故障診斷技術(shù)在數(shù)控機(jī)床維修中的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

高關(guān)勝 張鋒

【摘要】 數(shù)控機(jī)床在正常運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同類(lèi)型的故障，而將故障診斷技術(shù)靈活應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床維修中，可以幫助技術(shù)維修人員對(duì)故障進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷，并診斷出故障的具體發(fā)生位置，這樣不僅可以提高故障維修效率，還能保證數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)期處于穩(wěn)定運(yùn)行中。

【關(guān)鍵詞】 故障診斷技術(shù);數(shù)控機(jī)床;維修

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.017

Standardized Application of Fault Diagnosis Technology in the Maintenance of CNC Machine Tools

GAO Guan-sheng，ZHANG Feng

（Yunnan Vocational Institute of Energy Technology，Qujing 655000，China）

Abstract： Numerical control machine tools will have different types of faults during normal operation. The flexible application of fault diagnosis technology to the maintenance of CNC machine tools can help technical maintenance personnel to accurately judge the fault and diagnose the specific location of the fault. It can not only improve the efficiency of fault maintenance，but also ensure that the CNC machine tool is in stable operation for a long time.

Key words： fault diagnosis technology;CNC machine tools;maintenance

1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和故障類(lèi)型分析

1.1 結(jié)構(gòu)分析

數(shù)控系統(tǒng)是當(dāng)前常用的一種系統(tǒng)，其類(lèi)型較多、形式不同，在結(jié)構(gòu)方面各具優(yōu)勢(shì)，而這些結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)主要是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)要求而形成的。系統(tǒng)生產(chǎn)廠家在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出不同的系統(tǒng)，有的為了方便使用過(guò)程中的維修和更換會(huì)采用小板結(jié)構(gòu);而有的為了保證系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)采用大板結(jié)構(gòu)，這樣有助于提升系統(tǒng)的無(wú)故障率。總之，無(wú)論數(shù)控機(jī)床采用哪種系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)和原理都是相似的，一般情況下都是由軟件和硬件控制系統(tǒng)所構(gòu)成。其中軟件控制系統(tǒng)也叫作數(shù)控軟件，主要由報(bào)警文本、接口控制參數(shù)及軟件、顯示控制、位置控制、加速控制、減速控制、輸出控制、輸入控制等部件組成;而硬件控制系統(tǒng)的核心部件是微處理器，主要組成部件包括輸入輸出接口、顯示器、可編程控制器、大規(guī)模集成電路、控制面板等。

1.2 故障類(lèi)型

數(shù)控機(jī)床的核心系統(tǒng)為伺服系統(tǒng)，在正常的運(yùn)行過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)故障，使機(jī)床的運(yùn)行受到不同程度的影響。常見(jiàn)的故障類(lèi)型一般有接觸故障、老化故障、磨損故障和失效故障等，這些故障如果不能及時(shí)處理，不僅會(huì)影響到機(jī)床的工作效率，甚至可能會(huì)導(dǎo)致安全事故發(fā)生[1]。數(shù)控機(jī)床一旦出現(xiàn)故障就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，遇到這種情況就需要技術(shù)人員根據(jù)機(jī)床的實(shí)際使用情況對(duì)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)故障類(lèi)型進(jìn)行診斷。

2 數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障診斷方式及故障診斷技術(shù)

2.1 診斷方式

1）系統(tǒng)自動(dòng)診斷方式。數(shù)控機(jī)床是由硬件和軟件系統(tǒng)組合而成的，而在軟件系統(tǒng)中有對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)診斷的系統(tǒng)，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)床的運(yùn)行狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管，一旦出現(xiàn)故障就會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提示，這樣就可以提醒操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。因此，數(shù)控機(jī)床在啟動(dòng)時(shí)就要開(kāi)啟自動(dòng)診斷運(yùn)行程序，對(duì)機(jī)床中的各項(xiàng)軟件和硬件系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢查和分析，并在顯示器中顯示檢查結(jié)果。在數(shù)控機(jī)床各個(gè)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，自動(dòng)診斷程序不僅會(huì)對(duì)機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)也會(huì)對(duì)與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的其他裝置實(shí)施檢測(cè)，并將檢測(cè)到的運(yùn)行信息和故障信息在顯示器中顯現(xiàn)出來(lái)，操作人員就能隨時(shí)掌握數(shù)控機(jī)床的基本運(yùn)行狀況和故障產(chǎn)生原因。

