數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)備故障的維修與保養(yǎng)分析

李 健，張鳳江

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

1 數(shù)控機(jī)床技術(shù)特征

1.1 高效化

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)不僅可以降低加工成本，并且具有較高的加工效率，而且可以保證零件的表面質(zhì)量和精度。在目前的機(jī)床加工中，車銑的加工速度每分鐘可達(dá)到5000m～8000m，主軸轉(zhuǎn)速超過30，000rpm。以前為精密加工，而現(xiàn)在逐步發(fā)展成為超級(jí)精密加工（可達(dá)納米級(jí)），應(yīng)用范圍得到了極大的擴(kuò)展。在納米級(jí)超精密加工中，主軸的旋轉(zhuǎn)精度可以達(dá)到0.02nm左右，表面粗糙度Ra=0.003nm。目前數(shù)控機(jī)床表現(xiàn)出高效化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，數(shù)控機(jī)床制造商和銷售商，也逐步提高數(shù)控機(jī)床的的可靠性要求。零件的加工和生產(chǎn)一般在處理、安裝和降低速度上花費(fèi)大量時(shí)間，為了減少在此過程中的時(shí)間，目前人們?cè)絹?lái)越重視復(fù)合功能型機(jī)床的研制[1]。

1.2 多軸化

目前數(shù)控加工技術(shù)中，編程軟件和五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)已逐漸成熟，在自由曲面加工中，使用五軸聯(lián)動(dòng)控制和數(shù)控編程技術(shù)，能夠使工件三維表面在銑削過程中，控制在合理的切削速度范圍內(nèi)，大幅度提高了工件表面的加工精度，滿足了現(xiàn)代高精度試件的加工要求。與三軸聯(lián)動(dòng)控制相比，五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，已成為大型機(jī)床制造商開發(fā)研究的關(guān)鍵技術(shù)。

1.3 智能化

當(dāng)前的制造技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)智能化，在模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面開發(fā)了智能處理，通過模擬人工在處理過程中的智能活動(dòng)，解決了處理過程中的一些不確定性和人為因素諸多因素的干預(yù)。數(shù)控機(jī)床的智能化主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：第一，連接性能和驅(qū)動(dòng)性能逐步實(shí)現(xiàn)智能控制；第二，加工過程中逐步實(shí)現(xiàn)智能化，自動(dòng)生成加工工藝參數(shù)，使加工質(zhì)量和加工效率明顯提高；第三，數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷方面逐步實(shí)現(xiàn)智能化；第四，在數(shù)控編程技術(shù)下，人機(jī)操作界面更加合理智能，使操作過程簡(jiǎn)單可靠。此外，使用計(jì)算機(jī)建立網(wǎng)絡(luò)連接，首先使用生產(chǎn)站點(diǎn)和企業(yè)的內(nèi)部 LAN，然后使用Internet連接到企業(yè)外部，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化操作、監(jiān)控。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，，已經(jīng)提出了數(shù)字制造的未來(lái)發(fā)展理念，使用現(xiàn)代化信息技術(shù)后，數(shù)控機(jī)床的通訊服務(wù)等功能也逐漸引起人們的重視。

1.4 綠色化

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也需要充分重視環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排，不斷促進(jìn)我國(guó)機(jī)械加工制造行業(yè)朝著綠色化方向發(fā)展[2]。

2 數(shù)控機(jī)床電氣故障的診斷原則

2.1 電氣故障的診斷原則

2.1.1 先外部后內(nèi)部

經(jīng)過不斷的技術(shù)更新，數(shù)控機(jī)床各方面性能已經(jīng)非常完善，基本很少發(fā)生故障。另外，通常情況下，工廠會(huì)組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行運(yùn)行前檢查，而一些機(jī)床運(yùn)行故障并非電氣系統(tǒng)損壞引起的。因此，在發(fā)現(xiàn)故障后，技術(shù)人員應(yīng)先對(duì)機(jī)床外部零部件進(jìn)行仔細(xì)檢查，在確定是由內(nèi)部損壞導(dǎo)致故障的前提下，才能進(jìn)行拆解，避免因拆分而使其性能降低。

