數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的故障診斷與維護(hù)分析

王熊

[摘? ? 要]數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電設(shè)備的一種，囊括了電、機(jī)、氣，其電氣控制系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)行具有決定性影響，如果電氣控制系統(tǒng)發(fā)生故障，就會(huì)直接影響到數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行，降低生產(chǎn)效率?？焖侔l(fā)展的數(shù)控技術(shù)，使得數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)涉及到的故障類型逐漸增多，復(fù)雜程度也不斷升高，所以現(xiàn)階段很有必要深入探究其故障診斷和維護(hù)問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控機(jī)床;電氣控制系統(tǒng);故障診斷

[中圖分類號(hào)]TG659 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）02–00–03

Analysis of Fault Diagnosis and Maintenance of Electrical

Control System of CNC Machine Tool

Wang Xiong

[Abstract]As a kind of electromechanical equipment， CNC machine tools include electricity， machinery and gas. Its electrical control system has a decisive impact on its operation. If the electrical control system fails， it will directly affect the normal operation of CNC machine tools and reduce the Productivity. With the rapid development of numerical control technology， the types of faults involved in the electrical control system of numerical control machine tools are gradually increasing， and the complexity is also increasing. Therefore， it is necessary to deeply explore its diagnosis and maintenance problems at this stage.

[Keywords]CNC machine tool; electrical control system; fault diagnosis

在改革開(kāi)放不斷深入的背景下，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了較好的發(fā)展，使得電子和數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全面的發(fā)展。在此形勢(shì)下，數(shù)控技術(shù)逐漸滲透到了我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)中，并得到了廣泛運(yùn)用，有利于電子和數(shù)控技術(shù)的良好發(fā)展。在此形勢(shì)下，數(shù)控技術(shù)在我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)之中實(shí)現(xiàn)了廣泛運(yùn)用，能夠促進(jìn)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)柔性化、自動(dòng)化以及數(shù)字化的提升。傳統(tǒng)車床因?yàn)橐匀肆橹?，所以便有諸多不足之處，不論是零件效率，還是質(zhì)量均差強(qiáng)人意。同時(shí)，數(shù)控車床能夠推動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程順利達(dá)到自動(dòng)化控制的目標(biāo)，消除傳統(tǒng)工藝在性能方面存在的局限性。但即使如此，數(shù)控車床還是有部分故障問(wèn)題存在，一旦解決不好，會(huì)影響電氣控制系統(tǒng)效率，進(jìn)而需要對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)故障診斷以及維護(hù)方式進(jìn)行全面的探究。

1 電氣控制系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床概述

1.1 電氣控制系統(tǒng)組成

數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，主要由數(shù)控裝置（CNC）、伺服系統(tǒng)（進(jìn)給伺服與主軸伺服）以及機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)（繼電器解除控制系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)）構(gòu)成。

在整個(gè)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中，占據(jù)中樞位置的是就是數(shù)控裝置，其能夠自動(dòng)處理那些輸入到數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的每一個(gè)數(shù)控加工程序，并把這部分?jǐn)?shù)控加工程序分成兩大類分別進(jìn)行輸出。

伺服系統(tǒng)的構(gòu)成分為進(jìn)給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)。前者又分為進(jìn)給伺服電機(jī)與進(jìn)給伺服裝置，主要起到驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸切削的作用，并提供其切削時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩與運(yùn)轉(zhuǎn)速度給數(shù)控機(jī)床。而后者又分為主軸電路與主軸伺服裝置，用于調(diào)節(jié)與控制主軸轉(zhuǎn)速。

機(jī)床的強(qiáng)電控制系統(tǒng)，不僅擁有機(jī)床的輔助運(yùn)動(dòng)與輔助動(dòng)作的控制功能，還能夠監(jiān)控保護(hù)開(kāi)關(guān)以及操作面板上的每一個(gè)器件等。

1.2 電氣控制系統(tǒng)故障原因分析

通常情況下，電氣控制系統(tǒng)故障的類型有3種，即電源、線路以及元器件故障。如果想正確處理、排除故障，就一定要將電氣控制系統(tǒng)的故障原因弄清楚。部分電氣控制系統(tǒng)的故障原因和排除方法如表1所示。

2 數(shù)控機(jī)床對(duì)電氣系統(tǒng)的基本要求

數(shù)控機(jī)床需要長(zhǎng)時(shí)間維持在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，對(duì)此應(yīng)對(duì)其內(nèi)部涉及到的相關(guān)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的控制，確保安全性、可靠性以及穩(wěn)定性，并提高數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)方面的效率，防止出現(xiàn)安全事故。