2）人為控制診斷方式。相對(duì)自動(dòng)診斷方式而言，人為控制診斷方式可以在任何時(shí)候?qū)C(jī)床進(jìn)行診斷，例如不關(guān)機(jī)進(jìn)行診斷，關(guān)機(jī)重啟診斷，在遠(yuǎn)程狀態(tài)下進(jìn)行診斷。在不關(guān)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行的診斷一般是在數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行過(guò)程中，利用機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)置的控制程序?qū)敵鲅b置、輸入裝置、伺服系統(tǒng)和數(shù)控裝置等進(jìn)行檢測(cè)。關(guān)機(jī)重啟診斷則是在數(shù)控機(jī)床不運(yùn)行的狀態(tài)下通過(guò)重新啟動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行功能來(lái)確定機(jī)床系統(tǒng)是否存在故障問(wèn)題[2]。進(jìn)入新時(shí)代之后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在各行各業(yè)中得到普及和應(yīng)用，因此，數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障后，也可以借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與機(jī)床生產(chǎn)廠家進(jìn)行聯(lián)系，由廠家的技術(shù)人員通過(guò)遠(yuǎn)程操作對(duì)機(jī)床故障進(jìn)行診斷。

2.2 診斷技術(shù)

1）直觀診斷技術(shù)。在數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的時(shí)候采取的最常見(jiàn)的診斷技術(shù)就是直觀診斷法。直觀診斷法主要是根據(jù)機(jī)床表面出現(xiàn)的異常情況來(lái)對(duì)機(jī)床存在的故障進(jìn)行診斷，例如通過(guò)直觀診斷法可以對(duì)機(jī)床部件的磨損程度、松動(dòng)情況等進(jìn)行檢查，并采取相應(yīng)的維修和養(yǎng)護(hù)措施。如果發(fā)生故障時(shí)機(jī)床發(fā)出了燒焦的味道，這時(shí)維修人員就要對(duì)數(shù)控機(jī)床的線路、電阻、保護(hù)性開(kāi)關(guān)等相關(guān)部件進(jìn)行重點(diǎn)檢查。與此同時(shí)，維修人員通過(guò)直接接觸數(shù)控機(jī)床可以親身體驗(yàn)并判斷機(jī)床及相關(guān)配套設(shè)施的運(yùn)行溫度是否正常。

2）機(jī)床報(bào)警信息診斷技術(shù)。此種診斷技術(shù)雖然是數(shù)控機(jī)床自身具有的診斷方法，但是仍然要求維修人員和操作人員對(duì)常常出現(xiàn)故障問(wèn)題的部件進(jìn)行記錄和總結(jié)，并能夠迅速找到故障原因和位置，同時(shí)對(duì)故障進(jìn)行排除，保證數(shù)控機(jī)床可以快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

3）調(diào)整參數(shù)診斷技術(shù)。數(shù)控機(jī)床一旦參數(shù)改變勢(shì)必會(huì)對(duì)機(jī)床的性能產(chǎn)生影響，所以，對(duì)數(shù)控機(jī)床存在的故障進(jìn)行檢查時(shí)，需要通過(guò)數(shù)控機(jī)床參數(shù)的改變情況來(lái)準(zhǔn)確判斷機(jī)床發(fā)生故障的原因及位置。對(duì)于數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)而言，系統(tǒng)參數(shù)能夠發(fā)揮決定性的作用，可以直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，因此，在數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，維修人員就可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整來(lái)診斷和排除故障。

4）替換部件診斷技術(shù)。當(dāng)數(shù)控機(jī)床處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，一旦其中一個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)使數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障，維修人員可以通過(guò)更換新部件的方式來(lái)判斷是否因?yàn)榇瞬考p壞而產(chǎn)生的故障。

5）敲擊診斷技術(shù)。如果數(shù)控機(jī)床不定時(shí)的出現(xiàn)故障，有可能是因?yàn)榫€路接觸不良而造成的。這個(gè)時(shí)候就可以對(duì)懷疑的部件進(jìn)行敲擊來(lái)判斷故障。由于數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包括大規(guī)模的集成電路，而且每個(gè)電路板都存在焊接點(diǎn)，這些焊接點(diǎn)一旦發(fā)生接觸不良情況，就需要通過(guò)敲擊診斷技術(shù)來(lái)判斷發(fā)生問(wèn)題的具體部件。

3 故障針對(duì)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床維修中的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

