現代數控設備故障診斷與維修技術探討

摘要：數控機床驅動系統是一種綜合應用了計算機技術，自動控制技術，精密測量技術和機床設計等先進技術的典型機電一體化產品，重點探討數控機床故障的診斷與維修的基本方法。

關鍵詞：數控機床；設備故障；診斷；雛修

中圖分類號：TP 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198(2010)11-0312-01

1 數控機床維修的要求

1.1 維修人員的素質

維修人員的素質是提高維修效率和保證維修效果的重要因素之一，迅速、準確判斷故障點，并及時、有效的處理，恢復機床的動作、功能和精度，是數控機床維修人員具備的基本條件。為進一步提高維修人員的索質還應注意在善于學習、擴大知識面、勤于思考、善于總結積累經驗等方面的加強，此外還應具備一定的專業外語基礎。

1.2 技術資料的準備

技術資料準備在維修工作中起著至關重要的作用，必要的技術資料可以提高維修工作的效率與維修的準確性。一般數控機床故障維修應具備的技術資料有：數控機床說明書、機床參數清單、功能說明、伺服驅動系統、主軸驅動系統的使用說明書等。因其說明書是生產廠家提供，包括機床的操作過程和步驟、機床安裝和調整的方法、機械傳動系統及主要部件的結構原理圖、機床的液壓、氣動、潤滑系統圖、機床電氣控制原理圖等，對其性能、參數、系統調試等都有詳細的介紹，對查找故障源、故障維修起到事半功倍的作用。另外，維修記錄也是維修人員對機床維修過程的記錄與維修的總結，有助于維修人員的經驗總結和維修水平的提高。

1.3 工具備件的完善

維修工具是進行數控機床維修的必備條件，數控機床是精密設備，它對各方面的要求較普通機床高，不同的故障，所需要的維修工具亦不盡相同。如測量儀表(轉速表、示波器、千分表等)、維修工具(電烙鐵、吸錫器、各類鉗子，扳手等)、易損元器件(二極管、三極管、電阻、集成電路板等)。專業的維修人員均應充足準備，以便提高工作效率。

2 常見故障及排除方法

2.1 常見故障發生的部位

2.1.1 主機故障

主機故障主要為傳動噪聲大，加工精度差，運行阻力大，機械部件動作不進行，機械部件損壞等。潤滑不良、液壓、氣動系統的管路堵塞和密封不良，是主機發生故障的常見原因。常見故障有：

(1)因機械部件安裝、調試、操作使用不當等原因引起的機械傳動故障。

(2)因機械零件的損壞、聯結不良等原因引起的故障等。

(3)因導軌、主軸等運動部件的干涉，摩擦過大等原因引起的故障。

2.1.2 電氣控制系統故障

從所使用的元器件類型上，通常電氣控制系統故障分為“弱電”故障和“強電”故障，“弱電”部分是指控制系統中電子元件、集成電路為主的控制部分。包括CNC，PLC，MDI／CRT以及伺服驅動單元，輸為輸出單元等。“強電”部分是指控制系統中的主回路或高壓，大功率回路中的繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關等電氣元器件及其所組成的控制電路。這部分的故障雖然維修，診斷較為方便，但它處于高壓，大電流工作狀態，發生故障的幾率要高于“弱電”部分。

2.2 故障發生的性質

2.2.1 確定性故障

確定性故障是指控制系統主機中的硬件損壞或滿足一定條件，數控機床發生的故障。這種故障現象在數控機床上最為常見，由于它具有一定的規律，因此也方便維修。確定性故障具有不可恢復性，一旦發生故障不對其進行維修處理，機床不會自動恢復正常。

2.2.2 隨機性故障

隨機性故障是指數控機床在工作過程中偶然發生的故障，此類故障的發生原因比較隱蔽，很難找出其規律，故障的原因與故障診斷比較困難。一般而言，故障的發生與部件的安裝質量、參數的設定、元器件的品質、軟件完善程度、環境影響等諸多因素有關。但隨機性故障有可恢復性，通過重新開機等措施，機床可恢復正常。

