高職數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)實踐教學(xué)探討

【摘要】 介紹數(shù)控設(shè)備常見故障及其檢測方法，諸如利用設(shè)備系統(tǒng)自診斷功能、程序測試法診斷隱性故障、接口信號檢查、備件替換等方法檢測常見故障，并結(jié)合實際故障案例進(jìn)行分析判斷。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)控設(shè)備故障檢測

【文獻(xiàn)編碼】 doi:10.3969/j.issn.0450-

9889（C）.2011.07.057

數(shù)控設(shè)備集中了高級精密尖端技術(shù)和機械、電子光學(xué)、液壓等技術(shù)。數(shù)控設(shè)備具有加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強、靈活性好等特點，在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，它是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備加工的首選。由于數(shù)控設(shè)備集強、弱電，數(shù)字控制技術(shù)，機械制造于一體，因此，數(shù)控設(shè)備故障產(chǎn)生的原因多種多樣，有機械的、數(shù)控系統(tǒng)的、傳感元件的、驅(qū)動元件的、強電部分的、線路連接等諸多方面。一旦系統(tǒng)的某些部分出現(xiàn)故障，就會使整個設(shè)備癱瘓，影響正常生產(chǎn)，因此，正確維護(hù)設(shè)備及準(zhǔn)確判斷設(shè)備出現(xiàn)的故障，是保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的關(guān)鍵。

一、 數(shù)控設(shè)備的日常維護(hù)及降低故障出現(xiàn)幾率的方法

對于數(shù)控設(shè)備，合理的日常維護(hù)措施可以有效預(yù)防和降低設(shè)備的故障發(fā)生率。利用設(shè)備檔案，建立經(jīng)常性的檢查制度，針對每一臺設(shè)備的具體性能和加工對象制定操作規(guī)程，建立工作、故障、維修檔案是非常重要的，包括保養(yǎng)內(nèi)容以及功能器件和元件的保養(yǎng)周期。如條件許可，可安排專人對設(shè)備進(jìn)行定期保養(yǎng)。比如，在工作車間的空氣中，大多含有油霧、灰塵甚至金屬粉末之類的污染物，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的印制線路或電子器件容易受污染，從而引起元器件之間絕緣電阻下降，電容系數(shù)改變，甚至導(dǎo)致元器件及印制線路損壞。因此，數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)環(huán)境必須保持清潔；一般情況下不允許隨便開啟柜門，更不允許在使用過程中敞開柜門。維修或者調(diào)整設(shè)備前，應(yīng)對車間的環(huán)境及設(shè)備周邊的環(huán)境進(jìn)行清理，清理以后，還應(yīng)等空氣潔凈程度較好時才開始工作。

另外，電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定是造成數(shù)控設(shè)備故障的另一個重要原因。對數(shù)控系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓應(yīng)實行實時監(jiān)控制度或者對配電系統(tǒng)安裝自動檢測和過壓保護(hù)設(shè)備。因為一旦超出正常的工作電壓，就會造成系統(tǒng)不能正常工作，甚至?xí)饠?shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電子部件的損壞。因此，配電系統(tǒng)在設(shè)備不具備自動檢測保護(hù)的條件下，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)監(jiān)視電壓的波動變化情況，或盡量改善配電系統(tǒng)的穩(wěn)定作業(yè)。

最容易令人忽視的是數(shù)控設(shè)備本身的弱點。因為數(shù)控設(shè)備基本都是采用直流電機，負(fù)責(zé)進(jìn)給伺服驅(qū)動和直流主軸伺服驅(qū)動，所以，設(shè)備閑置時，應(yīng)注意將電刷從直流電動機中取出，以避免由于化學(xué)、電解雙重腐蝕作用造成換向器表面腐蝕損壞，或?qū)е聯(lián)Q向器跳火造成電動機損壞。

二、 數(shù)控設(shè)備的常用檢查方法

（一） 經(jīng)常性檢查inspection

設(shè)備發(fā)生故障后，首先應(yīng)判斷故障出現(xiàn)的具體位置和產(chǎn)生的原因，然后通過目測故障板，仔細(xì)檢查有無電路板的污染，保險絲（管）是否熔斷，元器件有無燒焦煙熏、有無過熱點；有無雜物，斷路、短路現(xiàn)象。觀察阻容、半導(dǎo)體器件的管腳有無斷腳、虛焊等，通過這些程序，一般情況下可發(fā)現(xiàn)一些較為明顯的故障，縮小檢修范圍，判斷故障產(chǎn)生的原因或者簡單地排除故障。

