淺談數(shù)控機(jī)床電氣故障的排除方法

摘要:本文結(jié)合工作實(shí)例，介紹了一些診斷及維修數(shù)控機(jī)床電氣故障的常用方法。實(shí)踐證明只有在維修過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能快速排除故障。

關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床;電氣故障;方法;排除

隨著數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展和提高，以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并顯示出巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，它已成為機(jī)械制造行業(yè)的主要力量。現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床的管理、故障診斷、檢測(cè)、維護(hù)與修理已經(jīng)形成了一門專門的科學(xué)，并且已普遍引起了很多工業(yè)企業(yè)的重視。但由于數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品，它的維護(hù)內(nèi)容比傳統(tǒng)機(jī)床要多，它從內(nèi)容上涉及機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、光學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)等許多專業(yè);尤其在故障診斷、狀態(tài)檢測(cè)等方面涉及數(shù)字測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床所產(chǎn)生的故障涉及的因素較多，要從方方面面去考慮進(jìn)行故障處理，情況比較復(fù)雜，因而給維修工作帶來(lái)一定的難度。而數(shù)控機(jī)床是一種價(jià)格昂貴的精密設(shè)備，一般都是企業(yè)中關(guān)鍵產(chǎn)品、關(guān)鍵工序的關(guān)鍵設(shè)備，一旦故障停機(jī)，其影響和損失往往很大。所以，為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效益，數(shù)控機(jī)床故障的檢查、分析、診斷和排除尤為重要。數(shù)控機(jī)床日常出現(xiàn)的故障多為電氣故障，下面介紹電氣故障判別和維修的一般方法。

一、初始化復(fù)位法

一般情況下，由于瞬時(shí)故障引起的系統(tǒng)報(bào)警，可用硬件復(fù)位或開(kāi)關(guān)系統(tǒng)電源依此來(lái)清除故障。若系統(tǒng)工作存儲(chǔ)區(qū)由于掉電、拔插線路或電池欠壓造成混亂，則必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化清除。清除前，應(yīng)注意做好數(shù)據(jù)拷貝記錄。如配備FANUC-0TD系統(tǒng)的數(shù)控車床，在強(qiáng)電線路維修完成、更換電池后，開(kāi)機(jī)顯示器顯示亂碼。估計(jì)維修時(shí)電池已失效，系統(tǒng)數(shù)據(jù)失效，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理后恢復(fù)正常。

二、實(shí)用診斷法

利用人的感官對(duì)機(jī)床進(jìn)行問(wèn)、看、聽(tīng)、觸、嗅等的診斷。注意發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)象并判斷故障的可能部位。如有故障時(shí)是否有響聲、火花、亮光發(fā)生，它們來(lái)自何方，何處出現(xiàn)焦糊味，何處發(fā)熱異常，然后進(jìn)一步觀察可能發(fā)生故障的每塊印制線路板的表面狀況，例如，是否有燒焦、煙熏黑處或元器件斷裂處，以進(jìn)一步縮小檢查范圍。在現(xiàn)場(chǎng)維修中應(yīng)首先對(duì)工作在惡劣環(huán)境下的元器件和易損件進(jìn)行檢測(cè)，并逐步縮小檢查范圍，找到故障點(diǎn)進(jìn)行故障排除。例如，一臺(tái)FANUC-7CM系統(tǒng)臥式加工中心Z軸在運(yùn)行中偶爾出現(xiàn)報(bào)警，經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)Z軸運(yùn)動(dòng)實(shí)際位置與指令值不一致。直觀發(fā)現(xiàn)Z軸編碼器外殼被撞變形，換上一個(gè)新編碼器后，故障排除。這是一種最基本、最簡(jiǎn)單的方法，但卻要求維修人員要有一定的經(jīng)驗(yàn)。

三、充分利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都設(shè)計(jì)有完美的自診斷程序，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件性能，一旦發(fā)現(xiàn)故障則會(huì)立即將故障以報(bào)警方式顯示在CRT上或點(diǎn)亮各種報(bào)警指示燈，或者還有簡(jiǎn)要文字說(shuō)明在屏幕上顯示出來(lái)，結(jié)合系統(tǒng)配備的診斷手冊(cè)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。

