數控機床維修中的問題及對策研究

王靜

【摘要】數控機床維修中的故障是復雜多樣的。本文從維修中需注意的問題、電氣故障排除等幾方面進行了分析論述，以期對該學科理論的發展以及學生將來實習操作有所裨益。

【關鍵詞】數控機床；維修；問題及對策

一、數控機床維修中的相關問題

1.維修中的故障分類

首先是硬故障與軟故障，數控機床的電氣故障可按故障的性質、表象、原因及后果等，分為硬故障和軟故障。硬故障是指電子、電器件、印制電路板、電線電纜、接插件等的不正常狀態甚至損壞，這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟故障般是指PLC邏輯控制程序中產生的故障，需要輸入或修改某些數據甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也屬于軟件故障。最嚴重的軟件故障則是數控系統軟件的缺損甚至丟失，這就只能與數控機床生產廠商或其服務機構聯系解決了。

其次是以故障出現的或然性，分為系統性故障和隨機性故障。系統性故障是指只要滿足一定的條件則一定會產生的確定故障。而隨機性故障是指在相同的條件下偶爾發生的故障，這類故障的分析較為困難，通常多與機床機械結構的局部松動錯位、部分電氣工件特性漂移或可靠性降低、電氣裝置內部溫度過高。

再次是機床運動特性下降的故障。在這種情況下，機床雖能正常運轉卻加工不出合格的工件。例如機床定位精度超差、反向死區過大、坐標運行不平穩等。這類故障必須使用檢測儀器確診產生誤差的機、電環節，然后通過對機械傳動系統、數控系統和伺服系統的最佳化調整來排除。

有時一種故障的產生往往是多種類型的混合，這就要求維修人員具體分析，參照上述分類型采取相應的分析、排除。

2.維修中需要注意的事項

大、中型數控機床的主軸一般都具有齒輪變速傳動方式。這是為了保證低速時可傳遞較大的轉矩，同時又能擴大恒功率區域的變速范圍。

齒輪變速存在一個“掛檔”的問題。在掛檔時為預防頂齒現象常采取電機瞬動來完成，因此要注意：大慣量部件的延時需要用時間繼電器檢測。掛檔限位開關應回答計算機掛檔成功與否，由于掛檔的瞬間點動需向接口輸出短時運動命令，因此在PLC中很難實現，因為PAL系統無法處理電機的運動問題，所以在面板上要保留手動掛檔按鈕開關，對這種問題需要特別注意。在某些情況下，用戶可自定義一些G碼與M碼，實際是調用一個專用子程序完成特定功能。此外，夾緊、放松問題在大型專用設備中比較突出，為了在大慣量條件下準確定位，坐標軸在到達目的位置時應立即夾緊，運動時立即放松。為了避免夾緊時抖動，有時需要對坐標軸分成低夾及高夾兩個程度。這些功能的要求會增加接口軟件編寫的難度。對數控車床來說，要有合理的導軌防護和潤滑。

二、數控機床維修中的電氣故障排除

1.電氣故障排除

電源是維修系統乃至整個機床正常工作的能量來源，它的失效或故障會丟失數據造成停機，重者則會毀壞系統局部甚至全部。西方國家由于電力充足，電網質量高，因此其電氣系統的電源設計考慮較少，這對于我國有較大波動和高次諧波的電力供電網來說就略顯不足，加之一些人為因素，難免出現由電源而引起的故障。

因此在設計數控機床的供電系統時應盡量做到：提供獨立的配電箱而不與其他設備串用；電網供電質量較差的地區應配備三相交流穩壓裝置；電源始端有良好的接地；進入數控機床的三相電源應采用三相五線制，中線（N）與接地（PE）嚴格分開；電柜內電器件的布局和交、直流電線的敷設要相互隔離，更不能亂接中線至PE。國標GB/T 52261中明確規定“在電氣設備內部，中線和保護接地電路之間不應相連。也不應把PE兼用端子在機械電柜內部使用。”但在現場維修翻新工作中，改造后的數控機床，由于增加器件，需要AC220V電源，就直接將三相380V中的一相與機床PE接地端構成AC220V。顯然，當P處因機械故障斷開時，此時設備就成為一個對地有AC220V電壓帶電體。也有在增加三相用電的器件后，將找出的中線接到了PE端子上。這樣就對操作者或任何接近機床的人員構成直接電擊的危險。

有些數控設備經過維修、改造后增加了一些機構，因走線方便，或與其他設備有動作聯系，新增部分的機構不是從該設備的電源切斷開關下方引線，而另外引線，違反了“把機械電氣設備連接到單一電源上”的規定。緊急情況時，切斷設備上的電源開關，卻不可能切斷設備的全部電流，造成對人員危害的潛在隱患。

2.數控系統位置環故障分析

（1）位置環報警。

可能是位置測量回路開路、測量元件損壞，位置控制建立的接口信號不存在等。

（2）坐標軸在沒有指令的情況下產生運動。

可能是漂移過大，位置環或速度環接成正反饋，反饋接線開路，測量元件損壞。

（3）機床坐標找不到零點。

可能是零方向在遠離零點，編碼器損壞或接線開路，光柵零點標記移位，回零減速開關失靈。

（4）機床動態特性變差。

機床動態特性變差，工件加工質量下降，甚至在一定速度下機床發生振動。這其中有很大一種可能是，機械傳動系統間隙過大，甚至磨損嚴重或者導軌潤滑不充分、磨損造成的。對于電氣控制系統來說則可能是速度環、位置環和相關參數已不在最佳匹配狀態，應在機械故障基本排除后重新進行最佳化調整。

（5）偶發性停機故障。

這里有兩種可能情況：一種情況是相關軟件設計中的問題，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。另一種情況是由環境條件引起的，如強力干擾（電網或周邊設備）、溫度過高、濕度過大等。這種環境因素往往被人們所忽視，這點一定要注意。數控機床等設備的電氣柜通風，必須采取“正壓”方式。有的國產數控機床采用負壓通風，刀架上的切削液沿蛇皮管流入電柜，并使電纜地溝中的潮氣、切削時的粉塵等皆沿著各通道、縫隙進入電柜之中。使電氣柜內線路板及各電氣件上留有一層污垢和明顯的水汽（凝露）痕跡，機床故障頻繁，嚴重影響機器的正常進行。在GB/T 5226.1中的13.3明確規定控制裝置的外殼一般應具備不低于IP54的防護等級。

有些數控機床的改造，尤其是一些局部小改動，卻不在相關的技術文件中作出相應的修訂或說明，造成文件與實際狀況不符。一些設備經幾次修理改動后某些部分變成了無線號、無器件標識、無電路或機械圖樣的“三無”產品。

而一般企業的設備管理部門往往對制造廠提供的技術文件管理比較嚴格，卻對維修改動后的記錄不予重視。這種狀況持續時間越久，問題就越嚴重，數控設備對“具體人”或具體維修單位的依賴性就越明顯。從而降低了市場競爭力。

因此，對擁有數控設備的學校和企業，在設備維修過程中要特別重視改造一方所提供的資料，是否確實符合GB的要求。