2.1.2 先主機(jī)后電氣

主機(jī)通過專業(yè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，容易查出是否損壞，而數(shù)控裝置和電氣裝置檢測(cè)故障的難度比較大。很多機(jī)床發(fā)生故障的原因都是主機(jī)部分損壞，因此，在對(duì)數(shù)控裝置和電氣裝置進(jìn)行故障檢測(cè)前，一定要先對(duì)主機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到事半功倍的效果[3]。

河流和陸上融化的冰川給北冰洋帶來(lái)的源源不斷的淡水加劇了這一區(qū)域的脆弱性，因?yàn)榈y中和二氧化碳酸化效應(yīng)。有研究者指出，北歐的海洋酸化范圍非常廣，其表層的海水酸化最快，深層的海水則更慢一些?？茖W(xué)家表示，流入北冰洋地區(qū)的大型河流因其流量大會(huì)形成巨大的集水區(qū)域。由于淡水和海水的混合較慢，因此在一些地方產(chǎn)生了淡水覆蓋在海水上層的情況。淡水降低了能夠緩和PH值變化的離子的濃度。海洋冰川相當(dāng)于是北冰洋面的一個(gè)蓋子，所以冰的融化將加速海水吸收二氧化碳。

2.1.3 先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)

遇到洪澇等災(zāi)害時(shí)，數(shù)控機(jī)床可能會(huì)浸泡在水中，企業(yè)配電系統(tǒng)如遭受損害會(huì)導(dǎo)致突然停電，在這些情況下，很有可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)床主機(jī)、電氣裝置等構(gòu)件損壞。因此，在維修人員對(duì)斷電狀態(tài)下的機(jī)床進(jìn)行檢修時(shí)，應(yīng)仔細(xì)觀察、測(cè)試機(jī)床是否存在故障，對(duì)機(jī)床進(jìn)行系統(tǒng)檢查后，確認(rèn)通電運(yùn)行不會(huì)造成事故，才能通電。還要對(duì)機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，確保其從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)不會(huì)出現(xiàn)故障隱患。

2.2 數(shù)控機(jī)床電氣故障的診斷步驟

①故障分析，是指維修人員根據(jù)數(shù)控機(jī)床的故障特點(diǎn)，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障發(fā)生的位置進(jìn)行預(yù)判，排除最不可能發(fā)生故障的構(gòu)件，為下一個(gè)環(huán)節(jié)的工作提供支撐。②電氣設(shè)備檢測(cè)，指在預(yù)判故障的基礎(chǔ)上，通過一些輔助儀器，對(duì)設(shè)備進(jìn)行更仔細(xì)的檢測(cè)。③故障原因確定，指技術(shù)人員參考機(jī)床圖紙利用輔助儀器進(jìn)行檢測(cè)，確定機(jī)床上哪個(gè)零部件損壞，并對(duì)其進(jìn)行拆卸，拆卸零部件應(yīng)按安裝圖紙進(jìn)行，并做好標(biāo)記，避免產(chǎn)生其他故障或修好后部件安裝不當(dāng)對(duì)機(jī)床造成傷害。④線路檢測(cè)，指對(duì)機(jī)床主機(jī)部分、數(shù)控裝置和電氣裝置一些電荷載較大的線路進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有老化跡象應(yīng)及時(shí)更換，避免發(fā)生安全問題。⑤性能檢測(cè)，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)非常精密，在對(duì)其進(jìn)行維修時(shí)，難以避免要拆分，但維修好之后要按圖紙將零部件安裝回原位，而多數(shù)機(jī)床是用于加工一些細(xì)小精密的產(chǎn)品，對(duì)機(jī)床拆分組合會(huì)使機(jī)床的精確程度發(fā)生改變，這就需要拆分和組裝機(jī)床時(shí)，必須嚴(yán)格按圖紙的程序及要求組裝，防止因維修導(dǎo)致機(jī)床生產(chǎn)的產(chǎn)品有質(zhì)量問題。