2.3 步進驅動裝置常見故障及診斷方法

2.3.1 電動機尖叫

電動機尖叫可能是CNC中與伺服驅動有關的參數設定、調整不當引起的，重新正確設置參數即可。

2.3.2 電動機不旋轉

首先檢查保險絲是否熔斷，確保動力線連接良好，依照參數說明書，重新設置相關的參數，這主要是機械故障，排除卡死的故障原因，經驗證，確保電動機正常后。可繼續使用。

2.3.3 電動機發熱異常

正確連接R、S、T線就即可。

2.4 機床定位精度或加工精度差

機床定位精度或加工精度差可分為定位超調、單脈沖進給精度差、定位點精度不夠、圓弧插補加工的圓度差等情況。位置跟隨誤差可以通過數控系統的診斷參數檢查，其在速度控制單元上有相應的電位器來調節。參與圓弧插補的兩軸的位置跟隨誤差的差值必須控制在1％以內。

2.5 起動加速段或低速進給時爬行

這種狀況一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態不良、伺服系統增益過低及外加負載過大等因素所致。要注意伺服和滾珠絲杠連接用的聯軸器，由于本身的缺陷，如裂紋等，造成其轉動或伺服的轉動不同步，從而使進給忽快忽慢，產生爬行現象。此時要做好機床的潤滑，確保潤滑油足夠并且確保潤滑的電動機正常工作。

3 常見故障排除方法

3.1 初始復位法

一般情況瞬時故障引起的報警，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，必須對系統進行初始化清除，清除前應注意做好數據拷貝記錄，若初始化后故障仍無法排除，則進行硬件診斷。

3.2 更改參數、程序更正法

系統參數是確定系統功能的依據，設定錯誤就會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，改正錯誤確保其正常運行。

3.3 調節調整法

調節是一種行之有效辦法。通過對電位計的調節，修正系統故障。如其主軸在啟動和制動時發生皮帶打滑，原因是其主軸負載轉矩大，而驅動裝置的斜升時間設定過小，經調節后正常。最佳化調整是系統地對伺服驅動系統與被拖動的機械系統實現最佳匹配的綜合調節方法，用一臺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關系。通過調整速度調節器的比例系數和積分時間，來使伺服系統達到即有較高的動態響應特性，而又不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，即調節使電機起振，然后向反向慢慢調節，直到消除震蕩即可。

3.4 備件替換法

用好的備件替換診斷出壞的線路板，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。

3.5 改善電源質量法

目前一般采用穩壓電源，來改善電源波動。對于高頻干擾可以采用電容濾波法，通過這些預防性措施來減少電源板的故障。

4 維修中應注意的事項

(1)注意記錄線路板其相對應的位置，連接的電纜號，拆卸下的壓件及螺釘應放在專門的盒內，以免丟失，裝配后，盒內的東西應全部用上，否則裝配不完整。

(2)電烙鐵應放在順手的前方，遠離維修線路板。烙鐵頭應作適當的修整，以適應集成電路的焊接，并避免焊接時碰傷別的元器件。

(3)測量線路間的阻值時，應斷電源，測阻值時應紅黑表筆互換測量兩次，以阻值大的為參考值。線路板上大多刷有阻焊膜，應測量相應的焊點作為測試點，不要鏟焊膜。

(4)不應隨意拆換元器件。有的維修人員在沒確定故障元件時只憑感覺拆換，這樣誤判率較高，拆下的元件人為損壞率也較高。更換新的器件，其引腳應作適當的處理，焊接中不應使用酸性焊油。

(5)查清線路板的電源配置及種類，根據檢查的需要，可分別供電或全部供電。應注意高壓，有的線路板直接接人高壓，或板內有高壓發生器，需適當絕緣，操作時應特別注意。