數(shù)控機床的電氣維修與故障的排除

[關(guān)鍵詞]　數(shù)控機床;電氣維修;故障　

　隨著電子技術(shù)和自動化技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。以微處理器為基礎(chǔ),以大規(guī)模集成電路為標志的數(shù)控設(shè)備,給機械制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件,并帶來了很大的效益。但同時,由于它們的先進性、復(fù)雜性和智能化高的特點,在故障診斷、維修理論、技術(shù)和手段上都發(fā)生了飛躍的變化。本文針對數(shù)控機床的電氣維修與故障的排除進行簡要的探討。　

　1　常見電氣故障分類數(shù)控機床的電氣故障可按故障的表象、性質(zhì)、原因或后果等分類。

1. 1　以故障發(fā)生的部位,可分為硬件故障和軟件故障。硬件故障是指電子元器件、電線電纜、印制電路板、接插件等的不正常狀態(tài)甚至損壞,這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟件故障一般是指PLC程序中產(chǎn)生的故障,需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)甚至修改PLC程序才可排除的故障。

1. 2　以故障出現(xiàn)時有無報警,分為有診斷報警故障和無診斷報警故障。當今的數(shù)控系統(tǒng)都設(shè)計有自診斷程序,結(jié)合故障指示燈,實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的軟、硬件性能,一旦發(fā)現(xiàn)故障則會立即報警或者有文字說明在屏幕上顯示出來,結(jié)合系統(tǒng)配備的診斷手冊不僅可以找到故障發(fā)生的原因、部位,而且還有排除的方法提示。機床廠家也會針對具體機床設(shè)計有相關(guān)的故障報警及診斷說明書。這兩部分有診斷報警的故障加上各電氣裝置上的各類報警指示燈使得絕大多數(shù)電氣故障的排除較為容易。無診斷指示的故障,這類故障的排除比較困難。則要依靠對產(chǎn)生故障前的工作過程和故障現(xiàn)象及后果,并依靠維修人員對機床的熟悉程度和技術(shù)水平加以分析、排除。以故障出現(xiàn)的或然性,分為系統(tǒng)性故障和隨機性故障;以故障有無破壞性,分為破壞性故障和非破壞性故障等多種分類方式。但不管怎么樣,任一種故障的產(chǎn)生往往是多種類型的混合,這就要求維修人員進行具體問題具體分析,采取相應(yīng)的分析、排除法,最終解決故障。

2　故障的檢查與分析這是排除故障的第一步,是關(guān)鍵的一部份。

2. 1　故障處理前的工作

2. 1. 1　詢問調(diào)查在接到機床現(xiàn)場出現(xiàn)故障要求排除的信息時,首先應(yīng)要求操作者盡量保持現(xiàn)場故障狀態(tài),不做任何處理,這樣有利于迅速精確地分析故障原因。同時仔細詢問故障指示情況及故障產(chǎn)生的背景情況,依此做出初步判斷。

2. 1. 2　現(xiàn)場檢查到達現(xiàn)場后,首先要驗證操作者提供的各種情況的準確性、完整性,從而核實初步判斷的準確度。不要急于動手處理,仔細調(diào)查各種情況,以免破壞了現(xiàn)場,使排除故障增加難度。

2. 1. 3　故障分析根據(jù)已知的故障狀況分析故障類型,從而確定排除故障原則。由于大多數(shù)故障是有指示的,所以一般情況下,對照機床配套的診斷手冊和使用說明書,可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。

2. 1. 4　確定原因?qū)Χ喾N可能的原因中找出本次故障的真正原因,當然可能需要多次測試,這是對維修人員對該機床熟悉程度、知識水平、實踐經(jīng)驗和分析判斷能力的綜合考驗。

2. 2　電氣故障的常用診斷方法數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障的調(diào)查、分析與診斷的過程也就是故障的排除過程,在排除故障期間,應(yīng)充分利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能來進行判斷,同時還要靈活運用電氣故障的常用診斷方法。

2. 2. 1　直觀法這是分析故障最初采用的方法,就是利用感官的檢查。它主要是利用人的感官對故障發(fā)生時的各種光、聲、味等異�，F(xiàn)象的觀察以及察看系統(tǒng)的每一處,遵循“先外后內(nèi)”的原則,診斷故障采用望、聞、問、摸等方法,由外向內(nèi)逐一檢查,往往可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊印刷線路板。這要求維修人員具有豐富的實際經(jīng)驗,要有多學(xué)科的較寬的知識和綜合判斷的能力。

2. 2. 2　接口狀態(tài)檢查法現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)多將PLC集成于其中,而CNC與PLC之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號錯誤或丟失相關(guān)的,這些接口信號有的可以在相應(yīng)的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示,有的可以通過簡單操作在CRT屏幕上顯示,而所有的接口信號都可以用PLC編程器或者相應(yīng)的PC調(diào)出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機床的接口信號,又要熟悉PLC編程器的應(yīng)用。