3 數(shù)控機(jī)床電氣故障的診斷方法

3.1 常規(guī)檢查法

常規(guī)檢查法是通過問、看、摸與試等來(lái)對(duì)機(jī)床電氣裝置故障進(jìn)行分析判斷。①問。這個(gè)過程是指維修人員到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)后，要對(duì)流水線上的操作工人進(jìn)行仔細(xì)詢問，讓操作工人描述故障特點(diǎn)，維修人員利用這些信息對(duì)機(jī)床電氣故障進(jìn)行大致判斷，為進(jìn)一步檢查提供參考。②看。這個(gè)過程是在詢問現(xiàn)場(chǎng)操作工人后，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行整體檢查，對(duì)容易發(fā)生故障的位置進(jìn)行仔細(xì)的檢查，例如主軸、刀庫(kù)、機(jī)械手與主機(jī)等部位部件的線路連接是否正常，電子元件是否有損壞跡象。③摸。這個(gè)過程是指在查看過機(jī)床容易發(fā)生故障的部件后，通過觸摸的方式判斷故障原因，例如一些部件短路后會(huì)出現(xiàn)表面溫度過高的情況，可以利用這些特點(diǎn)，找出原因。④試。這個(gè)過程是指通過一些輔助儀器對(duì)部件進(jìn)行檢測(cè)，查看有無(wú)短路和斷路的情況，機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)期間有無(wú)異常聲響，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電維修。

3.2 參數(shù)檢查恢復(fù)法

由于數(shù)控機(jī)床不斷更新?lián)Q代，具備強(qiáng)大的適應(yīng)能力，數(shù)控系統(tǒng)可以通過修改參數(shù)來(lái)適用不同型號(hào)的機(jī)床，這些參數(shù)也可以反映機(jī)床零部件的功能和信息，為機(jī)床維修后的順利組裝提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的變化會(huì)給后期維修工作造成極大困難。參數(shù)檢查恢復(fù)法就是維修人員運(yùn)用過硬的技術(shù)和豐富的維修經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，檢查數(shù)控系統(tǒng)是否發(fā)生故障，這一過程中一定要注意參數(shù)的恢復(fù)，對(duì)于機(jī)床而言，改變其參數(shù)會(huì)影響機(jī)床性能，要避免因?yàn)榫S修數(shù)控系統(tǒng)而破壞機(jī)床性能。

3.3 自診斷功能法

自診斷法是指依靠數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)故障、分析故障的能力對(duì)機(jī)床故障進(jìn)行快速收集和處理，并且診斷出故障位置。目前數(shù)控自診斷功能有兩種，分別為：①開機(jī)自診斷，是指每次機(jī)床開機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)都會(huì)對(duì)CPU、總線、電路板等進(jìn)行自檢，只有確認(rèn)沒有故障時(shí)才能正常運(yùn)行。②故障信息，如果是數(shù)控系統(tǒng)故障，在顯示屏上會(huì)顯示編號(hào)和內(nèi)容，維修人員可以根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書或圖紙說(shuō)明來(lái)判斷故障原因。

3.4 診斷備件替換法

當(dāng)機(jī)床故障原因集中于一個(gè)印制電路板上時(shí)，數(shù)控機(jī)床電路板構(gòu)造異常復(fù)雜，電路板上具體故障原因的檢查難度非常大，為了提高檢修效率，可以先用預(yù)備電路板代替，然后再對(duì)故障電路板進(jìn)行仔細(xì)檢查，避免因?yàn)閭€(gè)別部件故障妨礙工廠生產(chǎn)。但是，在更換預(yù)備部件電路板時(shí)應(yīng)該注意如下問題：①為了確保維修人員人身安全，在更換電路板期間一定要將機(jī)床電源斷開。②在更換電路板時(shí)，維修人員要將預(yù)備電路板調(diào)試成和被更換電路板相同的開關(guān)位置和設(shè)定狀態(tài)，并且要準(zhǔn)確記錄，避免因?yàn)橥浾{(diào)試而導(dǎo)致機(jī)床報(bào)警停用。③一些機(jī)床生產(chǎn)的是特殊產(chǎn)品，在更換電路板時(shí)，要根據(jù)機(jī)床使用說(shuō)明書或圖紙說(shuō)明，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行記錄與調(diào)試，必須確保機(jī)床的性能達(dá)到最佳狀態(tài)。

