數控機床的維護保養與故障排除

宋俊偉

摘要：數控機床是高精度自動化裝備, 價格昂貴, 為了保證機床長期安全平穩運行, 發揮更大效益, 需要注重數控機床的維護保養方法和易出現的故障及排除方法。

關鍵詞：合理使用數控機床；維護保養；故障排除

引言

近年來，數控機床大量用于制造業中，成為企業生 產的關鍵設備，帶來很大的效益; 但是數控機床的先進 性、復雜性、智能化高的特點，也使數控機床維護保養 工作要求較高，出現的故障種類增多，診斷較為困難。

1 合理地使用數控機床

1.1 數控機床的工作場地選擇

避免陽光的直接照射和其它熱輻射、避免太潮濕或粉塵過多的場所,盡量在空調環境中使用,保持室 溫20℃左右。由于我國處于溫帶氣候、受季風影響、溫度差異大，對于精度高、價格貴的數控機床,應置于有空調的房間中使用；要避免有腐蝕氣體的場所。因腐蝕氣體易使電子元件變質,或造成接觸不良,或造成元件短路,影響機床的正常運行；要遠離振動大的 設備(如沖床、鍛壓設備等)。對于高精度的機床還應采用防振措施(如防振溝等)；要遠離強電磁干擾源,使機床工作穩定。

1.2 數控機床的電源

數控系統對電源要求較嚴,一般要求工作電壓為220V±10%。針對我國供電工況,對于有條件的企業,可為數控機床采取專線供電或增設穩壓裝置,以減少供電 品質差的影響，為數控系統的正常運行提供有力保證。

1.3 數控機床配置合適的自動編程系統

手工編程對于外形不太復雜或編程量不大的零件程序，簡單易行。當工件比較復雜時(如凸輪或多維空間曲面等),手工編程周期長(數天或數周)、精度差、易出錯。因此,快速、準確地編制程序就成為提高數控機 床使用率的重要環節; 為此，有條件的用戶最好配置必要的自動編程系統,提高編程效率。

1.4 數控機床配置必要的附件和刀具

為了充分發揮數控機床的加工能力，必須配備必要的附件和刀具。切忌花了幾十萬元錢買來一臺數控機床,因缺少一個幾十元或幾百元的附件或刀具而影響整機的正常運行。由于單獨簽訂合同購買附件的單價大大 高于隨同主機一起供貨的附件單價，因此，有條件的企 業盡量在購買主機時一并購置易損部件及其它附件。

1.5 加工前的準備

加工前要審查工件的數控加工工藝性，應重視生產技術準備工作(包括工件數控加工工藝分析、加工程序編制、工裝與刀具配置、原材料準備及試切加工等)以縮短生產準備時間,充分提高數控機床的使用效率。

合理安排適合在數控機床加工的各種工件，安排好數 控機床加工運轉所需的節拍。

1.6 為維修保養做好準備

建立一支高水平的維修隊伍，保存好設備的完整

2 數控機床的常見故障

2.1 故障發生的階段

故障是指設備或系統因自身原因而喪失規定功能 的現象。發生故障具有相同的規律，一般分為三個區域:

初期運行區，故障率較高，故障曲線呈上升趨勢，此 區故障多數屬于設計制造和裝配缺陷造成的；正常運行區，此時故障曲線趨近水平，故障率低，此區故障一般是由操作和維護不良造成的偶發事故；衰老區，此 區故障率大，故障曲線上升快，主要原因是運行過久、機件老化和磨損過度造成的。

2.2 故障的分類

按結構分為機械和電氣兩類; 按故障源分為機械 故障和控制故障兩類; 就其數控系統而言分為硬件故 障、軟件故障、干擾故障三類。要判斷是機械方面故障還是控制系統故障，其分析方法是: 先檢查控制系統，看程序能否正常運行，顯示和其它功能鍵是否正常，有 無報警現象等; 再檢查電機和檢測元件，是否能正常運 轉，有無間歇或抖動現象，有無定位不準等問題。如果 沒有上述問題，則可初步判斷故障原因在機械方面，著 重檢查傳動環節。檢查傳動環節時應使電機斷電，用手 動并配合打表檢查機器。

