數(shù)控機(jī)床的故障診斷及維修實(shí)例

石葉琴

摘? 要：當(dāng)今社會(huì)，在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床替代了人類(lèi)的大量勞動(dòng)，并發(fā)揮著巨大的作用，在高強(qiáng)度的生產(chǎn)加工背景下，數(shù)控機(jī)床就會(huì)發(fā)生故障。數(shù)控機(jī)床故障的高發(fā)期主要集中在磨合期與衰退期這2個(gè)時(shí)間段，該文主要對(duì)強(qiáng)電部分、數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械部分常會(huì)出現(xiàn)的故障點(diǎn)進(jìn)行羅列，并結(jié)合筆者自身實(shí)際操作數(shù)控機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，分享現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床經(jīng)典的故障案例。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;故障點(diǎn);診斷過(guò)程;維修案例

中圖分類(lèi)號(hào)：TG519.1? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)過(guò)程中一旦發(fā)生故障，生產(chǎn)將被停止，且直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。為進(jìn)一步滿(mǎn)足數(shù)控維修技術(shù)人員應(yīng)具備的能力，我們深入企業(yè)、車(chē)間、學(xué)校數(shù)控實(shí)訓(xùn)基地等地調(diào)查收集數(shù)控機(jī)床在各個(gè)模塊中常出現(xiàn)的故障。同時(shí)，結(jié)合自身所掌握的數(shù)控機(jī)床故障的理論知識(shí)，整理總結(jié)出常見(jiàn)的數(shù)控機(jī)床故障及案例分析。

1 電氣故障

如數(shù)控機(jī)床工作原理如圖1所示，結(jié)合機(jī)床說(shuō)明書(shū)排除故障流程圖、調(diào)整方法及工作經(jīng)驗(yàn)，電氣部分引起的故障可分為強(qiáng)電故障和弱點(diǎn)故障。

1.1 強(qiáng)電和弱電故障

強(qiáng)電故障維修簡(jiǎn)單，診斷起來(lái)也比較方便，但是維修人員也不能馬虎，必須要引起重視。在維修過(guò)程中，強(qiáng)電部分動(dòng)作頻發(fā)、電流大，出現(xiàn)故障的概率高。

結(jié)合實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)電故障包括主軸不能運(yùn)行故障、系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)故障、X軸不能運(yùn)行故障、變壓器無(wú)法工作故障。弱點(diǎn)故障包括硬件故障、軟件故障。

1.2 故障維修實(shí)例

FANUC系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，熱繼電器無(wú)動(dòng)作，換刀時(shí)，電動(dòng)刀架無(wú)法正常工作。

1.2.1 故障診斷

數(shù)控機(jī)床加工零件，需要更換刀具時(shí)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)刀架無(wú)法進(jìn)行正常工作，數(shù)控計(jì)算機(jī)設(shè)備顯示刀架換刀時(shí)間太長(zhǎng)。停車(chē)檢查，首先按下系統(tǒng)參數(shù)按鈕，翻查換刀時(shí)間參數(shù)，時(shí)間參數(shù)設(shè)置正確，自診斷狀態(tài)位設(shè)置也沒(méi)有問(wèn)題。其次打開(kāi)電氣柜，用萬(wàn)用表逐個(gè)檢測(cè)主電路中的所有電器元件，當(dāng)檢測(cè)到熱繼電器元件時(shí)，兩端電路不通，立即對(duì)其進(jìn)行拆卸，打開(kāi)后看見(jiàn)內(nèi)部的電阻絲全部損壞。最后檢查電動(dòng)機(jī)的電源觸點(diǎn)，接線(xiàn)端子處布滿(mǎn)鐵屑，而且電動(dòng)機(jī)U、V、W相線(xiàn)，相線(xiàn)間幾乎沒(méi)有電阻值。

1.2.2 故障原因

FANUC系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床操作人員習(xí)慣用氣槍打掃機(jī)床的鐵屑。

1.2.3 故障排除

故障排除分為4步。1）規(guī)范操作，做好數(shù)控設(shè)備的保養(yǎng)工作?？紤]到電器柜短路引起設(shè)備、人身安全問(wèn)題，嚴(yán)禁操作人員在清理數(shù)控機(jī)床鐵屑時(shí)使用氣槍。2）對(duì)熱繼電器進(jìn)行換新。3）電動(dòng)機(jī)電源觸點(diǎn)處重新布線(xiàn)。4）上電，按下電動(dòng)刀架換刀指令，能正常換刀，繼續(xù)加工零件。

2 數(shù)控系統(tǒng)故障

2.1 系統(tǒng)信號(hào)故障

數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心部分，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)信號(hào)來(lái)控制數(shù)控機(jī)床的各個(gè)部分運(yùn)行，常見(jiàn)的系統(tǒng)信號(hào)故障主要有主軸控制轉(zhuǎn)速故障、主軸控制方向故障和主軸控制反饋信號(hào)故障。