2.1 可靠性強(qiáng)

由于數(shù)控機(jī)床需要長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)可靠性要求很高。因而在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)，選用一些部件時(shí)便對(duì)可靠性、容錯(cuò)技術(shù)和冗余技術(shù)等予以了采用。在部件的選用上必須滿足兩項(xiàng)條件，即最成熟以及與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相符，并獲得了授權(quán)認(rèn)證。

2.2 與新技術(shù)的發(fā)展保持同步

在保證電氣系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，需加強(qiáng)其先進(jìn)性，簡(jiǎn)而言之指的是通過(guò)新型組合功能電器元件、電力電子功率器件以及新型電子電器。

2.3 穩(wěn)定性高

需將諸多技術(shù)措施應(yīng)用到電氣系統(tǒng)中，使之在較寬的環(huán)境條件下也能夠很好的適應(yīng)，對(duì)交流供電系統(tǒng)電壓的波動(dòng)可以很好的適應(yīng)，并能夠有效抑制電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的噪聲干擾，與電磁兼容的國(guó)標(biāo)要求相符，系統(tǒng)內(nèi)部不僅不會(huì)相互干擾，還可對(duì)外部干擾起到一定的抵抗作用。

2.4 具有安全性

應(yīng)確保電氣系統(tǒng)的連鎖具有有效性以及電器裝置的良好性，做好防護(hù)工作，正確接地，讓操作人員能夠在安全的環(huán)境中工作。電器部件的防護(hù)外殼必須具備“三防”功能，即防塵、防水、防油污。電柜要擁有良好的封閉性，以免內(nèi)部滲入外部的液體和切屑、導(dǎo)電塵埃。電柜之中的元件在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，不應(yīng)被擊穿，且能夠預(yù)防外部雷電的突襲。針對(duì)移動(dòng)頻率較高的電纜，需設(shè)置好護(hù)套以及拖鏈防護(hù)，以免纜線被磨斷或發(fā)生短路進(jìn)而引發(fā)系統(tǒng)故障。就內(nèi)部部件可能會(huì)產(chǎn)生的溫升狀況，應(yīng)具備有效抑制措施，尤其是在夏季，強(qiáng)迫風(fēng)冷和冷器冷卻必須要有一個(gè)。另外還應(yīng)配備預(yù)防觸電和碰傷的相關(guān)設(shè)施。

2.5 便于維護(hù)

易損部件一定要方便更換或者替換，保護(hù)元器件的保護(hù)動(dòng)作必須要有很高的靈敏度，同時(shí)也不得誤動(dòng)作。在排除故障后可以恢復(fù)功能。

2.6 控制特性良好

一切被控制的電動(dòng)機(jī)必須能夠平穩(wěn)啟動(dòng)，且響應(yīng)非?？?，沖擊、震動(dòng)、振蕩以及異常噪聲和異常溫升均不能有。

3 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的故障診斷

3.1 直觀判斷方法

此法簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是當(dāng)數(shù)控機(jī)床處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，應(yīng)對(duì)設(shè)備外部特點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)的觀察，根據(jù)各類信息的處理與研究過(guò)程，通過(guò)直觀的判斷得出結(jié)論。諸如有焦糊味、有電火花出現(xiàn)以及設(shè)備異常震動(dòng)、設(shè)施某處發(fā)熱異常等都是常見(jiàn)的直觀判斷方法，一旦出現(xiàn)上述幾種情況便說(shuō)明此區(qū)域已有故障發(fā)生。數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)在具體運(yùn)轉(zhuǎn)方面，應(yīng)分析該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。比如在處理信息時(shí)，就要基于現(xiàn)階段的信息處理方法，并將設(shè)備的表現(xiàn)情況聯(lián)系起來(lái)，對(duì)當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)代表的問(wèn)題展開(kāi)直接分析。

3.2 自診法

快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，讓數(shù)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自診故障，并對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟硬件的工作狀態(tài)做到隨時(shí)監(jiān)控，第一時(shí)間反映各方（硬件、用戶零件程序、標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)、數(shù)控通道等）異常信息，極大地便利了故障處理。各部件上，如電子、電器裝置等安裝有指示燈，用于顯示狀態(tài)與故障，以便于準(zhǔn)確判斷故障類型與未知，方便采取針對(duì)性解決措施。立足于信號(hào)以及報(bào)警指示分析，可第一時(shí)間把故障排除并展開(kāi)維修，屬于可靠性較好的方法之一。