（二） 充分利用系統(tǒng)自診斷 self-diagnostics功能查找故障點

和傳統(tǒng)的機械加工設(shè)備不同，數(shù)控設(shè)備由電腦控制，數(shù)控系統(tǒng)的自診斷系統(tǒng)能隨時監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，一旦發(fā)生異常情況，會立即在CRT顯示屏上顯示并報警，或者通過發(fā)光LED二極管指示故障的大致起因，這是日常監(jiān)測和使用中比較常見的現(xiàn)象，也是提供維修檢查途徑的最有效的方法。

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，新型設(shè)備大都使用了新的接口診斷技術(shù)，使用JTAG規(guī)范進(jìn)行邊界掃描，該規(guī)范提供了有效檢測引線間隔致密的電路板上零件的能力，進(jìn)一步完善了系統(tǒng)的自我診斷能力，但是在實時監(jiān)控程度上，不如系統(tǒng)的自診斷功能。

（三） 利用功能程序測試法診斷設(shè)備隱性故障

功能程序測試法是將數(shù)控系統(tǒng)的常用功能和特殊功能用手工編程或自動編程的方法編制成一個功能測試程序系統(tǒng)，然后將這個程序送入數(shù)控系統(tǒng)，再讓數(shù)控系統(tǒng)以安全模式運行這個測試程序，通過這個測試程序?qū)嶒炘O(shè)備的各種運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)反饋情況，利用統(tǒng)計學(xué)方法得出故障概率。通過測試結(jié)果，檢查機床執(zhí)行這些功能的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)而判斷出故障發(fā)生的可能原因，為維修人員提供幫助。

（四） 利用接口信號檢查故障

新型設(shè)備大多使用測試接口監(jiān)測故障點，所以，通過用可編程序的控制器，在線檢查機床控制系統(tǒng)的測試——反饋信號，將這些信號與設(shè)備附帶的接口手冊中規(guī)定的正確信號相對比，便可查出相應(yīng)的故障點。但這種方法有一定的局限性，如果出現(xiàn)多個信號與手冊上不符，就要求維修人員分析故障的整體現(xiàn)象，找出問題的關(guān)鍵所在，對維修人員的素質(zhì)和經(jīng)驗要求較高。

（五） 備件替換法

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來越大，技術(shù)也越來越復(fù)雜，按常規(guī)方法，很難把故障定位到一個很小的區(qū)域。從操作實踐來說，對大規(guī)模集成電路的檢測和維修是專業(yè)工廠的事情，而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，為了縮短停機時間，在沒有其他檢測手段的情況下，可以采用相同或相容的模塊對故障模塊進(jìn)行替換檢查，利用邏輯學(xué)上的排除法找出故障所在的模塊，進(jìn)行替換。在實際應(yīng)用中，由于檢測設(shè)備、檢修人員素質(zhì)等各方面的局限，為了不影響正常生產(chǎn)，常用備件替換法代替被損件，使系統(tǒng)盡快恢復(fù)生產(chǎn)。

三、 數(shù)控設(shè)備故障分析判斷實例

（一） 故障一：設(shè)備驅(qū)動部分故障

數(shù)控設(shè)備的驅(qū)動部分，主要包括主軸驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器。它由電源模塊和驅(qū)動模塊兩部分組成。電源模塊的作用是將380伏三相交流電經(jīng)過變壓器升壓，再通過電橋整流成為高壓直流。而驅(qū)動部分實際上是一個逆變換，將高壓直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電驅(qū)動伺服電機，完成對整個伺服軸的運動和主軸的運轉(zhuǎn)。因此驅(qū)動部分是最容易出故障的部件。下面以CJK6136數(shù)控機床和802S數(shù)控系統(tǒng)的故障現(xiàn)象為例，分析控制電路與機械傳動接口的故障及維修。

設(shè)備的故障表現(xiàn)為：數(shù)控機床在加工過程中，主軸的運行發(fā)生軟故障，時而回參考點，時而不能。同時，在數(shù)控操作面板上，主軸的轉(zhuǎn)速顯示時有時無，而設(shè)備的主軸運轉(zhuǎn)正常。

應(yīng)用檢查設(shè)備檔案的方法，對出現(xiàn)的故障原因進(jìn)行分析，得知該機床采用變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)速信號由編碼器提供顯示，排除了編碼器損壞的可能。因為編碼器損壞無法傳遞轉(zhuǎn)速信號，所以只可能是編碼器與其連接單元出現(xiàn)故障。從故障本身來分析，可以從兩方面考慮：一是可能和數(shù)控系統(tǒng)連接的ECU連接松動，二是可能是和主軸的機械連接出現(xiàn)問題。由此，開始有的放矢地解決問題。首先檢查編碼器與ECU的連接。若不存在問題，就卸下編碼器，檢查主傳動與編碼器的連接鍵是否脫離鍵槽，發(fā)現(xiàn)問題后，修復(fù)并重新安裝排除了故障。