2.2 系統(tǒng)參數(shù)故障

數(shù)控機(jī)床在出廠前，已將所用的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)試優(yōu)化，但有的數(shù)控系統(tǒng)還有一部分參數(shù)需要到用戶(hù)那里去調(diào)試，如果參數(shù)設(shè)置不對(duì)或者沒(méi)有調(diào)試好，就有可能引起各種各樣的故障現(xiàn)象，直接影響到機(jī)床的正常工作和性能的充分發(fā)揮。在數(shù)控維修的過(guò)程中，有時(shí)也利用參數(shù)來(lái)調(diào)試機(jī)床的某些功能，而且有些參數(shù)需要根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定很重要，如果系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，就會(huì)引發(fā)各種各樣的故障現(xiàn)象，包括系統(tǒng)不能正常啟動(dòng)、不能正常運(yùn)行、螺紋加工不能夠進(jìn)行、系統(tǒng)顯示不正常及死機(jī)等。

2.3 故障維修實(shí)例

數(shù)控機(jī)床切削加工零件，執(zhí)行T指令后，檢查程序中的T指令，設(shè)置正確，恢復(fù)但刀架仍尋找不到程序中指定的刀位號(hào)，旋轉(zhuǎn)不停，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的刀位號(hào)刀具時(shí)，刀架暫停數(shù)秒后重復(fù)上述動(dòng)作。

2.3.1 故障診斷

根據(jù)維修技術(shù)人員的操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行檢查，初步判斷導(dǎo)致刀架不可以鎖緊的原因有3個(gè)。1）數(shù)控機(jī)床刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)延時(shí)參數(shù)設(shè)置不正確。2）刀架夾緊到位、限位的開(kāi)關(guān)損壞，不能正常動(dòng)作。3）刀架鎖緊機(jī)構(gòu)發(fā)生故障。

2.3.2 故障排除過(guò)程

故障排除過(guò)程分為5步。1）切斷電源，經(jīng)過(guò)刀架電機(jī)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的刀架能夠鎖緊，判斷該刀架的鎖緊機(jī)構(gòu)無(wú)故障，可以正常工作。2）萬(wàn)用表檢測(cè)限位開(kāi)關(guān)線(xiàn)路，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，恢復(fù)操作，限位開(kāi)關(guān)執(zhí)行動(dòng)作正常，判斷無(wú)故障。3）排查線(xiàn)路中的接近開(kāi)關(guān)，沒(méi)有24 V直流電源，發(fā)現(xiàn)電源線(xiàn)處脫落。4）用電烙鐵將脫落線(xiàn)處焊接好后，數(shù)控機(jī)床刀架轉(zhuǎn)到程序中指定的刀號(hào)，能停頓數(shù)秒，但還是不能將其鎖緊。5）PLC控制數(shù)控機(jī)床刀架的I/O參數(shù)，檢查輸入輸出參數(shù)，參數(shù)沒(méi)問(wèn)題，繼續(xù)觀察，發(fā)現(xiàn)刀架夾緊延時(shí)參數(shù)設(shè)置存在問(wèn)題。

2.3.3 故障原因

數(shù)控機(jī)床PLC控制刀架夾緊延時(shí)參數(shù)設(shè)置有誤所致。

2.3.4 故障排除

根據(jù)FANUC數(shù)控機(jī)床的型號(hào)、廠家，查找機(jī)床說(shuō)明書(shū)，將刀架夾緊延時(shí)參數(shù)按要求設(shè)置正確。啟動(dòng)機(jī)床，執(zhí)行換刀指令，可以正常換刀并鎖緊。

3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障

3.1 常見(jiàn)故障類(lèi)型

3.1.1 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障

數(shù)控機(jī)床中的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是指機(jī)床主切削運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，也可以稱(chēng)為主傳動(dòng)系統(tǒng)。主運(yùn)動(dòng)通過(guò)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提供切削驅(qū)動(dòng)功率和切削力，從而帶動(dòng)主軸上安裝的工件和刀具一起運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通過(guò)進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使刀架（刀庫(kù)）帶動(dòng)刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，提供各坐標(biāo)軸切削過(guò)程中所需的切削轉(zhuǎn)矩。主、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可完成零件圖紙上復(fù)雜件的加工。因此，要想在數(shù)控機(jī)床中加工出高精度的零件，就必須保證主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高穩(wěn)定性[1]。

3.1.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)故障

數(shù)控機(jī)床采用的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制以及混合控制4種。按伺服進(jìn)給系統(tǒng)使用的伺服電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型，半閉環(huán)、閉環(huán)數(shù)控機(jī)床常用的伺服進(jìn)給系統(tǒng)可以分為起直流伺服驅(qū)動(dòng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)2類(lèi)。該文對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見(jiàn)故障進(jìn)行了歸納總結(jié)，根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，將常見(jiàn)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)故障大致分為超程、過(guò)載、爬行和振動(dòng)4類(lèi)。