2. 2. 3　參數(shù)調(diào)整法眾所周知,數(shù)控參數(shù)能直接影響數(shù)控機床的性能。數(shù)控系統(tǒng)、PLC及伺服驅(qū)動系統(tǒng)都設(shè)置許多可修改的參數(shù)以適應(yīng)不同機床、不同工作狀態(tài)的要求。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機床相匹配,而且更是使機床各項功能達到最佳化所必需的。因此,任何參數(shù)的變化甚至丟失都是不允許的;而隨機床的長期運行所引起的機械或電氣性能的變化會打破最初的匹配狀態(tài)和最佳化狀態(tài)。此類故障多需要重新調(diào)整相關(guān)的一個或多個參數(shù)方可排除。這種方法對維修人員的要求是很高的,不僅要對具體系統(tǒng)主要參數(shù)十分了解,既知曉其地址熟悉其作用,而且要有較豐富的電氣調(diào)試經(jīng)驗。

2. 2. 4　交換法交換法是一種簡單易行的方法。當發(fā)現(xiàn)故障板或者不能確定是否故障板而又沒有備件的情況下,可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個板互換檢查。在交換前一定要注意所要模板是否完好,而且狀態(tài)是否一致,故不僅硬件接線要正確交換,還要將一系列相應(yīng)的參數(shù)交換,否則不僅達不到目的,反而會產(chǎn)生新的故障造成思維的混亂,一定要事先考慮周全,設(shè)計好軟、硬件交換方案,準確無誤再行交換檢查�！　�

3　電氣維修與故障的排除這是排除故障的第二步,是實施階段。電氣故障的分析過程也就是故障的排除過程,此列舉幾個常見電氣故障做一簡要介紹,供大家參考。

3. 1　數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)故障

3. 1. 1　位置環(huán)報警�？赡苁俏恢脺y量回路開路;測量元件損壞;位置控制建立的接口信號不存在等。

3. 1. 2　坐標軸在沒有指令的情況下產(chǎn)生運動�？赡苁瞧�移過大;位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋;反饋接線開路;測量元件損壞。

3. 2　機床坐標找不到參考點主要是回參考點減速開關(guān)產(chǎn)生的信號或者零標志信號失效。診斷時,先搞清方式,再對照故障現(xiàn)象,從外到內(nèi)和信號追蹤法查找故障部位。外可能是零方向在遠離零點,檢查機床外部的擋塊和開關(guān),主要是參考點開關(guān)擋塊的位置設(shè)置不當引起,需重新調(diào)整,可通過查PLC或接口狀態(tài)。內(nèi)為零標志失效,是否是編碼器損壞或接線開路,光柵零點標記移位使回零減速開關(guān)失靈,通過示波器檢查信號即可。

3. 3　偶然性停機故障。這里有兩種可能的情況:一種情況是由環(huán)境條件引起的,如強力干擾(電網(wǎng)或周邊設(shè)備)、濕度過大、溫度過高等。這種環(huán)境因素往往被人們所忽視,如很多機械廠將機床置于普通廠房甚至靠近敞開的大門附近,電控柜長時間開門運行,附近有大量產(chǎn)生粉塵、鐵屑或水霧的設(shè)備等等;另一種情況是如前所述的相關(guān)軟件設(shè)計中的問題造成在某些特定的操作與功能運行組合下的停機故障,一般情況下機床斷電后重新通電便會消失。這些因素不僅會造成故障,嚴重的還會損壞系統(tǒng)與機床,務(wù)必注意改善�！�

4　故障舉例分析一臺處于正常使用期的FANUC-3MA系統(tǒng)的XK5040數(shù)控銑床,在運行過程中, Z軸產(chǎn)生31號報警。

4. 1　維修前準備查看維修手冊,#31報警內(nèi)容:誤差寄存器的內(nèi)容大于規(guī)定值。故障特征為: Z軸跟隨誤差軟件報警。分析現(xiàn)象:跟隨誤差涉及的是位置環(huán)問題,又因為是驅(qū)動Z軸時出現(xiàn)的報警,故可預(yù)估:故障大定位在Z軸位置環(huán)。分析閉環(huán)工作原理:位置環(huán)系統(tǒng),是由控制單元與驅(qū)動單元為主鏈、位置檢測反饋回路為副鏈的閉環(huán)。

4. 2　羅列故障成因?qū)е聢缶瘲l件成立有以下三種可能,現(xiàn)采用排他法來選出最有可能的成因。

4. 2. 1　工作/控制指令值過大或過小�？赡苁荂NC裝置或控制器損壞或受干擾,但是可能性很小。可以排除。

4. 2. 2　允差值過小�？赡艹梢蛴�:a.參數(shù)設(shè)置錯誤。這不可能,因為機床并非處于調(diào)試階段。b.參數(shù)被修改了�？赡苁峭饨绺蓴_或存儲器失電。若干擾導(dǎo)致參數(shù)混亂的結(jié)果,那么被修改的參數(shù)就不止一個。故首先查參數(shù)。