3.5 儀器測(cè)量法

儀器檢查法就是在數(shù)控機(jī)床電氣發(fā)生故障后，使用電工儀表對(duì)各組交、直流電源電壓及相關(guān)直流和脈沖信號(hào)等進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)電流電壓信息推斷出可能的故障。例如用萬(wàn)用表檢查各電源情況，對(duì)某些電路板上設(shè)置的相關(guān)信號(hào)狀態(tài)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，用示波器觀察相關(guān)脈動(dòng)信號(hào)的幅值、相位，用PLC編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

4 某鋼廠軋輥加工機(jī)床電氣設(shè)備故障處理實(shí)例

該鋼廠中型型鋼熱連軋生產(chǎn)線軋輥加工機(jī)床包括兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床和若干臺(tái)普通機(jī)床。數(shù)控機(jī)床其控制系統(tǒng)采用西門子伺服驅(qū)動(dòng)器SIMODRIVE 611控制X軸向伺服電機(jī)和Z軸向伺服電機(jī)，其操作面板為西門子SINUMERIK 802D PCU。

某年8月15日夜間數(shù)控機(jī)床在加工軋輥過程中多次自動(dòng)停車。

8月16 日上午，電氣維修人員到現(xiàn)場(chǎng)觀察捕捉故障現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)機(jī)床橫向（Z軸）運(yùn)行一段時(shí)間后報(bào)故障，報(bào)故障停車多發(fā)生在加工軋輥過程中（其中只有一次在空轉(zhuǎn)時(shí)報(bào)故障停車）。西門子802D面板顯示報(bào)警內(nèi)容為380500↓Profibus-DP：驅(qū)動(dòng)Z1，代碼608數(shù)值0時(shí)間1956628。更換802D編程器內(nèi)一個(gè)DP網(wǎng)頭，更換后故障仍然發(fā)生。上網(wǎng)查閱資料，伺服電機(jī)控制器（西門子SIMODRIVE 611裝置）報(bào)代碼為608故障為過負(fù)荷運(yùn)行。

8月16 日夜間，電氣維修人員對(duì)X軸和Z軸西門子611伺服控制器的逆變器進(jìn)行互換（倒換X軸和Z軸控制板，編碼器線路，主軸測(cè)速發(fā)電機(jī)線路和負(fù)荷線）互換后運(yùn)行X軸，一段時(shí)間后報(bào)故障，Z軸能夠正常運(yùn)行，排除611控制器故障。之后機(jī)械維修人員調(diào)整了Z軸絲杠間隙，對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行潤(rùn)滑維護(hù)；電氣維修人員再次互換X軸和Z軸611控制器的逆變器。

8月17 日上午，電氣維修人員試車發(fā)現(xiàn)Z軸伺服電機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)車，啟車后立即報(bào)608故障，摘開電機(jī)連接軸，電機(jī)出現(xiàn)振顫現(xiàn)象，仍然報(bào)608故障?；Q裝置后，故障現(xiàn)象依舊，因此懷疑Z軸伺服電機(jī)有問題。

8月18 日，到相關(guān)技術(shù)部門對(duì)Z軸電機(jī)進(jìn)行檢查。

8月21 日，反饋信息為此伺服電機(jī)內(nèi)部有一插排松動(dòng)，現(xiàn)已修復(fù)，并可以正常轉(zhuǎn)車。安裝電機(jī)后，電機(jī)依然報(bào)608故障。

8月22 日上午，電氣維修人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障排查，最后將Z軸伺服電機(jī)負(fù)荷線U相和W相進(jìn)行互換，Z軸伺服電機(jī)可正常運(yùn)行，將電機(jī)與絲杠連接好后可以正常加工軋輥，一直將故障發(fā)生前的軋輥加工完畢，未報(bào)故障[4]。

綜上所述，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)備維修技術(shù)也在不斷革新與完善。傳統(tǒng)電氣維修技術(shù)的缺點(diǎn)阻礙了工作的順利開展，因此，要根據(jù)實(shí)際情況和維修人員積累的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)維修技術(shù)進(jìn)行革新，適當(dāng)優(yōu)化及改進(jìn)維修方法，使電氣設(shè)備更加高效安全，避免機(jī)床故障導(dǎo)致商品生產(chǎn)受阻，使企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定、健康發(fā)展。