數(shù)控機(jī)床的軟硬件故障特征與維修合理性分析

朱顯明

(黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157041)

0 引言

隨著機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的零件逐漸向著復(fù)雜化與精細(xì)化進(jìn)步，這對于機(jī)械加工的能力提出了更高的要求。近年來，我國的機(jī)械行業(yè)不僅基本上實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化加工，而且很多的數(shù)控機(jī)床向著更加先進(jìn)和智能化方向發(fā)展，數(shù)控機(jī)床科學(xué)地將機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)等技術(shù)進(jìn)行整合，并結(jié)合傳統(tǒng)的機(jī)床制造技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在技術(shù)不斷優(yōu)化的過程中形成了現(xiàn)階段高度自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)和適用范圍根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)際需求不斷改進(jìn)，不僅提升了機(jī)械加工過程的生產(chǎn)效率，還在用人成本、加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益方面具有顯著的優(yōu)勢。與此同時(shí)，數(shù)控機(jī)床具有工藝復(fù)雜、多學(xué)科融合、專業(yè)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，在長期工作過程中也會(huì)有一定的概率出現(xiàn)故障，對于數(shù)控機(jī)床的合理維修是保證機(jī)床良好加工品質(zhì)的前提，對于機(jī)械加工工作的順利開展具有重要意義。

1 數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀與可靠性分析

數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是利用計(jì)算機(jī)程序控制機(jī)床執(zhí)行相應(yīng)的加工任務(wù)，能夠較好地完成批量零件、復(fù)雜零件、微小零件、精密零件的加工任務(wù)，具有柔性化和高效率的特征。近年來我國的數(shù)控行業(yè)發(fā)展迅速，北一機(jī)床、重慶機(jī)床、沈陽機(jī)床、濟(jì)南機(jī)床等眾多企業(yè)在數(shù)控機(jī)床的研究和制造領(lǐng)域取得了矚目的成績，盡管目前來看，我國的數(shù)控機(jī)床尖端技術(shù)與國際上相比仍存在較大差距，但發(fā)展速度很快，所能完成的復(fù)雜加工任務(wù)正逐漸增多，且數(shù)控技術(shù)逐漸突破傳統(tǒng)制約向著微量加工、增材加工方向延伸。

先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)的機(jī)械制造設(shè)備相比已經(jīng)具有了顯著的優(yōu)勢，數(shù)控加工的邏輯性更加清晰，程序錄入更加簡單，先進(jìn)的機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)加工，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的快速加工任務(wù)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助程序設(shè)計(jì)，能夠使機(jī)械圖紙、三維圖快捷轉(zhuǎn)換成為可供加工使用的數(shù)控程序?？傮w來看，現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床相對于傳統(tǒng)機(jī)床來說作業(yè)可靠性明顯提高，一方面是機(jī)床本身的質(zhì)量得到了明顯的提高，在機(jī)械結(jié)構(gòu)、加工制造精度、裝配工藝等方面提升明顯；另一方面故障檢測技術(shù)的應(yīng)用能夠利用各個(gè)部位的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)床的工作狀態(tài)，并對可能存在的故障問題做出警報(bào)。盡管數(shù)控機(jī)床的可靠性得到了提升，但在使用過程中受到程序合理性、生產(chǎn)環(huán)境、電磁干擾、人工干預(yù)等影響，仍不可避免地存在故障率，需要在使用過程中加強(qiáng)對故障問題的處置能力。

2 數(shù)控機(jī)床的軟硬件故障特征

數(shù)控機(jī)床的故障特征主要包括軟件故障和硬件故障兩方面內(nèi)容，常見的故障表現(xiàn)包括以下內(nèi)容。

2.1 硬件系統(tǒng)常見故障特征

2.1.1 自動(dòng)換刀裝置功能失效

表現(xiàn)為第一工序加工完成后，數(shù)控機(jī)床不進(jìn)行自動(dòng)換刀，或換刀過程失敗造成程序的終止而發(fā)出警報(bào)，自動(dòng)換刀功能的失效會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床的加工效率。通常來說自動(dòng)換刀功能失效主要是由于換刀機(jī)構(gòu)調(diào)整不當(dāng)導(dǎo)致的，因此當(dāng)換刀機(jī)構(gòu)失效時(shí)，應(yīng)以調(diào)整刀套上的螺釘、壓緊彈簧、頂緊卡緊銷等緊固裝置的狀態(tài)避免刀具的裝入與拆卸過程異常。若換刀機(jī)械手工作位置不正確，應(yīng)重點(diǎn)對主軸箱進(jìn)行調(diào)整，并重新設(shè)定換刀點(diǎn)。

2.1.2 傳動(dòng)鏈功能失效

在數(shù)控機(jī)床長期工作過程中，傳動(dòng)鏈長期工作易出現(xiàn)松弛、精度下降等問題，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的工作質(zhì)量降低，甚至影響生產(chǎn)的進(jìn)程。對于傳動(dòng)鏈功能失效，應(yīng)對失效的原因進(jìn)行排查，首先檢查傳動(dòng)鏈的工作狀態(tài)，查看是否存在傳動(dòng)鏈被拉長、剛度下降等問題，并通過調(diào)整傳動(dòng)鏈的預(yù)緊力，更換新的預(yù)緊裝置來提高傳動(dòng)鏈的工作性能。尤其對于先進(jìn)的多軸機(jī)床而言，更應(yīng)該在對傳動(dòng)鏈故障調(diào)整時(shí)確保調(diào)整精度，妥善消除傳動(dòng)間隙和卡滯等問題，有效提高機(jī)床傳動(dòng)質(zhì)量。

