數(shù)控機(jī)床的故障如何診斷

陳飛

摘要：本文介紹了數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修界定，分析了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生故障的類型和特點(diǎn)。針對(duì)故障，提出了故障的常用診斷方法。

關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床;故障分析;故障診斷

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

機(jī)床是人類進(jìn)行生產(chǎn)勞動(dòng)的重要工具，也是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床采用了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，因此也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床或CNC機(jī)床。數(shù)控機(jī)床綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量、現(xiàn)代機(jī)械制造和數(shù)據(jù)通信等多種技術(shù)，是機(jī)械加工領(lǐng)域中典型的機(jī)電一體化設(shè)備，適用于多品種、中小批量的復(fù)雜零件的加工。

一、故障診斷與維修界定

要保持?jǐn)?shù)控機(jī)床的完好率，就要求對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性、可維修性和可用性提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，衡量可靠性的主要指標(biāo)是平均故障間隙時(shí)間MTBF（Mean Time Between Failure），MTBF就是數(shù)控機(jī)床在使用過程中發(fā)生了N次故障，每次故障修復(fù)后又投入使用。測(cè)其每次故障前工作持續(xù)時(shí)間為T1、T2……TN，其平均故障間隙時(shí)間MTBF=T/N。（T為T1、T2、TN之和）。可維修性的衡量指標(biāo)是平均修復(fù)時(shí)間（MTTR），MTTR是規(guī)定的條件蝦和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，機(jī)床在任一規(guī)定的維修級(jí)別上，修復(fù)性維修時(shí)間與在該級(jí)別上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)之比。簡(jiǎn)單地說就是排除故障所需實(shí)際直接維修時(shí)間的平均值，MTBF=TI/N。（TI為第I次修復(fù)時(shí)間，N修復(fù)次數(shù)），可用性是在要求的外部資源得到保證的前提下機(jī)床在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)刻或時(shí)間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定的功能狀態(tài)的能力。它是產(chǎn)品可靠性、維修性和維修保障的綜合反映，可靠性是從延長(zhǎng)其正常工作時(shí)間來提高產(chǎn)品可用性，而維修性是從縮短因維修的停機(jī)時(shí)間來提高可用性。

近幾年國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)MTBF大都超過10000H。但國(guó)際上先進(jìn)企業(yè)數(shù)控系統(tǒng)MTBF已達(dá)80000H，雖然我國(guó)機(jī)床工業(yè)取得了較大進(jìn)步，每年的產(chǎn)量達(dá)到了千臺(tái)以上，但我國(guó)的機(jī)床大部分水平較低且又缺門。一些用戶對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障還不能及時(shí)做出正確的判斷和準(zhǔn)確的排除故障，生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)又不能及時(shí)的到現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。目前，國(guó)內(nèi)各行業(yè)中的數(shù)控系統(tǒng)開動(dòng)率平均僅達(dá)到25%左右。

二、故障的類型與特點(diǎn)分析

數(shù)控機(jī)床的故障類型有：

1.NC系統(tǒng)故障。NC系統(tǒng)故障會(huì)引起硬件故障和軟故障。

2.伺服系統(tǒng)的故障。由于數(shù)控系統(tǒng)的控制核心是對(duì)機(jī)床的進(jìn)給部分盡心數(shù)字控制，而進(jìn)給是由伺服單元控制伺服電機(jī)，帶動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)的，由旋轉(zhuǎn)編碼器做位置反饋元件，形成位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)故障一般是由伺服控制單元、伺服電機(jī)、測(cè)速電機(jī)、編碼器等問題引起的。

3.外部故障。由于現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)可靠性越來越高，故障率越來越低，很少發(fā)生故障。大部分故障都是非系統(tǒng)故障，是由外部原因引起的。

數(shù)控機(jī)床故障的特點(diǎn)：數(shù)控機(jī)床一般由數(shù)控系統(tǒng)，包含伺服電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)反饋裝置的伺服系統(tǒng)，強(qiáng)電控制柜，機(jī)床本體和各類輔助裝置組成。

數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性使其故障具有復(fù)雜性和特殊性，引起數(shù)控機(jī)床故障的因素又很多，不能只看故障的表像，要透過現(xiàn)象去檢查引起故障的綜合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法給予排除。

