數(shù)控機(jī)床維護(hù)維修的一般方法

石銀柱，葉艷芳，張新輝

（1.西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司稀有金屬特種材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏石嘴山 753000；2.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏石嘴山 753000）

0 引言

通常情況下，數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)診斷能力較為可靠，能夠快速檢查出存在的問題，幫助技術(shù)人員進(jìn)行解決。然而，如果沒有合理的應(yīng)用維護(hù)以及維修方案，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)問題的可能性會(huì)大幅上升，導(dǎo)致頻繁自檢、停止運(yùn)行等，影響生產(chǎn)。因此，相關(guān)人員需要深入研究維護(hù)維修策略，進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用效果，降低出現(xiàn)問題的概率，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益提升目標(biāo)。在維修與維護(hù)過程中，技術(shù)人員還需要遵守基礎(chǔ)流程，避免違規(guī)操作，快速解決出現(xiàn)問題的原因，達(dá)到有效的應(yīng)用目的，保護(hù)企業(yè)利益。

1 數(shù)控機(jī)床常見故障類型

1.1 主機(jī)故障

數(shù)控機(jī)床應(yīng)用過程中，主機(jī)部分經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問題，導(dǎo)致生產(chǎn)活動(dòng)受到影響，甚至出現(xiàn)停工現(xiàn)象，常見故障類型如圖1 所示。在主機(jī)故障類型中，機(jī)械問題較為常見。這種問題出現(xiàn)的原因較為復(fù)雜，與多種因素有關(guān)。一旦出現(xiàn)機(jī)械問題，數(shù)控機(jī)床會(huì)進(jìn)入無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)活動(dòng)陷入停滯。同時(shí)，潤滑問題也屬于頻繁出現(xiàn)的機(jī)床主機(jī)問題，這種情況相對(duì)于機(jī)械故障影響較小，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單處理即可解決。主機(jī)問題的出現(xiàn)在于安裝或使用過程中的違規(guī)行為，通過規(guī)范性操作，能夠預(yù)防大部分主機(jī)問題。

圖1 相對(duì)故障概率

1.2 電氣故障

數(shù)控機(jī)床應(yīng)用過程中，電氣故障會(huì)導(dǎo)致一系列連鎖反應(yīng)，影響工廠正常生產(chǎn)。通常情況下，電氣故障分為弱電和強(qiáng)電兩種。弱電部分包括CNC 處理裝置、PLC 自動(dòng)控制器和輸入輸出系統(tǒng)等；強(qiáng)電裝置包括繼電裝置、接觸區(qū)域裝置、電壓轉(zhuǎn)換器、和電機(jī)裝置等。電氣故障對(duì)于機(jī)器的損害程度較大，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)采取有效措施，進(jìn)一步強(qiáng)化控制，降低電氣故障出現(xiàn)的概率，盡可能保護(hù)設(shè)備安全。在電氣故障發(fā)生過程中，由于軟件系統(tǒng)依賴于內(nèi)部的RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此可能會(huì)出現(xiàn)程序中斷、系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)重置等現(xiàn)象。相關(guān)人員排除故障過程中需要著重注意這些問題，采取有效措施解決，保障生產(chǎn)安全。

1.3 系統(tǒng)故障

數(shù)控機(jī)床基于系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)內(nèi)置了大量固定參數(shù)，通過RAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理器的應(yīng)用才能達(dá)到有效工作目標(biāo)。系統(tǒng)故障經(jīng)常發(fā)生在環(huán)境條件超過極限、操作不滿足最低限度等情況。在這種背景下，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，產(chǎn)生停機(jī)故障，導(dǎo)致生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。因此，避免系統(tǒng)故障需要定期進(jìn)行合理維護(hù)，實(shí)時(shí)關(guān)注設(shè)備狀態(tài)，才能夠達(dá)到良好的維護(hù)效果。