3.3 參數(shù)診斷

在數(shù)控機(jī)床處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中的參變量或許會(huì)有所改變，進(jìn)而引發(fā)故障風(fēng)險(xiǎn)。故障診斷人員在分析診斷參數(shù)時(shí)，需參照電氣控制系統(tǒng)中的實(shí)際參變量，并將參變量的異常變化作為重點(diǎn)分析內(nèi)容，基于參變量的異常信息展開(kāi)分析，從而發(fā)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)存在的故障，對(duì)其中異變的參數(shù)做出合理調(diào)整，確保電氣控制系統(tǒng)能夠維持在正常工作狀態(tài)。比如，故障診斷工作人員通過(guò)參數(shù)診斷電氣控制系統(tǒng)的過(guò)程中，如果機(jī)械手在換到速度方面的參數(shù)有異常，同時(shí)換刀氣缸的壓力也不同于正常值，且換刀節(jié)流閥開(kāi)口存在異常，那么就需對(duì)換刀啟動(dòng)回路的壓力及參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整，如此就可排除機(jī)械手換刀的故障。所以，經(jīng)分析可知，只有確保電氣控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的合理性，方可確保數(shù)控機(jī)床的平穩(wěn)運(yùn)行。且參數(shù)一旦設(shè)定，則系統(tǒng)的參變量便不能隨意更改，防止參變量數(shù)據(jù)有異常變化出現(xiàn)。

3.4 置換與轉(zhuǎn)移診斷

若數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么最有效的措施就是置換與轉(zhuǎn)移診斷系統(tǒng)，即故障是否確定，均不會(huì)影響到故障診斷的有效性。①轉(zhuǎn)移診斷方法：此法主要用于不清楚電氣控制系統(tǒng)故障或者未有備用元件的情況下。如果在故障發(fā)生后，置換的元件功能相同，數(shù)量為兩個(gè)，且經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)移情況出現(xiàn)，便可準(zhǔn)確判斷出系統(tǒng)故障所在位置。②置換診斷：此方式能夠?qū)﹄姎饪刂葡到y(tǒng)故障原因進(jìn)行明確，并在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)故障維修的情況下。其主要通過(guò)把發(fā)生故障的設(shè)備或元件置換，可讓數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的正常生產(chǎn)狀態(tài)不受影響，僅需單獨(dú)維修置換發(fā)生故障的設(shè)備即可。排除特殊情況，在數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可提前把各種元件、設(shè)備準(zhǔn)備好，待其發(fā)生故障時(shí)直接將故障設(shè)備置換。

3.5 儀器檢查診斷法

這一方法主要是為查出故障源，若可以把故障源定位到某個(gè)具體的元器件，那么就能夠?qū)⒐收闲再|(zhì)與原因知曉，進(jìn)而采取針對(duì)性維修，把維修成本有效降低。比如，在檢測(cè)電路板時(shí)，可將電路板特性參數(shù)輸入到電路板故障測(cè)試儀中，接著展開(kāi)測(cè)試，通過(guò)比較參數(shù)找到故障的源頭。

4 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的維護(hù)

4.1 遵守操作規(guī)程

不論是數(shù)控系統(tǒng)編程人員、維修人員，還是操作人員，均應(yīng)接受專業(yè)的培訓(xùn)，能夠熟練操作數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)、液壓、強(qiáng)調(diào)設(shè)備等，并可以根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)準(zhǔn)確使用系統(tǒng)與機(jī)床，從而將因誤操作而導(dǎo)致的數(shù)控機(jī)床故障有效減少。很多時(shí)候，系統(tǒng)故障都是因?yàn)榈谝淮问褂脭?shù)控機(jī)床或未熟練操作數(shù)控機(jī)床而引起的。因此就需根據(jù)相關(guān)制度展開(kāi)維護(hù)工作，同時(shí)還要經(jīng)常更換一些零件或進(jìn)行加油。

4.2 初始化系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，倘若數(shù)控機(jī)床機(jī)械突發(fā)故障，檢修人員需立即將機(jī)械暫停，初始化復(fù)位處理所有系統(tǒng)硬件，或者重新操作電源開(kāi)關(guān)，利用單一的功能關(guān)閉對(duì)故障發(fā)生部位進(jìn)行維護(hù)。但這樣做可能會(huì)清除系統(tǒng)已設(shè)定的參數(shù)，因此系統(tǒng)維護(hù)人員在維修系統(tǒng)之前，必須事先對(duì)系統(tǒng)中的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，保證結(jié)束維護(hù)工作后不會(huì)對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行造成影響，不用再設(shè)置參數(shù)，進(jìn)而有效提升生產(chǎn)效率。