例如，一臺(tái)FANUC-0T系統(tǒng)數(shù)控車床，開(kāi)機(jī)后CRT無(wú)畫(huà)面，電源模塊報(bào)警指示燈亮。檢查發(fā)現(xiàn)CRT和I/O接口公用的24V DC電源正端與直流地之間的電阻值僅有1～2Ω，而正常值應(yīng)為155 Ω，順線查出插頭有短路現(xiàn)象。排除后，機(jī)床恢復(fù)正常。又如，配置SIEMENS 802D系統(tǒng)的數(shù)控銑床，開(kāi)機(jī)時(shí)出現(xiàn)報(bào)警“ALM380500”，驅(qū)動(dòng)器顯示報(bào)警號(hào)ALM504。報(bào)警含義為編碼器電壓太低，編碼器反饋監(jiān)控失效。檢查發(fā)現(xiàn)是由于伺服電動(dòng)機(jī)加入電樞電壓的瞬間干擾引起的。重新連接伺服驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)編碼線，進(jìn)行正確的接地連接后，機(jī)床恢復(fù)正常。

四、備件置換法

當(dāng)故障分析結(jié)果集中于某一塊印刷電路板上時(shí)，由于電路集成度的不斷擴(kuò)大而要把故障落實(shí)在某一區(qū)域或某一元件上是十分困難的。為了縮短停機(jī)時(shí)間，在有相同備件的條件下可以先將備件換上，然后再去檢查修復(fù)故障板。備件板的更換要注意以下問(wèn)題:

(1)更換任何備件都必須在斷電情況下進(jìn)行。

(2)許多印刷電路板上都有一些開(kāi)關(guān)或短路棒的設(shè)定以匹配實(shí)際需要，因此在更換備件板上一定要記錄下原有的開(kāi)關(guān)位置和設(shè)定狀態(tài)，并將新板作好同樣的設(shè)定，否則會(huì)產(chǎn)生報(bào)警而不能工作。

(3)某些印刷電路板還需在更換后進(jìn)行某些特定操作，以完成其中軟件與參數(shù)的建立。這一點(diǎn)需要仔細(xì)閱讀相應(yīng)電路板的使用說(shuō)明。

(4)有些印刷電路板是不能輕易拔出的，例如，含有工作存儲(chǔ)器的板，或者備用電池板，它們會(huì)丟失有用的參數(shù)或者程序。必須更換時(shí)，一定要遵照有關(guān)說(shuō)明進(jìn)行操作。

鑒于以上條件，在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細(xì)閱讀相關(guān)資料，弄懂要求和操作步驟之后再動(dòng)手，以免造成更大的故障。

五、參數(shù)更正，程序更正法

系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)。參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無(wú)效，這類問(wèn)題可根據(jù)使用手冊(cè)輸入正確的參數(shù)即可，有時(shí)由于用戶程序錯(cuò)誤，亦可造成故障停機(jī)，可以采用系統(tǒng)的塊搜索功能進(jìn)行檢查，改正所有錯(cuò)誤，以確保其正常運(yùn)行。在外界干擾或不慎引起存儲(chǔ)器個(gè)別參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)故障。例如，一臺(tái)采用SINUMERIK SYSTEM 3 系統(tǒng)的數(shù)控鏤銑機(jī)，在批量加工中系統(tǒng)顯示Y軸行程超出軟件設(shè)定的極限值，經(jīng)檢查設(shè)置并無(wú)不當(dāng)，仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)是補(bǔ)償值參數(shù)輸入過(guò)大引起的，適當(dāng)調(diào)整限位設(shè)置后故障被排除。

六、敲擊法

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)的故障表現(xiàn)為若有若無(wú)時(shí)，往往可用敲擊法檢查出故障的部位所在。這是由于數(shù)控系統(tǒng)是由多塊印刷線路板組成，每塊板上又有許多焊點(diǎn)，當(dāng)用絕緣物輕輕敲打有虛焊或接處不良的疑點(diǎn)處，故障肯定會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。例如，一臺(tái)配備FANUC-0M系統(tǒng)臥式加工中心在安裝調(diào)試時(shí)，CRT顯示器突然出現(xiàn)無(wú)顯示故障，而機(jī)床還可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。停機(jī)后再開(kāi)，又一切正常。檢查顯示板，用手觸動(dòng)板上元件，當(dāng)觸動(dòng)某一集成塊管腳時(shí)，CRT顯示就會(huì)消失。懷疑此管腳虛焊，重新焊接該引腳后，故障消除。