2.1.3 伺服進(jìn)給系統(tǒng)故障

伺服進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床加工功能實(shí)施的重要裝置，對于數(shù)控機(jī)床工作的穩(wěn)定性影響很大，伺服進(jìn)給系統(tǒng)包括了伺服電機(jī)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等裝置，而這些部位也是機(jī)械故障頻發(fā)的部位。當(dāng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可利用數(shù)控機(jī)床配套的PLC檢測程序進(jìn)行故障檢查，并根據(jù)可能的故障問題對電機(jī)、檢測開關(guān)、編碼器、接線及其他電器元件進(jìn)行電壓、電流等檢測，以確定故障原因，并對損壞的元件進(jìn)行更換。

2.1.4 液壓系統(tǒng)故障

液壓系統(tǒng)多作為數(shù)控加工過程中的動(dòng)力輔助裝置，當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障常表現(xiàn)為助力裝置工作能力下降。液壓系統(tǒng)性能下降的原因是多方面的，在排查時(shí)應(yīng)采用由外及內(nèi)的順序進(jìn)行，先排除液壓系統(tǒng)外滲漏等故障，再針對液壓泵、分配器等進(jìn)行檢查，并及時(shí)更換受損的零件。

2.2 軟件系統(tǒng)故障特征

由于現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床主要采用CNC控制模式，即通過微處理器控制機(jī)床，并根據(jù)程序化的軟件來實(shí)施相關(guān)的功能，機(jī)床的軟件系統(tǒng)對于保證加工過程的合理執(zhí)行意義重大。數(shù)控機(jī)床的軟件系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，一是輸入指令功能異常，即常規(guī)的鍵盤輸入、磁盤輸入、通信輸入等方式中的一種或幾種功能失效，導(dǎo)致執(zhí)行程序輸入受阻；二是信息處理過程異常，就是計(jì)算機(jī)對于錄入程序的編譯和識別過程出錯(cuò)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理后待加工零件的輪廓信息、加工速度、輔助信息等存在較大偏差，導(dǎo)致零件加工時(shí)的起點(diǎn)、刀具運(yùn)行路線、換刀等過程與正常狀態(tài)不符，造成零件加工質(zhì)量的不合格；三是執(zhí)行程序輸出過程存在異常，導(dǎo)致加工信息傳達(dá)到驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)的過程存在故障，機(jī)床未按預(yù)期執(zhí)行動(dòng)作。

對于軟件系統(tǒng)的故障問題，主要通過兩種方式進(jìn)行調(diào)整，一是利用系統(tǒng)的程序自動(dòng)修復(fù)功能，通過系統(tǒng)復(fù)位或初始化的方法使系統(tǒng)程序恢復(fù)正常狀態(tài)；二是針對故障問題的特征，重新設(shè)置程序參數(shù)，或?qū)?shù)進(jìn)行校對和重新調(diào)整，對可能存在故障問題的位置進(jìn)行調(diào)整，使機(jī)床功能恢復(fù)正常。

3 數(shù)控機(jī)床故障修復(fù)的合理性分析

數(shù)控機(jī)床的故障維修過程有多種方式，例如經(jīng)驗(yàn)分析、故障碼分析、儀器檢測、綜合檢測等。對于數(shù)控機(jī)床的故障問題，要采用合理的方式進(jìn)行維修，才能既保證維修質(zhì)量又節(jié)省維修成本。總體來講為保證數(shù)控機(jī)床維修的合理性，要注意以下幾方面問題，一是根據(jù)故障問題的表征合理選擇維修方式，對于簡單的表面故障則不必采用儀器設(shè)備進(jìn)行檢測確定，而對于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)問題，不能單純采用簡單的判斷就加以處理，對于故障問題的判斷與檢測要做到科學(xué)合理；二是對于機(jī)械零件的損壞故障，要先針對故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，然后判斷故障零件的合理處置方式，對于可以修復(fù)的零件，在修復(fù)成本相對合理的條件下，則應(yīng)選擇修復(fù)，而對于難以修復(fù)或修復(fù)成本過高的零件，則應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)零件進(jìn)行更換；三是數(shù)控機(jī)床故障的維修過程要遵循規(guī)范操作程序，并由專業(yè)的維修人員完成，確保維修過程零件拆裝的合理性，避免零件拆裝過程中造成新的損傷或結(jié)構(gòu)不合理問題；四是軟件系統(tǒng)故障應(yīng)由專業(yè)的軟件維護(hù)人員執(zhí)行，不專業(yè)的軟件調(diào)整可能造成更嚴(yán)重的故障問題。

4 結(jié)語

從數(shù)控機(jī)床的使用過程來看，合理的維修工作對于提高機(jī)床的工作效率具有重要的作用，同時(shí)在日常使用中還要按照機(jī)床的相關(guān)要求維護(hù)保養(yǎng)和故障預(yù)防，并在故障產(chǎn)生的時(shí)候及時(shí)進(jìn)行處理，避免小問題擴(kuò)大化，造成更嚴(yán)重的故障，要通過做好事故預(yù)防和合理維修的雙重工作，以保證數(shù)控機(jī)床的長久穩(wěn)定運(yùn)行。