3 數控系統的常見故障分析

位置環。這使數控系統發出控制指令，并與位置檢測系統的反饋值相比較，進一步完成控制任務的關鍵環節; 它有很高的工作頻度，并與外設相聯接，容易發生故障。常見的故障有: 1) 位控環報警: 可能是測 量回路開路，測量系統損壞，位控單元內部損壞。2) 不發指令就運動，可能是漂移過高，正反饋，位控單元故障，測量元件損壞。3) 測量元件故障，一般表現為無反 饋值; 機床回不了基準點; 高速時漏脈沖產生報警，可能的原因是光柵或讀頭臟了; 光柵壞了。

伺服驅動系統。它與電源電網、機械系統等相關聯，工作中一直處于頻繁的啟動和運行狀態，也是故障多發部位。其主要故障有：系統損壞。一般由網絡電壓波動太大或電壓沖擊造成。地區電網質量不好，會給機床帶來電壓超限，尤其是瞬間超限，若無專門的電壓 監控儀，則很難測到。在查找故障原因時，要加以注意，還有一些是由于特殊原因造成的損壞；加工時工件表 面達不到要求，走圓弧插補軸換向時出現凸臺，電機低速爬行或振動，這類故障一般是由于伺服系統調整不當，各軸增益系統不相等或與電機匹配不合適引起，解決辦法是進行最佳化調節；保險燒斷，或電機過熱，以至燒壞，這類故障一般是機械負載過大或卡死。

電源部分。電源失效或故障的直接結果是造成 系統的停機或毀壞整個系統。一般在歐美國家，這類問題較少，在設計方面的因素考慮的不多; 但在中國由于電源波動較大、質量差，還隱藏有高頻脈沖類的干擾，加上人為的因素( 如突然拉閘斷電等)，這些原因可造成電源故障失控或損壞。再者，數控系統部分運行數據、設定數據以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器 內，系統斷電后依靠電源的后備蓄電池或鋰電池保持。

因而，停機時間比較長，拔插電源或存貯器都可能造成 數據丟失，使系統不能運行。

可編程序控制器邏輯接口。數控系統的邏輯控 制(如刀庫管理，液壓啟動等)，主要由PLC實現，必須采集各控制點的狀態信息(如斷電器，伺服閥，指示燈等)，它與外界繁多的各種信號源和執行元件相連接，變化頻繁，發生故障的可能性較多，故障類型較多。

其它。由于環境條件，例如干擾，溫度，濕度超 過允許范圍，操作不當，參數設定不當，都可能造成停機或故障。不按操作規程拔插線路板，或無靜電防護措施等，也可能造成停機故障甚至毀壞系統。

4 常見故障的排除方法

初始化復位法。一般情況下，由于瞬時故障引 起的系統報警，可用硬件復位或開關系統電源依次清除故障；若系統工作存貯區由于掉電、拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統進行初始化清除，清除 前應注意作好數據拷貝記錄; 若初始化后故障仍無排除，則需進行硬件診斷。

參數更改、程序更正法。系統參數是系統功能 的依據，參數設定有誤可能造成系統的故障或某功能無效。有時由于用戶程序錯誤亦可造成故障停機，對此可以采用系統的塊搜索功能進行檢查，改正所有錯誤，確保正常運行。

調節、最佳化調整法。調節簡單易行的辦法，可 通過對電位計的調節，修正系統故障。通過調節速度調節器的比例系數和積分時間，可使伺服系統達到既有 較高的動態響應特性，又不發生振蕩的最佳工作狀態。在現場沒有示波器或記錄儀的情況下，根據經驗，先正 向調節使電機起振，然后向反向慢慢調節，直到消除震 蕩即可。

備件替換法。采用好的備件替換診斷出的壞線路板，并做相應的初始化啟動，使機床迅速投入正常運轉，然后將壞板修理或返修，這是目前最常用的排故辦法。

改善電源質量法。目前一般采用穩壓電源，以 改善電源波動。對于高頻干擾可用電容濾波法，通過這些預防性措施可減少電源板的故障。

維修信息跟蹤法。一些大的制造公司根據實際 工作中屬于設計缺陷造成的偶然故障，可以不斷修改 和完善系統軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式不斷提供給維修人員，以此做為故障排除的依據，有利 于正確徹底地排除故障。