3.1 電源類(lèi)故障分析

以某廠生產(chǎn)的DHP50型號(hào)的數(shù)控機(jī)床為例。此數(shù)控機(jī)床在一次啟動(dòng)過(guò)程中突然出現(xiàn)屏幕不亮的問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)初步查看，操作板上的電源開(kāi)關(guān)處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)，而且指示燈也沒(méi)有出現(xiàn)異常情況，操作人員在對(duì)開(kāi)關(guān)和重要位置進(jìn)行檢查之后也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但是關(guān)閉開(kāi)關(guān)重新啟動(dòng)之后依然存在故障。由于導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床屏幕不亮的原因有很多，需要進(jìn)行逐一檢查才能找到故障發(fā)生的原因。首先要對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行查看，確定供電是否正常，如果電源正常而主板電壓存在異常情況就會(huì)出現(xiàn)屏幕時(shí)有時(shí)無(wú)的現(xiàn)象，因此判斷主板中存在故障，此時(shí)需要更換主板，這樣就能使機(jī)床正常運(yùn)行，屏幕開(kāi)始正常顯示[3]。但是更換主板之后，一些參數(shù)就會(huì)改變，需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和調(diào)整，等一切正常以后在做進(jìn)一步的檢測(cè)，判斷其他位置是否也存在故障，確保數(shù)控機(jī)床可以處于正常運(yùn)行狀態(tài)。在對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行診斷和維修的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，不同的系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)相似但是電源的開(kāi)關(guān)卻存在差異，因此維修人員必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有全面的了解才能提升診斷維修故障的工作效率。

3.2 系統(tǒng)顯示類(lèi)故障分析

以某數(shù)控機(jī)床在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障為例，故障現(xiàn)象為CTR來(lái)回閃爍卻沒(méi)有出現(xiàn)字符，導(dǎo)致機(jī)床無(wú)法正常運(yùn)行。造成上述現(xiàn)象的原因很多，例如CTR的旋轉(zhuǎn)鈕出現(xiàn)了振動(dòng)問(wèn)題，就可能出現(xiàn)上述癥狀。如果是新購(gòu)入的數(shù)控機(jī)床設(shè)備因?yàn)檫€未使用，所以在初始化調(diào)整中也有可能出現(xiàn)問(wèn)題，另外，數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)板和主板有問(wèn)題也會(huì)產(chǎn)生上述情況，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行有針對(duì)性的判斷。首先要分析CTR的旋轉(zhuǎn)鈕是否存在異常反應(yīng)，其次分析數(shù)控系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和相應(yīng)地調(diào)整使CRT轉(zhuǎn)向正常，經(jīng)過(guò)上述診斷可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生CTR閃爍發(fā)光的原因是系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行初始化。通過(guò)此案例分析可以得知，只有合理應(yīng)用診斷技術(shù)判斷故障的發(fā)生原因才能快速進(jìn)行維修。除此之外，如果系統(tǒng)自身存在問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障，因此，維修人員在對(duì)故障進(jìn)行分析的過(guò)程中，要分清主次，先確定造成故障的主要原因，然后采取有效的措施進(jìn)行維修。