（二） 故障二：脈沖編碼器光電盤劃分導(dǎo)致工作臺定位不準(zhǔn)

故障現(xiàn)象：芬蘭VMC800 SIMES 880立式加工中心的工作臺為雙工作臺，通過交換工作臺完成兩工件加工，工作臺靠鼠盤定位，鼠牙盤等分360個齒，每個齒對應(yīng)1°。工作臺靠油缸上下運動實現(xiàn)工作的離合，通過伺服電機拉動同步齒形帶，帶動工作臺旋轉(zhuǎn)，通過脈沖編碼器來檢測工作臺的旋轉(zhuǎn)角度和定位。工作臺在1996年8月份出現(xiàn)定位故障，工作臺不能正確參考點，每次定位錯誤不管自動還是手動都相差幾個角度，角度數(shù)，有時1°，有時2°，但是工作臺如果分別正轉(zhuǎn)幾個角度如30°、60°、90°，再相應(yīng)的反轉(zhuǎn)30°、60°、90°時，定位準(zhǔn)確，出現(xiàn)定位錯誤時，CRT出現(xiàn)NC 228*報警顯示。

故障分析：查詢228*報警內(nèi)容為：M19選擇無效，即M19定位程序在運行時沒有完成，當(dāng)時我們認(rèn)為是M19定位程序和有關(guān)的NC MD出錯，但檢查程序和數(shù)據(jù)正常。經(jīng)分析有可能是下面幾種原因引起工作臺定位錯誤：同步齒形帶損壞，導(dǎo)致工作臺實際轉(zhuǎn)數(shù)與檢測到的數(shù)值不符；編碼器聯(lián)軸節(jié)損壞；測量電路不良導(dǎo)致定位錯誤。

排除方法：根據(jù)故障原因，我們對同步齒形帶和編碼器聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行逐一檢查，發(fā)現(xiàn)一切正常，排除上述原因后，我們判斷極有可能是測量電路不良引起的故障，本機床是由RAC 2：2-200驅(qū)動模塊，驅(qū)動交流伺服電機構(gòu)成Sl軸，由6Fxl l21-4BA測量模塊與一個1024脈沖的光電脈沖編碼器組成NC測量電路，在工作臺定位出現(xiàn)故障時，檢查工作臺定位PLC圖，PLC圖4Al-C8上輸入點E9.3、E9.4、E9.5、E9.6、E9.7是工作臺在旋轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)定位的相關(guān)點，輸出板4Al-C5上A2.2、A2.3、A2.4、A2.5、A2.6是相應(yīng)的輸出點，檢查這幾個點，工作狀態(tài)正常，從PLC圖上無法判斷故障原因，于是我們檢查測量電路模塊6Fx1，121- 4BA無報警顯示正常。在工作臺定位的過程中，用示波器測量編碼器的反饋信號，判定編碼器出現(xiàn)故障。于是拆下編碼器，拆下其外殼，發(fā)現(xiàn)光電盤與底下的指示光柵距離太近，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生摩擦，光電盤里圈不透光部分被摩擦劃了一個透光圓環(huán)，導(dǎo)致產(chǎn)生不良脈沖信號，經(jīng)更換編碼器后正常運行，再考慮當(dāng)初的報警沒有顯示測量電路故障，原因為編碼器光電盤還沒有完全損壞，是一個隨機性故障，CNC無法真實顯示真正的報警內(nèi)容所致，因此數(shù)控設(shè)備的報警并不能完全說明故障原因，需要更加深入地進(jìn)行分析。

綜上所述，數(shù)控設(shè)備產(chǎn)生的故障原因復(fù)雜多樣，因此在檢修過程中，應(yīng)認(rèn)真分析故障產(chǎn)生的可能原因，然后針對故障范圍進(jìn)行逐步排除，直到找出故障點，才能有效排除故障。同時，還應(yīng)做好設(shè)備的日常維護(hù)，做到有的放矢維修。

【參考文獻(xiàn)】

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［2］王超.數(shù)控設(shè)備的電器故障診斷及維修［J］.蕪湖職院學(xué)報，2003（2）

［3］王剛.數(shù)控設(shè)備維修幾例［J］.機械工人冷加工，2005（3）

【作者簡介】陳國慶（1964-），男，廣東興寧人，廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，高級技師。

（責(zé)編黎原）