4.3 參數(shù)調(diào)整工作

在調(diào)整參數(shù)時(shí)，必須保證系統(tǒng)中所有參數(shù)的處理狀態(tài)良好，在調(diào)整各類信息的過(guò)程中，可按照伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、被拖動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)得到相關(guān)參數(shù)的最佳匹配調(diào)節(jié)方案。這一方法比較簡(jiǎn)單，借助一臺(tái)多線記錄儀即可分析，然后再觀察整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，就系統(tǒng)運(yùn)行速度與質(zhì)量，構(gòu)建反饋工作機(jī)制，將電流反饋的各種管理參數(shù)掌握，之后借助調(diào)整此系統(tǒng)中的積分時(shí)間和速度調(diào)節(jié)器，同時(shí)將比例系數(shù)增大，如此便可以確保整個(gè)伺服系統(tǒng)處于最佳化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)狀態(tài)。且在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，也能夠預(yù)防有預(yù)先性問(wèn)題出現(xiàn)，在現(xiàn)場(chǎng)中沒(méi)有可以使用的記錄儀時(shí)，也可以借助操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)，有效調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，并反向調(diào)節(jié)處理該參數(shù)，最終消除系統(tǒng)運(yùn)行中存在的故障性問(wèn)題。

4.4 電源調(diào)整工作

在調(diào)整各類電源時(shí)，需要結(jié)合所有數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，目的在于讓電源波動(dòng)得以改善。就高頻干擾環(huán)境，可以借助電容濾波法，借助有效的預(yù)防措施最大化控制電源板帶來(lái)的電力沖擊，使故障發(fā)生概率顯著降低。針對(duì)電路控制系統(tǒng)而言，因其具有諸多故障，故在調(diào)整過(guò)程中應(yīng)采取不同的維修方法，受控技術(shù)應(yīng)滲透到各個(gè)工業(yè)部門，使其可以就數(shù)控機(jī)床的調(diào)度控制系統(tǒng)，建立健全監(jiān)管工作機(jī)制。除此之外，還應(yīng)就各類設(shè)置對(duì)專業(yè)的維修部門進(jìn)行設(shè)立，各部門人員需做到長(zhǎng)時(shí)間待命，以在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生警報(bào)或當(dāng)操作人員不能正確管理這一設(shè)備時(shí)，能夠及時(shí)處理工作。

4.5 定期檢查控制系統(tǒng)備件

通常來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)有很多零件構(gòu)成，如此，“單個(gè)零件問(wèn)題對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行造成影響”的問(wèn)題出現(xiàn)率便很高。對(duì)此，就要求系統(tǒng)維護(hù)人員選擇固定時(shí)間全面檢修系統(tǒng)的每一個(gè)運(yùn)行零部件，確保其有一個(gè)良好的使用狀態(tài)。同時(shí)，針對(duì)一些經(jīng)常發(fā)生故障的零部件，可以適當(dāng)?shù)囟嚅_(kāi)展檢修工作，及時(shí)對(duì)維護(hù)備件進(jìn)行更換。而在完成備件的更換后，還要切實(shí)做好相應(yīng)的初始化啟動(dòng)工作，保證數(shù)控機(jī)床可正常使用，還要對(duì)更換的部件的線路進(jìn)行維修，為之后的使用提供方便，有效控制零部件采購(gòu)成本。

4.6 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)電壓維護(hù)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就必須確保其電壓值與相關(guān)規(guī)定相符。就現(xiàn)階段的實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的額定電壓值均不超過(guò)15%，如果電壓在響應(yīng)范圍之上，那么勢(shì)必會(huì)破壞數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，增加運(yùn)行過(guò)程中問(wèn)題的出現(xiàn)幾率。所以在日常維護(hù)過(guò)程中，針對(duì)電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行電壓值，應(yīng)加大監(jiān)控力度，竭盡全力確保此裝置運(yùn)行電壓值符合相關(guān)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床是機(jī)械生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)設(shè)備，其使用壽命和性能直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益。所以一定要把數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)的日常保養(yǎng)、維護(hù)做到位，如此方可使之運(yùn)行狀態(tài)保持良好，將故障發(fā)生率最大程度地降低，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。只有在診斷數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的故障方面做進(jìn)一步加強(qiáng)，方可把故障找準(zhǔn)，并與預(yù)防性的維護(hù)相配合，確保數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的正常，以最少的設(shè)備實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，促進(jìn)核心競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)，讓企業(yè)朝著可持續(xù)的方向發(fā)展。

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