3.3 振動(dòng)與爬行故障

某廠的機(jī)床采用立式SABRE1000，配備的系統(tǒng)為Acrametic2100，在機(jī)床啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)了系統(tǒng)振動(dòng)和爬行故障，提示的報(bào)警信息為伺服系統(tǒng)故障。在對(duì)故障機(jī)床進(jìn)行診斷的過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)機(jī)械部件存在問(wèn)題，因此確定發(fā)生故障的原因是X軸伺服系統(tǒng)發(fā)生的異常導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)振動(dòng)和爬行故障。在經(jīng)過(guò)全面的綜合檢查與分析之后，尤其是對(duì)速度控制邏輯進(jìn)行了重點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)此型號(hào)的機(jī)床是在速度調(diào)節(jié)反饋基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)工作的，在利用故障診斷技術(shù)分析故障原因時(shí)要通過(guò)反饋信息和梯形圖給定的信號(hào)來(lái)找到造成故障的具體原因[4]。同時(shí)還應(yīng)該對(duì)位置偏差計(jì)數(shù)器的信號(hào)輸出速度進(jìn)行檢查，并通過(guò)示波器來(lái)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，在進(jìn)行故障判斷時(shí)如果模擬信號(hào)發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)具有周期性，則表明速度控制部分沒(méi)有異常情況，出現(xiàn)故障的部分是位置控制環(huán)，這時(shí)就需要對(duì)控制環(huán)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行重點(diǎn)檢查。對(duì)控制環(huán)轉(zhuǎn)換器檢查之后，如果此部分也沒(méi)有存在周期性的信號(hào)波動(dòng)現(xiàn)象，就說(shuō)明檢測(cè)元件和伺服電機(jī)存在故障問(wèn)題。機(jī)床出現(xiàn)了振動(dòng)和爬行現(xiàn)象，而通過(guò)示波器檢查的過(guò)程之后又發(fā)現(xiàn)速度控制部分沒(méi)有出現(xiàn)周期性的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)一系列的判斷可以發(fā)現(xiàn)造成機(jī)床振動(dòng)和爬行故障的原因與伺服電機(jī)的速度控制單元具有很大的關(guān)聯(lián)。為了進(jìn)一步確定故障發(fā)生的原因和位置，要對(duì)X軸伺服電機(jī)進(jìn)行拆卸，然后采用常規(guī)檢查方法進(jìn)行診斷，在對(duì)編碼器和炭刷的表面情況進(jìn)行觀察之后，發(fā)現(xiàn)在炭刷下存在很多的油膩灰塵和炭粉，使得電機(jī)存在固有的電流磁場(chǎng)，在電流通過(guò)的過(guò)程中發(fā)出了報(bào)警提示[5]。在排除這些故障的過(guò)程中要選用細(xì)毛刷對(duì)炭刷進(jìn)行謹(jǐn)慎的清理，保證所有的灰塵和炭粉可以全部清理干凈，之后還要用無(wú)水酒精再對(duì)炭刷表面進(jìn)行擦拭，最后再對(duì)其進(jìn)行烘干，完成這些清理工作之后將X軸伺服電機(jī)重新安裝好進(jìn)行調(diào)試，這時(shí)候不再出現(xiàn)振動(dòng)和爬行現(xiàn)象，報(bào)警提示也就隨之消除，機(jī)床故障維修完成，此時(shí)機(jī)床可以正常啟動(dòng)和運(yùn)行。

故障診斷技術(shù)在數(shù)控機(jī)床維修中應(yīng)用時(shí)，首先要對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和位置控制部分的準(zhǔn)確性進(jìn)行重點(diǎn)檢查和分析。機(jī)床發(fā)生振動(dòng)和爬行故障的主要位置在伺服系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)部件之間，由于機(jī)械傳動(dòng)部件與系統(tǒng)低速爬行存在緊密聯(lián)系，而機(jī)械高速振動(dòng)與機(jī)床供油系統(tǒng)、導(dǎo)軌預(yù)緊力、傳動(dòng)鏈中的滾珠絲杠等有關(guān)，振動(dòng)和爬行故障由于伺服系統(tǒng)的位置、速度等部件有關(guān)，無(wú)論伺服系統(tǒng)處于高速振動(dòng)還是低速爬行都會(huì)發(fā)生電流報(bào)警，因此，針對(duì)發(fā)出的每一個(gè)報(bào)警信號(hào)都要經(jīng)過(guò)綜合的檢查和分析之后才能判斷故障發(fā)生原因和位置，并采取相應(yīng)的維修措施來(lái)排除故障[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于數(shù)控機(jī)床采用先機(jī)的技術(shù)研制而成且具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此在使用的過(guò)程中如果不進(jìn)行有效的日常維護(hù)或因?yàn)椴僮鞑划?dāng)就會(huì)產(chǎn)生各種故障。所以要根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況，發(fā)揮診斷技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)，有效解決數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中存在的各項(xiàng)故障問(wèn)題，提升數(shù)控機(jī)床的工作效率，保證生產(chǎn)的安全性。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 汪小寶，錢(qián)明珠.參數(shù)在數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2016（12）：208-209+212.

[2] 蔣鐵球.基于PMC在數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修中應(yīng)用的研究[J].國(guó)防制造技術(shù)，2015（3）：62-64.

[3] 王勇.在數(shù)控機(jī)床故障診斷中應(yīng)用智能診斷融合技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2013，32（7）：180-181.

[4] 陳建.故障診斷技術(shù)在數(shù)控機(jī)床維修保障中的應(yīng)用探討[J].裝備維修技術(shù)，2020（2）：106.

[5] 武洋，潘思思.淺析數(shù)控機(jī)床的電氣故障診斷和維修技術(shù)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（24）：182-183.

[6] 曾博文，朱群峰.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修技術(shù)研究[J].當(dāng)代旅游（高爾夫旅行），2018（3）：211.

【作者簡(jiǎn)介】

高關(guān)勝，男，1989年出生，助教，學(xué)士，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及其自動(dòng)化。