3.2 故障維修實(shí)例

FANUC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，連續(xù)生產(chǎn)零件5 h后，操作人員發(fā)現(xiàn)Z軸有故障且數(shù)控系統(tǒng)報(bào)警，這時(shí)數(shù)控機(jī)床無(wú)法正常加工。主、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能正常動(dòng)作，并沒(méi)有影響零件加工的精度。關(guān)閉機(jī)床重新啟動(dòng)后，一旦執(zhí)行Z軸指令，仍出現(xiàn)上述故障。

3.2.1 故障診斷

故障排除分為2步。1）數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分的故障包括2種。①高速切削，機(jī)床貼塑導(dǎo)軌因受熱變形。②軸承支撐滾珠絲杠的配合間隙大，引起負(fù)載受力不平衡，從而影響到進(jìn)給系統(tǒng)Z軸傳遞運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。2）數(shù)控機(jī)床電氣部分的故障：電氣元件系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，直接改變進(jìn)給系統(tǒng)Z軸傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的精度。

3.2.2 故障原因

機(jī)械貼塑導(dǎo)軌受熱、軸承配合間隙大和電氣元件系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤一起所致。

3.2.3 故障排除

用工具把Z軸電機(jī)、滾珠絲杠拆卸開(kāi)來(lái)，讓Z軸不帶負(fù)載進(jìn)行工作。此時(shí)，執(zhí)行Z軸指令后，仍然出現(xiàn)振蕩故障現(xiàn)象，但數(shù)控機(jī)床連續(xù)工作的時(shí)間增加了4 h，可以判斷出是電氣部分出現(xiàn)故障。交換數(shù)控系統(tǒng)X、Z軸的速度及位置反饋信號(hào)，Z軸伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成數(shù)控系統(tǒng)中X軸的指令來(lái)執(zhí)行，而X軸伺服電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生與Z坐標(biāo)軸運(yùn)行時(shí)一樣的故障。需要更換同型號(hào)新的Z軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，恢復(fù)操作后，Z坐標(biāo)軸可以正常工作[2]。

4 機(jī)械部分故障

數(shù)控機(jī)床是典型的一體化產(chǎn)品，機(jī)械部分占據(jù)核心地位。

4.1 常見(jiàn)故障類(lèi)型

常見(jiàn)的故障有主軸機(jī)械故障、進(jìn)給坐標(biāo)軸機(jī)械故障和四方刀架故障。

4.2 故障維修實(shí)例

1臺(tái)臥式加工中心在銑削零件時(shí)，先液壓?jiǎn)?dòng)Y軸后，再用手動(dòng)運(yùn)行指令執(zhí)行Y軸。此時(shí)，液壓?jiǎn)?dòng)無(wú)響應(yīng)，CRT裝置上出現(xiàn)報(bào)警信息，按下其他坐標(biāo)軸的按鈕，可以動(dòng)作。但是Y軸執(zhí)行無(wú)效。

4.2.1 故障診斷

針對(duì)上述出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，初步判斷是由于滾珠絲杠來(lái)回竄動(dòng)導(dǎo)致的故障。首先，排查Y軸進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi)、外部線(xiàn)路、元器件的連接情況，未發(fā)現(xiàn)異常。其次，將Y軸液壓抱閘拆開(kāi)，發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床電機(jī)、絲杠之間的傳動(dòng)帶脫落下來(lái)，再手動(dòng)搖動(dòng)Y軸的絲杠，運(yùn)動(dòng)時(shí)上下竄動(dòng)。再次，打開(kāi)滾珠絲杠上軸承座，未發(fā)現(xiàn)故障。最后，打開(kāi)滾珠絲杠下軸承座，推力球軸承的緊固螺母松動(dòng)，從而出現(xiàn)滾珠絲杠上下竄動(dòng)的現(xiàn)象。

4.2.2 故障原因

故障是由滾珠絲杠下軸承座推力球軸承的緊固螺母松動(dòng)導(dǎo)致的竄動(dòng)。

4.2.3 故障排除

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收NC指令后，數(shù)控機(jī)床測(cè)量裝置輸出反饋信號(hào)，假設(shè)數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠間隙過(guò)大，這時(shí)數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，從而產(chǎn)生故障，指令執(zhí)行無(wú)效，機(jī)床不能動(dòng)作。用工具調(diào)整滾珠絲杠緊固螺母并鎖緊，滿(mǎn)足間隙要求，機(jī)床可以正常工作。

5 結(jié)語(yǔ)

該文從數(shù)控維修技術(shù)人員必須掌握機(jī)床的各個(gè)部分的組成結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā)，結(jié)合數(shù)控機(jī)床在各個(gè)模塊中常會(huì)出現(xiàn)哪些故障，以及排除故障的經(jīng)驗(yàn)冷靜思索，在短時(shí)間內(nèi)快速地查找出故障點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行診斷并及時(shí)排除，第一時(shí)間恢復(fù)生產(chǎn)。為確保企業(yè)生產(chǎn)效率，技術(shù)人員需要注重提升自身的技術(shù)水平，以此來(lái)提高數(shù)控行業(yè)的效益。

參考文獻(xiàn)

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