1.4 隨機(jī)性故障

在生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行過程中，數(shù)控機(jī)床可能會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)故障。這種故障問題可能會(huì)在普通工作條件下偶然發(fā)生，檢查后無法發(fā)現(xiàn)故障源頭，重新投入生產(chǎn)后問題解決。隨機(jī)性故障在機(jī)床應(yīng)用過程中較為罕見，主要原因可能與大量因素有關(guān)，難以進(jìn)行排查。例如，安裝操作流程、內(nèi)部元件排列設(shè)置、機(jī)器參數(shù)設(shè)定和機(jī)床質(zhì)量等[1]。還可能與器件連接情況有關(guān)，如脫焊、虛焊等現(xiàn)象，雖然短時(shí)間內(nèi)機(jī)床不會(huì)出現(xiàn)故障，但長期觀察，隨機(jī)性故障發(fā)生概率會(huì)增加。機(jī)床內(nèi)部元件電路板印刷情況不良也會(huì)引起隨機(jī)故障問題，應(yīng)用環(huán)境溫度過高或過低、濕度過大同樣會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)性故障。排查這種故障時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合環(huán)境條件因素進(jìn)行分析，盡可能采取有效措施進(jìn)行解決。

2 處理數(shù)控機(jī)床故障時(shí)的主要診斷方案

2.1 直接觀察

處理數(shù)控機(jī)床故障過程中，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)首先采取直接觀察的措施。這種方式能夠快速判斷出簡(jiǎn)單故障，有利于提高診斷效率，進(jìn)一步降低故障對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的影響時(shí)間。在觀察過程中，維修人員需要判斷機(jī)床是否存在異常響動(dòng)或電火花四散的情況，如果存在這些問題則需要判斷發(fā)生位置，結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)判斷故障原因[2]。同時(shí)，發(fā)熱與異常氣味也是故障判斷的重要信息，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)觀察可能存在問題的故障區(qū)域，檢查內(nèi)部電路板是否燒毀。還可以針對(duì)顏色異常的機(jī)床區(qū)域進(jìn)行分析，進(jìn)一步縮小檢查范圍。應(yīng)用這種方式進(jìn)行故障診斷，需要相關(guān)人員具備豐富經(jīng)驗(yàn)。因此，維修團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)注重積累日常維修細(xì)節(jié)，盡可能快速排除故障，保證機(jī)床正常運(yùn)行。

2.2 對(duì)比分析

在故障判斷過程中，對(duì)比分析也屬于較為重要的一種策略。這種維修方式主要通過數(shù)控機(jī)床內(nèi)部配備的檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行操作，相關(guān)人員可以在故障發(fā)生時(shí)，應(yīng)用常規(guī)檢測(cè)工具，如電筆等，對(duì)機(jī)床關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。這些配備的檢測(cè)區(qū)域能夠幫助維修人員快速判斷故障原因以及位置，提高故障檢修效率。在這個(gè)過程中，相關(guān)人員需要判斷電平情況以及波形狀態(tài)，并將其與常規(guī)參考數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的故障根源，排除故障。應(yīng)用對(duì)比分析時(shí)，維修人員需要深入了解當(dāng)前故障機(jī)床的型號(hào)，并搜尋相應(yīng)的對(duì)比數(shù)據(jù)內(nèi)容，盡可能保證方案應(yīng)用的可靠性，避免出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致整體檢測(cè)結(jié)果受到影響，降低維修質(zhì)量與效率。如果數(shù)控機(jī)床沒有配備內(nèi)置檢測(cè)端子，則維修團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)采取其他檢查策略，避免陷入故障排查困難的局面。

2.3 更換判斷

使用數(shù)字化設(shè)備檢測(cè)故障過程中，更換內(nèi)部元件屬于較為常用的一種判斷方式。這種應(yīng)用策略具有良好的判斷效果，有利于維修人員快速解決故障。在數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，相關(guān)人員需要首先判斷可能出現(xiàn)問題的區(qū)域，并將目標(biāo)電路板與型號(hào)相同或功能相似的電路板進(jìn)行替換，然后再次啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床。如果故障原因在更換電路板，機(jī)床便可以正常啟動(dòng)。反之，機(jī)床仍然無法正常啟動(dòng)。這種故障判斷方案雖然具有良好的可靠性，但相對(duì)其他方案而言，執(zhí)行復(fù)雜度較高，容易產(chǎn)生連帶損害[3]。因此，維修人員需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件情況，選擇合適檢測(cè)方式，盡可能提高安全系數(shù)，達(dá)到良好的維修效果。

