數控機床故障診斷及維修方法
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數控機床故障診斷及維修方法【1】
摘 要： 數控機床是一種典型的機電一體化設備，綜合計算機技術(shù)、機床設計及制造技術(shù)、精密測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)于一體，故其障發(fā)生的原因非常復雜。
為縮短維修時(shí)間，降低企業(yè)損失，要求維修人員能夠迅速、準確的判斷出故障原因、并進(jìn)行及時(shí)、有效的處理，迅速恢復機床的正常功能。
關(guān)鍵詞： 數控機床;故障診斷;故障維修
動(dòng)化的機床;是信息技術(shù)與機械制造技術(shù)相結合的產(chǎn)物，代表了現代基礎機械的技術(shù)水平與發(fā)展趨勢;是制造業(yè)實(shí)現生產(chǎn)現代化的重要手段，它的廣泛普及對于產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，乃至對社會(huì )生產(chǎn)力的提高都起著(zhù)巨大的推動(dòng)作用[1]。
一旦數控機床發(fā)生故障、停機必將給企業(yè)和社會(huì )帶來(lái)巨大的損失。
為了將損失降到最低，要求數控機床維修人員在故障發(fā)生后要沉著(zhù)冷靜，對故障現場(chǎng)進(jìn)行全面分析，判斷故障發(fā)生部位，采取相應方法及時(shí)排除故障。
現將故障診斷及維修的通用流程總結如下。
1 數控機床故障診斷、維修應遵循的原則
1.1 先方案后操作
故障發(fā)生后，維修人員應先向機床操作者了解故障發(fā)生的整個(gè)過(guò)程，查閱機床的技術(shù)說(shuō)明和相關(guān)技術(shù)圖樣，考慮好故障的解決方案后再動(dòng)手維修。
1.2 先檢查后通電
確定好解決方案后，不要忙于通電，要先對機床進(jìn)行觀(guān)察、測試和分析，以確定故障的性質(zhì)是惡性的破壞性故障還是非惡性破壞性故障。
如果確認是惡性的破壞性故障，必須先將危險排除;如果是確認是非惡性破壞性故障，方可給機床通電，然后對運轉的機床做進(jìn)一步的動(dòng)態(tài)觀(guān)察、檢驗和測試，以查找故障的發(fā)生部位。
1.3 先軟件后硬件
數控系統的軟件工作不正常同樣可以導致數控機床發(fā)生故障。
比如，軟件參數丟失，軟件的使用方式、操作方法不正確等。
因此，機床通電后，應先確認軟件是否正常工作，以免產(chǎn)生更大的故障。
1.4 先外部后內部
數控機床發(fā)生故障后，維修人員應先檢查機械部件是否發(fā)生故障，如行程開(kāi)關(guān)，按鈕開(kāi)關(guān)工作是否正常。
確認機械部件沒(méi)有問(wèn)題后，再檢查液壓器件是否發(fā)生異常，如液壓元器件的連接是否松動(dòng)。
最后，檢查電氣接觸部件是否松動(dòng)，如印制電路板插頭座、電控柜的插座等，往往這些部位由于機械振動(dòng)、油污、粉塵、溫濕度的變化造成信號接觸不良，導致信號傳遞失真，造成數控機床發(fā)生故障[2]。
1.5 先機械后電氣
數控機床是由機、液、電組成、高度自動(dòng)化、復雜的先進(jìn)機械加工設備。
對數控機床的診斷應該按一定的順序進(jìn)行，根據經(jīng)驗表明，大部分故障均是由機械系統動(dòng)作失靈造成的，如行程開(kāi)關(guān)不能正常工作，此外，機械故障容易察覺(jué)，電氣故障較難診斷。
因此，在維修時(shí)應先逐一檢查機械性的故障，往往能夠達到事半功倍的功效。
1.6 先公用后專(zhuān)用
公用性的故障影響面大，是主要矛盾，專(zhuān)用性故障只影響局部，是次要矛盾。
例如：數控機床的所有坐標軸都不能做進(jìn)給運動(dòng)、電網(wǎng)或主電源發(fā)生故障，這些都是公用性的問(wèn)題，只有公共故障得以排除，專(zhuān)用性的故障才可能得到解決。
1.7 先簡(jiǎn)單后復雜
數控機床可能同時(shí)發(fā)生多種故障，故障的復雜程度不盡相同，小故障比較容易維修，難度大的故障維修起來(lái)比較困難，維修人員應先維修小的容易解決的故障，在維修的過(guò)程中可能受到啟發(fā)，對復雜故障有了清晰認識，或者復雜的故障變成了小故障，利于復雜故障的解決。
1.8 先一般后特殊
導致數控機床發(fā)生某一故障的原因可能多種多樣，在維修時(shí)要優(yōu)先考慮導致故障的常見(jiàn)可能因素，最后在分析特殊不常見(jiàn)的因素。
2 故障診斷維修的一般流程
2.1 充分調查故障現場(chǎng)
如同醫生看病一樣，數控機床的故障診斷首先也要問(wèn)診。
向數控機床操作者充分了解以下幾個(gè)內容：
1)機床在什么情況下出現的故障。
2)故障產(chǎn)生時(shí)有什么外觀(guān)現象。
3)故障產(chǎn)生后操作者采取了哪些措施。
2.2 建立故障樹(shù)
首先分析數控機床的故障，再將導致故障產(chǎn)生的諸多因素，如主機、人為、CNC、環(huán)境、元器件因素等，用適當的符號表示，用邏輯符號將它們與故障連接起來(lái)。
然后，逐級展開(kāi)故障發(fā)生的原因，把故障產(chǎn)生的原因分析出來(lái)，構成一顆故障樹(shù)。
當機床故障產(chǎn)生后，通過(guò)主干、支干逐級分析法來(lái)尋找故障產(chǎn)生的原因。