4. 2. 3　實測值過小或過大,而工作指令正常�？赡艹梢蛴�:a.反饋信號線接反而成了“正反饋”,根隨誤差過大。不可能,因為并非維修或調(diào)試后的機床。b.反饋信號的增加或丟失。因為信號線及監(jiān)測系統(tǒng)的屏蔽與接地不良、周圍有感性負載的干擾、傳感器松動與擺動安裝不良等原因。故應(yīng)檢查位置檢測裝置系統(tǒng)的屏蔽與接地,并調(diào)查環(huán)境。c.反饋信號的滯后,在規(guī)定的監(jiān)測時間內(nèi)信號未到達而使實測值為0。用久的機床上易發(fā)生:位置傳感器的污染、信號線的損壞以及接觸不良、位置偏移或損壞等。故應(yīng)檢查位置檢測裝置系統(tǒng)及其接線系統(tǒng)。d.沒有反饋信號。a)傳感器未安裝或連接、傳感器損壞而不工作。故應(yīng)檢查位置檢測裝置中傳感器系統(tǒng)。b)伺服單元故障不工作/伺服軸不動作。分析判斷得出:最可能故障類型:硬件故障。最可能的故障成因出于位置檢測裝置系統(tǒng)(故障大定位),也不能排除環(huán)境干擾因素。

4. 3確定診斷步驟

4. 3. 1　現(xiàn)場工作步驟:環(huán)境調(diào)查→接口信號法檢查位置環(huán)參數(shù)→信號追蹤法檢查位檢系統(tǒng),進行故障定位。查找相關(guān)參數(shù)的正常狀態(tài)值。查維修手冊中有關(guān)X、Y與Z三軸的位置環(huán)診斷參數(shù)號(地址)及診斷的對象與內(nèi)容:三軸分別對應(yīng)于800、801與802號狀態(tài)參數(shù),正常工作狀態(tài)下它們應(yīng)該在-1與+1間變化�，F(xiàn)場工作環(huán)境、電網(wǎng)與外觀調(diào)查:周圍無干擾源、沒有電網(wǎng)波動,環(huán)境與機床外貌無異常。

4. 3. 2　檢查相關(guān)參數(shù)的實時狀態(tài)值:啟動系統(tǒng)后,分別調(diào)出參數(shù)設(shè)置畫面與診斷畫面中相關(guān)參數(shù)的實時狀態(tài)畫面。參數(shù)設(shè)置畫面上:參數(shù)并沒有發(fā)生混亂,表明無干擾與掉電。以手扳動各個伺服軸,在診斷畫面上觀察實時參數(shù)的狀態(tài)變化。發(fā)現(xiàn):參數(shù)800與801的值可以隨機床動作而在正常區(qū)間變化,而802保持為0不變。參數(shù)狀態(tài)對比:正常/標準/理論狀態(tài)值與實時狀態(tài)值進行對比,僅802參數(shù)不隨動作進行實時變化。故障大定位: Z軸位置環(huán)內(nèi)。由先外后內(nèi)、先查輸入后查輸出、先一般后特殊的原則,采用信號追蹤法檢查。4. 3. 3　觀察檢查先從接線與傳感器開始。經(jīng)查:機床的Z軸反饋信號線良好。以手扳動Z軸電機軸,仔細聽得有異常聲音。懷疑位置編碼器松動。

4. 4　故障排除

4. 4. 1　故障點檢查:打開Z軸電機,發(fā)現(xiàn)編碼器與電機間的十字連接塊脫落。

4. 4. 2　故障成因:編碼器上的固定螺絲折斷導(dǎo)致Z軸編碼器處于未與電機連接,故不工作而無反饋信號發(fā)出。重新完好連接編碼器,排除故障。　

　5　維修排除故障后的總結(jié)故障排除以后,維修工作還不能算完成,尚需從技術(shù)與管理兩方面分析故障產(chǎn)生的深層次原因,采取適當措施避免故障再次發(fā)生。必要時可根據(jù)現(xiàn)場條件使用成熟技術(shù)對設(shè)備進行改造與改進。最后,對此次維修的故障現(xiàn)象、原因分析、解決過程、更換元件、遺留問題等要做好記錄。如果有改造,還應(yīng)在設(shè)備資料中配置符合國家有關(guān)標準的完整準確的補充圖紙和相關(guān)資料。同時從排除故障過程中發(fā)現(xiàn)自己欠缺的知識,制定學(xué)習(xí)計劃,最終充實自己�！　�

6　結(jié)論

數(shù)控機床是機械、液壓、電氣一體化的設(shè)備,其故障的發(fā)生必然機械、液壓、電氣這三部份綜合反映出來。但在數(shù)控機床的故障中,電氣故障比例是比較高的,只有正確的使用并加強維護保養(yǎng),對出現(xiàn)的問題進行深入的分析,同時進行不斷的總結(jié)學(xué)習(xí),才能提高維修者的理論水平和維修能力,才能迅速解決設(shè)備故障,才能降低故障率,保證設(shè)備的正常運行。

[參考文獻]

[1]王貴成.數(shù)控機床故障診斷技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005(第1版).

[2]潘海麗.數(shù)控機床故障分析與維修[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 2006(第1版).

[3]王侃夫.數(shù)控機床故障診斷及維護[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2002(第1版).