2.4 指示診斷

在檢修過程中，指示診斷方案能夠達(dá)到良好的維修效率，降低數(shù)控機(jī)床故障對(duì)整體生產(chǎn)活動(dòng)的影響。通常情況下，數(shù)控機(jī)床具有自我檢測(cè)系統(tǒng)。這種模塊能夠?qū)?nèi)部的元件運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行快速檢測(cè)，從而判斷故障類型，以數(shù)字錯(cuò)誤代碼的形式展現(xiàn)在小型顯示屏上[4]。維修人員可以通過顯示屏中的錯(cuò)誤代碼類型，或相應(yīng)的報(bào)警指示燈進(jìn)行故障排除，達(dá)到快速維修的目標(biāo)。這類指示燈能夠顯示故障的具體分類，例如，錯(cuò)誤操作、伺服系統(tǒng)異常、設(shè)定問題和溫度過高等。但是，這類自我檢測(cè)模塊僅能判斷大致故障類型，無法指示詳細(xì)問題位置。因此，相關(guān)維修人員仍然需要參考故障代碼，排除內(nèi)部問題。

2.5 PMC 控制

PMC 控制系統(tǒng)能夠通過交互界面展示大量參考信息，幫助維修人員及時(shí)檢查故障區(qū)域，了解故障原因。通常情況下，PMC包括梯形圖接口，能夠展現(xiàn)大量設(shè)置選項(xiàng)。維修人員需要深入了解診斷過程與控制選項(xiàng)的基礎(chǔ)含義，采取有效的修改措施，排查故障。例如，伺服運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，相關(guān)人員能夠通過PMC 控制系統(tǒng)進(jìn)行偏移量判斷，并檢查實(shí)際位置誤差情況。在這種情況下，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的故障問題能夠得到清晰展現(xiàn)，使得維修人員快速確定問題區(qū)域，進(jìn)一步提高故障排除效率，降低出現(xiàn)問題的可能性。當(dāng)PMC 控制系統(tǒng)出現(xiàn)偏差過大問題時(shí)，相關(guān)人員需要檢測(cè)伺服運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域的位置偏移情況，采取有效的措施進(jìn)行管理，排除故障。

2.6 復(fù)位機(jī)床法

在數(shù)控機(jī)床故障原因中，系統(tǒng)隨機(jī)錯(cuò)誤屬于較為常見的一種類型。因此，在進(jìn)行故障判斷時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)首先執(zhí)行復(fù)位機(jī)床的操作，使內(nèi)部系統(tǒng)的執(zhí)行邏輯以及RAM 數(shù)據(jù)恢復(fù)原始狀態(tài)，重新開始進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。這種方式能夠解決大部分簡(jiǎn)單故障，有利于提升檢修效率。相關(guān)人員進(jìn)行復(fù)位前，應(yīng)當(dāng)首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，并清除內(nèi)部數(shù)據(jù)，如果復(fù)位結(jié)束后機(jī)床仍然處于故障狀態(tài)，則需要進(jìn)行硬件排查，進(jìn)一步分析故障根源。

2.7 原理分析法

在分析數(shù)控機(jī)床故障過程中，如果其他方案難以解決現(xiàn)有問題，相關(guān)人員則需要從機(jī)床的工作狀態(tài)進(jìn)行基礎(chǔ)分析，按照層次分析應(yīng)用階段，最終排除故障。例如，某臺(tái)FANUC OITD 系統(tǒng)機(jī)床在加工過程中出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象，其他方案進(jìn)行故障排除無果。在這種情況下，通過對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)原理進(jìn)行判斷，能夠發(fā)現(xiàn)故障可能位于旋轉(zhuǎn)控制裝置區(qū)域。如果旋轉(zhuǎn)控制發(fā)生問題，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)信號(hào)無法接收，進(jìn)而出現(xiàn)加工位置偏差的現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)生亂牙問題。通過更換旋轉(zhuǎn)控制裝置，問題解決。通過這個(gè)案例能夠發(fā)現(xiàn)，遇到疑難問題時(shí)，相關(guān)人員需要從機(jī)床原理思考，盡可能判斷故障的位置區(qū)域，采用其他方式進(jìn)行解決，達(dá)到理想的維修效果。