2.3 排列可能引起故障的諸多因素
故障樹(shù)建立起來(lái)后，為找出產(chǎn)生故障的原因提供了一個(gè)可尋范圍，在這個(gè)前提下就可排列出產(chǎn)生故障的諸多因素。
數控機床產(chǎn)生同一故障現象的原因可能是多種多樣的：有CNC系統的原因、有機械的原因、機床電氣系統的原因等。
因此，在分析故障時(shí)要把有關(guān)的因素都羅列出來(lái)，然后采用排查法找出造成故障的真正原因。
2.4 確定故障產(chǎn)生的原因
利用機床的技術(shù)檔案，現場(chǎng)經(jīng)驗和判斷能力，機、電、液綜合知識以及必要的測試手段和儀器、儀表，確定最有可能的因素，然后通過(guò)實(shí)驗，逐一排查，最終找出產(chǎn)生故障的真正原因。
3 故障診斷維修的常用方法
3.1 直觀(guān)法
直觀(guān)法是指維修人員依靠人得感覺(jué)器官，按照故障現場(chǎng)產(chǎn)生的光、聲、味等異�，F象，仔細檢查系統的所有部位，看看能否找到損傷和燒毀痕跡，將故障縮小到最小范圍。
3.2 自診斷功能法
數控機床一般都具有自診斷系統，它是故障診斷最常用、最有效的方法之一[3]。
數控機床發(fā)生故障后，機床顯示器上會(huì )顯示報警信息、數控系統與各模塊之間的接口狀態(tài)，根據這些信息有利于找出故障的大致位置。
3.3 參數檢查法
在數控系統中有許多參數地址，其中存入的參數值是機床出廠(chǎng)時(shí)通過(guò)調整確定的，它們直接影響著(zhù)數控機床的性能。
通常這些參數不允許修改。
如果參數設置不正確或因干擾使得參數丟失，機床就不能正常運行。
因此參數檢查是一項重要的診斷。
3.4 PLC檢查法
1)利用PLC的狀態(tài)信息診斷故障。
2)利用PLC梯形圖跟蹤法診斷故障。
3.5 功能程序測試法
數控機床的一些思索【2】
摘要：數控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品，數控機床控制技術(shù)是集計算機及軟件技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)檢測技術(shù)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)和精密機械等技術(shù)為一體的多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)。
在技能要求日益提高的今天，對數控機床的熟悉與了解已成為該行業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員必不可少的一環(huán)。
數控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品，數控機床控制技術(shù)是集計算機及軟件技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)檢測技術(shù)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)和精密機械等技術(shù)為一體的多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)。
在技能要求日益提高的今天，對數控機床的熟悉與了解已成為該行業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員必不可少的一環(huán)。
筆者結合自身的經(jīng)驗談?wù)剶悼貦C床的優(yōu)、缺點(diǎn)，及其種類(lèi)以及數控技術(shù)的發(fā)展及其未來(lái)的發(fā)展趨勢，供大家參考：
一、數控機床的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
(一)、數控機床的優(yōu)點(diǎn)
對零件的適應性強，可加工復雜形狀的零件表面。
在同一臺數控機床上，只需更換加工程序，就可適應不同品種及尺寸工件的自動(dòng)加工，這就為復雜結構的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利，特別是對那些普通機床很難加工或無(wú)法加工的精密復雜表面(如螺旋表面)，數控機床也能實(shí)現自動(dòng)加工。
加工精度高，加工質(zhì)量穩定。
目前，數控機床控制的刀具和工作臺最小移動(dòng)量(脈沖當量)普遍達到0.0001mm，而且數控系統可自動(dòng)補償進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數控機床達到很高的加工精度。
此外，數控機床的制造精度高，其自動(dòng)加工方式避免了生產(chǎn)者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量穩定。
生產(chǎn)效率高。
由于數控機床結構剛性好，允許進(jìn)行大切削用量的強力切削，從主軸轉速和進(jìn)給量的變化范圍比普通機床大，因此在加工時(shí)可選用最佳切削用量，提高了數控機床的切削效率，節省了機動(dòng)時(shí)間。
與普通機床相比，數控機床的生產(chǎn)效率可提高2—3倍。
良好的經(jīng)濟效益。
