報(bào)警指示燈和保險(xiǎn)絲熔斷以及各種保護(hù)用的開關(guān)跳開等報(bào)警。報(bào)警指示燈的含義與速度控制單元在設(shè)計(jì)上的差異緊密相連，一般有以下幾種：

①電流報(bào)警：多為速度控制單元上的功率驅(qū)動(dòng)模塊損壞。檢查方法是在切斷電源的情況下，用萬用表測(cè)量模塊集電極和發(fā)射極之間的阻值，與正常值相比較，確認(rèn)該模塊是否損壞。

②高電壓報(bào)警：原因是輸入的交流電源電壓超過了額定值的10%，或是電動(dòng)機(jī)絕緣能力下降，或是速度控制單元的印刷線路板接觸不良。

③電壓過低報(bào)警：由于輸入電壓低于額定值的85%或是電源連接不良引起的。

④速度反饋斷線報(bào)警：多是由伺服電動(dòng)機(jī)的速度或位置反饋線接觸不良或連接器接觸不良引起的。

⑤保護(hù)開關(guān)動(dòng)作：此時(shí)應(yīng)首先分清是何種保護(hù)開關(guān)動(dòng)作，然后再采取相應(yīng)的措施解決。如果伺服單元上熱繼電器動(dòng)作，應(yīng)先檢查熱繼電器的設(shè)定是否有誤，然后再檢查機(jī)床工作時(shí)的切削量是否過大或機(jī)床摩擦力矩是否太大。

⑥過載報(bào)警：造成過載報(bào)警的原因有機(jī)械負(fù)載不正常，或是速度控制單元上電動(dòng)機(jī)電流的上限值設(shè)定得太低。

（三）機(jī)械故障

所謂機(jī)械故障，就是指機(jī)械系統(tǒng)（零件、組件、部件、整臺(tái)設(shè)備和設(shè)備組合）因偏離其設(shè)計(jì)狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象。如機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、軸承噪聲過大、機(jī)械手夾持刀柄不穩(wěn)定等現(xiàn)象都是機(jī)械故障的表現(xiàn)形式。

數(shù)控機(jī)床的機(jī)械故障主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑、冷卻、排屑、液壓、氣動(dòng)和防護(hù)等裝置。常見的主機(jī)故障有：因機(jī)械安裝、調(diào)試和操作使用不當(dāng)?shù)仍蛞鸬臋C(jī)械傳動(dòng)故障與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)摩擦過大故障。故障表現(xiàn)為傳動(dòng)噪聲大、加工精度差、運(yùn)行阻力大。出現(xiàn)報(bào)警字符“BAT”則表示控制單元電池電壓低，此時(shí)需在機(jī)床供電的情況下更換系統(tǒng)電池。如果此時(shí)信號(hào)處沒有出現(xiàn)報(bào)警字符“BAT”則表示驅(qū)動(dòng)電池電壓低，此時(shí)需在機(jī)床供電的情況下更換驅(qū)動(dòng)上的電池。注意：更換電池時(shí)機(jī)床必須帶電，以免造成數(shù)據(jù)丟失。

四、總結(jié)

數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)當(dāng)中有著舉足輕重的地位，制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量都由數(shù)控機(jī)床的精度和效率決定。所以，減少平均無故障時(shí)間，保證機(jī)床正常工作是非常重要的。當(dāng)遇到機(jī)床問題時(shí)，首先要沉著冷靜，要學(xué)會(huì)從故障的角度分析問題，再根據(jù)維修原則和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行檢修。每次維修的過程需作好記錄，不僅為日后的維修提供依據(jù)，還有利于維修數(shù)據(jù)的分析及故障信息的歸納總結(jié)。

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◎編輯 馬燕萍