3 數(shù)控機(jī)床維護(hù)的策略途徑

3.1 應(yīng)用科學(xué)方式

在數(shù)控機(jī)床維護(hù)過程中，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)盡可能改善維護(hù)保養(yǎng)的方式，使得維護(hù)工作能夠達(dá)到科學(xué)應(yīng)用的目的，避免出現(xiàn)違規(guī)行為，導(dǎo)致維護(hù)效果不佳。通常情況下，數(shù)控機(jī)床的維護(hù)類型可以分為預(yù)防式維護(hù)和故障后維護(hù)等兩種。從經(jīng)濟(jì)效益以及安全性角度進(jìn)行分析，預(yù)防式維護(hù)能夠達(dá)到最佳應(yīng)用效果，有利于生產(chǎn)活動(dòng)的正常進(jìn)行[5]。因此，維護(hù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)采用預(yù)防式維護(hù)，盡可能降低數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)問題的概率，保證其壽命能夠處在正常范圍內(nèi)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。在預(yù)防維護(hù)過程中，相關(guān)人員可以檢查強(qiáng)電柜的狀態(tài)，分析機(jī)床所處區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量情況，避免油霧、灰塵和金屬粉末等物質(zhì)進(jìn)入空氣。這些物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重干擾機(jī)床正常運(yùn)行，甚至有可能導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生，不利于生產(chǎn)活動(dòng)的安全開展。同時(shí)，維護(hù)人員還應(yīng)當(dāng)定期檢查設(shè)備的內(nèi)部電路以及元件狀態(tài)，確保其絕緣效果處在正常范圍內(nèi)，避免超負(fù)荷生產(chǎn)，降低出現(xiàn)過熱現(xiàn)象的概率，保證數(shù)控機(jī)床發(fā)揮正常性能。

3.2 檢測(cè)分析狀態(tài)

在維護(hù)數(shù)控機(jī)床過程中，相關(guān)人員需要采取有效措施，進(jìn)一步深入檢查設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)提供的信息，分析機(jī)床是否存在故障問題。有些情況下，數(shù)控機(jī)床可能會(huì)存在隱性運(yùn)行問題，但實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中沒有相應(yīng)故障表現(xiàn)。通過檢測(cè)與系統(tǒng)分析，相關(guān)人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)，判斷出機(jī)床是否處在正常運(yùn)行狀態(tài)。如果存在故障跡象，則可以及時(shí)采取措施進(jìn)行維修，達(dá)到良好的維護(hù)目標(biāo)，降低出現(xiàn)問題的可能性。同時(shí)，由于提早維修使得機(jī)床內(nèi)部元件能夠進(jìn)一步延長壽命，避免過早損壞，有利于提升生產(chǎn)工廠的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 長期斷電維護(hù)

在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)即將進(jìn)入長時(shí)間停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之前，維護(hù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)進(jìn)行斷電前的保養(yǎng)與維護(hù)，避免其內(nèi)部出現(xiàn)異常，導(dǎo)致下次應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)意外故障，造成經(jīng)濟(jì)損失。在進(jìn)行這一工作過程中，相關(guān)人員可以通過兩方面的措施進(jìn)行維護(hù)。首先是定期通電，保持空轉(zhuǎn)狀態(tài)。利用這種方式能夠讓數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生大量的熱量，降低裝置內(nèi)部的潮濕程度，避免出現(xiàn)短路問題，實(shí)現(xiàn)良好的維護(hù)效果。其次，應(yīng)當(dāng)在長期停轉(zhuǎn)前深入保養(yǎng)數(shù)控機(jī)床的內(nèi)部元件，如電機(jī)、電刷等。通過適當(dāng)保養(yǎng)，能夠避免出現(xiàn)意外腐蝕問題，保證機(jī)床能夠在下次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)處于正常狀態(tài)，提高整體生產(chǎn)效率。