使用數控機床進(jìn)行單件、小批量生產(chǎn)時(shí)，可節省劃線(xiàn)工時(shí)，減少調整、加工和檢驗時(shí)間，節省直接生產(chǎn)費用;同時(shí)還能節省工裝設計、制造費用;數控機床加工精度高，質(zhì)量穩定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。
此外，數控機床還可實(shí)現一機多用，所以數控機床雖然價(jià)格較高，仍可獲得良好的經(jīng)濟效益。
自動(dòng)化程度高。
數控機床自動(dòng)化程度高，可大大減輕工人的勞動(dòng)強度，減少操作人員的
人數，同時(shí)有利于現代化管理，可向更高級的制造系統發(fā)展。
(二)數控機床的缺點(diǎn)
數控機床的主要缺點(diǎn)價(jià)格較高，設備首次投資大;對操作、維修人員的技術(shù)要求較高;加工復雜形狀的零件時(shí)。
手工編程的工作量大。
二、數控機床的種類(lèi)
數控機床的種類(lèi)很多，主要分類(lèi)按工藝用途分類(lèi)。
按工藝用途，數控機床可分類(lèi)如下。
普通數控機床：這種分類(lèi)方式與普通機床分類(lèi)方法一樣，銑床、數控錨床、數控鉆床、數控磨床、數控齒輪加工機床等。
加工中心機床：數控加工中心是在普通數控機床上加裝一個(gè)刀庫和自動(dòng)換刀裝置而構成的數控機床，它可在一次裝夾后進(jìn)行多種工序加工。
按運動(dòng)方式分類(lèi)。
按運動(dòng)方式，數控機床可分類(lèi)點(diǎn)位控制數控機床。
數控系統只控制刀具從要有數控鉆床、數控坐標錘床、數控沖剪床等。
直線(xiàn)控制數控機床：數控系統除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準確位置以外，還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條直線(xiàn)，而且對移動(dòng)的速度也要進(jìn)行控制。
這類(lèi)機床主要有簡(jiǎn)易數控車(chē)床、數控銷(xiāo)、銑床等。
輪廓控制數控機床：數控系統能對兩個(gè)或兩個(gè)以上運動(dòng)坐標的位移及速度進(jìn)行連續相關(guān)的控制，使合成的運動(dòng)軌跡能滿(mǎn)足加工的要求。
這類(lèi)機床主要有數控車(chē)床、數控銑床等。
按伺服系統的控制方式分類(lèi)。
按伺服系統的控制方式，數控機床可分類(lèi)如下。
開(kāi)環(huán)控制系統的數控機床。
閉環(huán)控制系統的數控機床。
半閉環(huán)控制系統的數控機床。
按數控系統的功能水平分類(lèi)。
技功能水平分類(lèi)，數控系統可分類(lèi)如下。
經(jīng)濟性數控機床。
經(jīng)濟性數控機床大多指采用開(kāi)環(huán)控制系統的數控機床價(jià)格便宜，適用于自動(dòng)化程度要求不高的場(chǎng)合。
中檔數控機床。
這類(lèi)數控機床功能較全，價(jià)格適中，應用較廣。
高檔數控機床。
這類(lèi)數控機床功能齊全，價(jià)格較貴。
三、數控機床控制技術(shù)的發(fā)展
機械設備最早的控制裝置是手動(dòng)控制器。
目前，繼電器—接觸器控制仍然是我國機械設備最基本的電氣控制形式之一。
到了20世紀奶年代至50年代，出現了交磁放大機—電動(dòng)機控制，這是一種閉環(huán)反饋系統，系統的控制精度和快速性都有了提高。
20世紀60年代出現了晶體管——晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調速系統和交流調速系統不僅調運性能大為改善，而且減少了機械設備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機—電動(dòng)機控制系統。
在20世紀的60年代出現丁一種能夠根據需要方便地改變控制程序，結構簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的自動(dòng)化裝置—順序控制器。
隨著(zhù)大規模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展及應用，在20世紀70年代出現了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器——可編程序控制器。
這種器
件完全能夠適應惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它具備了計算機控制和繼電器控制系統兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前已作為一種標準化通用設備普通應用于工業(yè)控制。
隨著(zhù)計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，數控機床的應用日益廣泛，井進(jìn)一步推動(dòng)了數控系統的發(fā)展，產(chǎn)生了自動(dòng)編程系統、計算機數控系統、計算機群控系統和天性制造系統。
計算機集成制造系統及計算機輔助設計、制造一體化是機械制造一體化的高級階段，可實(shí)現產(chǎn)品從設計到制造的全部自動(dòng)化。
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