三、故障的診斷

1.要搞清故障現(xiàn)象

當(dāng)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，首先要搞清故障現(xiàn)象，向操作人員了解第一次出現(xiàn)故障時(shí)的情況，在可能的情況下觀察故障發(fā)生的過程，觀察故障是在什么情況下發(fā)生的，怎么發(fā)生的，引起怎樣的后果。只有了解到第一手情況，才有利于故障的排除，把故障過程搞清了，問題就解決一半了。搞清了故障現(xiàn)象，然后根據(jù)機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的工作原理，就可以很快地確診問題所在并將故障排除，使設(shè)備恢復(fù)正常使用。

現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)的自診斷能力越來越強(qiáng)，設(shè)備的大部分故障數(shù)控系統(tǒng)都能夠診斷出來，并采取相應(yīng)的措施。當(dāng)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，有時(shí)在顯示器上顯示報(bào)警信息，有時(shí)在數(shù)控裝置上、PLC裝置上和驅(qū)動(dòng)裝置上還會(huì)有報(bào)警指示。這時(shí)要根據(jù)手冊(cè)對(duì)這些報(bào)警信息進(jìn)行分析，有些根據(jù)報(bào)警信息就可直接確認(rèn)故障原因，只要搞清報(bào)警信息的內(nèi)容，就可排除數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的故障。

另一些故障的報(bào)警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的結(jié)果或者由此引起的其它問題，這時(shí)要經(jīng)過仔細(xì)的分析和檢查才能確定故障原因。

2.要利用數(shù)控系統(tǒng)的PLC狀態(tài)顯示功能

許多數(shù)控系統(tǒng)都有PLC狀態(tài)顯示功能，如西門子3系統(tǒng)PC菜單下的PC STATUS，西門子810系統(tǒng)DIAGNOSIS菜單下的PLC STATUS功能，以及發(fā)那科0T系統(tǒng)DGNOS PARAM 功能的PMC狀態(tài)顯示功能等，利用這些功能可顯示PLC的輸入、輸出、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等的即時(shí)狀態(tài)和內(nèi)容。根據(jù)機(jī)床的工作原理和機(jī)床廠家提供的電氣原理圖，通過監(jiān)視相應(yīng)的狀態(tài)，就可確診一些故障。

3.要利用機(jī)床廠家提供的PLC梯形圖

數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)的大部分故障都是通過PLC裝置檢查出來的，PLC檢測(cè)故障的機(jī)理就是通過運(yùn)行機(jī)床廠家為特定機(jī)床編制的PLC梯形圖（即程序），根據(jù)各種輸入、輸出狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，如果發(fā)現(xiàn)問題，產(chǎn)生報(bào)警并在顯示器上產(chǎn)生報(bào)警信息。所以對(duì)一些PLC產(chǎn)生報(bào)警的故障，或一些沒有報(bào)警的故障，可以通過分析PLC的梯形圖對(duì)故障進(jìn)行診斷，利用NC系統(tǒng)的梯圖顯示功能或者機(jī)外編程器在線跟蹤梯形圖的運(yùn)行，可提高診斷故障的速度和準(zhǔn)確性。

以上方法對(duì)機(jī)床側(cè)故障的檢測(cè)是非常有效的，因?yàn)檫@些故障無非是檢測(cè)開關(guān)、繼電器、電磁閥的損壞或者機(jī)械執(zhí)行結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，這些問題基本都可以根據(jù)PLC程序，通過檢測(cè)其相應(yīng)的狀態(tài)來確認(rèn)故障點(diǎn)。而遇到一些系統(tǒng)故障時(shí)，有時(shí)情況比較復(fù)雜，采用以下的方法及檢測(cè)原則可快速確認(rèn)故障點(diǎn)。

對(duì)于一些涉及到控制系統(tǒng)的故障，有時(shí)不容易確認(rèn)哪一部分有問題，在確保沒有進(jìn)一步損壞的情況下，用備用控制板代換被懷疑有問題的控制板，是準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)的有效辦法，有時(shí)與其它機(jī)床上同類型控制系統(tǒng)的控制板互換會(huì)更快速診斷故障（這時(shí)要保證不會(huì)把好的板子損壞）。

檢查故障要本著先外圍后內(nèi)部、先機(jī)械后電氣、先簡(jiǎn)單后復(fù)雜、先靜后動(dòng)、先公用后專用、先查軟件后查硬件的原則。對(duì)于數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)較復(fù)雜的故障，特別是涉及到控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)用這些原則可簡(jiǎn)化故障的診斷過程，避免走彎路。

參考文獻(xiàn)

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