3.4 清理散熱裝置

數(shù)控機(jī)床屬于精密復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量。如果這些熱量無法通過散熱裝置進(jìn)行有效排除，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部元件過熱，進(jìn)而出現(xiàn)故障。嚴(yán)重情況下，機(jī)床處理元件可能會(huì)燒毀，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。因此，在維護(hù)過程中，相關(guān)人員需要定期檢查數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)是否正常工作，必要時(shí)應(yīng)當(dāng)打開機(jī)床電源進(jìn)行觀察。同時(shí)，還可以采用溫度測(cè)量裝置進(jìn)行分析，觀察散熱系統(tǒng)能夠達(dá)到基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。在這一過程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)檢查散熱風(fēng)扇的濾網(wǎng)，確保其沒有堵塞。如果出現(xiàn)堵塞，則需要進(jìn)行深入清理，避免熱量無法排除，導(dǎo)致發(fā)生過熱故障。

3.5 其他維護(hù)內(nèi)容

在維護(hù)數(shù)控機(jī)床時(shí)，相關(guān)人員及團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)注重設(shè)備的方方面面，盡可能完善保養(yǎng)的全面性，避免出現(xiàn)疏漏，導(dǎo)致機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)問題，對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)造成負(fù)面影響。例如，數(shù)控機(jī)床對(duì)于電壓以及電力供給頻率的要求較高，維護(hù)人員需要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)意外問題，出現(xiàn)高壓擊穿、低壓停止工作的現(xiàn)象。如果機(jī)床與其他設(shè)備共用一條電路，維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)增加濾波設(shè)備，避免干擾信號(hào)進(jìn)入機(jī)床，導(dǎo)致故障發(fā)生[6]。其次，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床均應(yīng)用直流伺服系統(tǒng)，如果內(nèi)部電刷出現(xiàn)問題，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)受到影響，進(jìn)而損壞數(shù)控機(jī)床設(shè)備。維護(hù)人員需要定期檢查內(nèi)部電刷情況，采取有效措施修繕，使其能夠保持最佳狀態(tài)，避免出現(xiàn)意外情況。在數(shù)控機(jī)床內(nèi)部，CMOS 與RAM 屬于重要的數(shù)據(jù)處理部件。這些部分的運(yùn)轉(zhuǎn)需要電池的供應(yīng)才能夠達(dá)到基礎(chǔ)效果，如果電池電量不足，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備丟失配置狀態(tài)，不利于生產(chǎn)活動(dòng)的進(jìn)一步進(jìn)行。相關(guān)人員需要定期檢查電池電量，采取有效措施預(yù)防低電量問題，提高設(shè)備穩(wěn)定性。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)檢，確保其處于正常狀態(tài)，基礎(chǔ)操作內(nèi)容與部位方案見表1。

表1 基礎(chǔ)操作內(nèi)容與部位方案

3.6 完善操作歸檔

在機(jī)床維護(hù)完成后，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)建立記錄檔案，保存此次操作的基礎(chǔ)流程，為下次活動(dòng)提供必要參考。同時(shí)，記錄完成后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行歸檔，保證能夠隨時(shí)進(jìn)行調(diào)閱查看，降低出現(xiàn)檔案丟失的概率，提高整體維護(hù)的效率和質(zhì)量。應(yīng)用檔案記錄操作不僅能夠保證后續(xù)查驗(yàn)，還可以發(fā)揮經(jīng)驗(yàn)累積的效果，方便維護(hù)人員的更替，有利于生產(chǎn)活動(dòng)的進(jìn)一步開展。

4 結(jié)束語

在數(shù)控機(jī)床維護(hù)與維修過程中，相關(guān)人員需要采取有效措施，進(jìn)一步提高操作的質(zhì)量與效率，為生產(chǎn)活動(dòng)的擴(kuò)張打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。