七、測(cè)量比較法

在印制線路板上多有供測(cè)量電路電壓和波形用的檢測(cè)端子，以便在調(diào)試和維修時(shí)確定該部分電路工作是否正常。但在利用這些檢測(cè)端子進(jìn)行測(cè)量之前，應(yīng)熟悉有關(guān)部分的電路或邏輯關(guān)系。為此，維修人員應(yīng)在平時(shí)積累印刷線路板上關(guān)鍵部位或易出故障部位在正常時(shí)的正確波形和電壓值。熟悉各印刷線路板檢測(cè)端子及有關(guān)電路作用，弄清相互之間的邏輯關(guān)系，通過(guò)各檢測(cè)端子測(cè)量各電路電壓及波形，檢查其工作狀態(tài)是否正常。在有關(guān)邏輯關(guān)系不熟悉的情況下，也可利用相同的兩塊板互相進(jìn)行比較測(cè)量，來(lái)分析故障的原因及故障的所在位置。例如，一臺(tái)西門子平臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，其PLC采用S5-130W/B，故障為通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)PC功能輸入的R值在加工中不起作用，不能更改程序中R參數(shù)的數(shù)值，經(jīng)過(guò)對(duì)檢測(cè)端子波形的分析，判定是PLC主板問(wèn)題，在調(diào)換了PLC主板后，故障被排除。

八、調(diào)節(jié)、最佳化調(diào)整法

調(diào)節(jié)是一種最簡(jiǎn)單易行的辦法。通過(guò)對(duì)電位計(jì)的調(diào)節(jié)，修正系統(tǒng)故障、最佳化調(diào)整是系統(tǒng)地對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與被拖動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳匹配的綜合調(diào)節(jié)方法。辦法是用一臺(tái)多線記錄儀或具有存貯功能的雙蹤示波器，分別觀察指令和速度反饋或電流反饋的響應(yīng)關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的比例系統(tǒng)和積分時(shí)間，來(lái)使伺服系統(tǒng)達(dá)到具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而又不振蕩的最佳工作狀態(tài)。

九、維修信息跟蹤法

對(duì)于一些大的制造公司，可根據(jù)在實(shí)際工作中由于設(shè)計(jì)缺陷而造成的偶然故障，不斷修改和完善系統(tǒng)軟件或硬件，這些信息可以作為故障排除的依據(jù)，以正確徹底排除故障。

十、改善電源質(zhì)量法

我國(guó)的電源質(zhì)量較差，為解決這一問(wèn)題，目前一般采用穩(wěn)壓電源來(lái)改善電源波動(dòng)，對(duì)于高頻干擾，可以采用電容濾波法，通過(guò)這些預(yù)防性措施來(lái)減少電源板的故障。

十一、升降溫法

人為地將元器件溫度升高(注意元器件的參數(shù))或降低，加速一些溫度特性較差的元器件老化，以便徹底暴露故障部件。例如，一數(shù)控機(jī)床工作半小時(shí)后CRT逐漸變暗，無(wú)顯示。關(guān)機(jī)數(shù)小時(shí)再開(kāi)，工作半小時(shí)后又“舊病復(fù)發(fā)”。人為使CRT箱內(nèi)接口板冷卻風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)開(kāi)機(jī)幾分鐘出現(xiàn)上述故障，可見(jiàn)該電路板熱穩(wěn)定差。調(diào)換此板后故障消除。

十二、原理分析法

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的組成原理，可從邏輯上分析各點(diǎn)邏輯電平和特征參數(shù)，然后用萬(wàn)用表、邏輯筆、示波器或邏輯分析儀進(jìn)行測(cè)量分析和比較。這要求維修人員必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或每個(gè)電路的原理都非常清楚。

十三、特殊處理法

現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)所用的軟件越來(lái)越豐富，有系統(tǒng)軟件、機(jī)床制造者軟件、軟件邏輯設(shè)計(jì)中難免有一些問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)床死機(jī)現(xiàn)象，有的故障狀態(tài)無(wú)從分析，就可以采取特殊方法，比如整機(jī)斷電，稍做停頓再開(kāi)機(jī)，有時(shí)可能排除故障，此方法維修人員可以在自己的長(zhǎng)期實(shí)踐中探索。

維修人員在設(shè)備出現(xiàn)故障后，要能迅速找出故障并排除，其難度是相當(dāng)大的。“冰凍三尺，非一日之寒”，要實(shí)現(xiàn)高效維修，此能力并非一日之功，需要作長(zhǎng)期的技術(shù)儲(chǔ)備。最起碼要能達(dá)到對(duì)于經(jīng)常接觸的設(shè)備，當(dāng)說(shuō)出機(jī)床型號(hào)，就要知道所用的是何系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器的類型等。要想迅速準(zhǔn)確地判斷故障并排除故障，還需要加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床知識(shí)的學(xué)習(xí)，及時(shí)了解前沿知識(shí)動(dòng)態(tài)，不斷地總結(jié)、積累經(jīng)驗(yàn)。因此，維修人員要刻苦學(xué)習(xí)，富有熱情，勇于探索，勤于實(shí)踐，不斷歸納和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以提高自己的維修技術(shù)水平。

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(湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)部)