淺析數控機床的診斷與維修

劉軒辰+梁宗輝

【摘 要】機床的先進程度代表著一個國家的生產制造能力。數控機床是現代化機械加工設備的代表，其融合了計算機技術、自控技術、高精度測量技術、先進的機械制造和各種數據通信等技術于一體。加工精度高，適合批量生產。在使用過程中對設備生產能力最大的影響主要來自于故障診斷與維修，同時也制約著設備本身的發展。

【Abstract】The advanced degree of the machine tool represents the production and manufacturing capacity of a country. CNC is the representative of the modern mechanical processing equipment， it combines computer technology， automatic control technology， high precision measurement technology and advanced machinery and all kinds of data communication technology into an organic whole. It is high machining precision， and suitable for mass production. The most important influence on the equipment production capacity during the applocation is the fault diagnosis and maintenance， it also restricts the development of the device itself.

【關鍵詞】數控機床；故障診斷；故障維修

【Keywords】 CNC ； fault diagnosis； troubleshooting

【中圖分類號】TG659 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0157-02

1 引言

數控機床是工業生產中必備的生產機械，數控機床在企業中一般都是進行主要產品生產的關鍵設備，還因為它的價錢是非常昂貴的，所以一旦數控機床出現故障給企業帶來的影響是非常嚴重的。為了保證企業的正常生產，保證企業的經營利益不受到影響，對數控機床的維修工作一定要非常重視。數控機床一旦出現故障進行診斷是非常重要的，為了更好地進行維修，對出現的故障進行分析的工作非常重要，對其經常出現的故障進行預防，對企業的生產經營至關重要[1]。數控機床的故障多為電氣故障，所以數控機床的電氣維修工作更加重要。隨著科學技術水平的不斷提高，機械產品的精度也在不斷地改進，這樣也推動了機械產品的更新換代，數控機床在精度和效率上也要進行必要的改進，使機床在使用的過程中更加的靈活。

2 數控機床進給伺服系統的常見故障

數控機床的伺服系統是故障的高發區，也是故障診斷和排除的難點。數控機床和普通機床最大的區別在于多了一套自動控制的伺服系統。該系統的主要控制速度和位置兩個量。接收通過位置檢測和數據反饋以及變量采集再由相關插補軟件計算產生的脈沖指令，最終通過信號轉換生成電壓信號經過功率放大模塊輸出實現各部分的運動。在其工作過程中，任何一個環節出現故障都會對數控機床的正常工作造成影響[2]。數控機床進給伺服系統的常見故障通常體現在以下幾個方面：①回零故障。零點就是我們所說的參考點，機床在開始或結束工作以及加工過程中更換刀具時，相應的坐標軸都要移動到一個提前設定好的準確位置。機床返回零點是數控機床起動在各項功能正常的前提下必須進行的一項操作，后續的工作才能按照編程方式進行。回零點故障一般分為兩類（找不到零點和找不準零點）。找不到零點故障一般是回零點減速開關未產生相應的信號、傳輸過程中丟失或該位置的脈沖信號失效，可以通過檢查相關部件是否有故障； 找不準零點故障是零點開關擋塊位置發生改變引起的，具體可能是擋塊松動或設置的位置不準確需要重新調整擋塊位置[3]。②漂移。當給定值為零時，坐標軸應該立即停止移動，如果仍然有部分位移既定義為發生漂移，這種故障會造成誤差輸出。如果出現這種故障，專業技術人員可以通過漂移補償或伺服驅動單元上的零速調整來消除，具體情況可查閱相關設備說明書[4]。③軸竄動。竄動是發生在加工過程中的一種現象。正常的進給速度應該是均勻的，如果突然出現了變速的現象，就意味著竄動。產生竄動的原因是多方面的，例如信號不穩定或受到干擾，各種接線松動或者接觸不良；或在變換方向運動的瞬間反向間隙過大造成的。竄動的故障判斷較為復雜，需要電氣和機械的相關人員配合并且使用輔助工具進行判斷才能完成。④振動。振動現象主要指某一坐標軸運動時機床床身出現振動現象。出現該故障后先要判斷振動周期與進給伺服系統的進給速度是否有關系，如果進給速度變化的同時振動周期也發生變化表明與速度環增益設置過大或速度反饋故障有關[5]。若在加速或者減速過程中出現振動，是系統在速度變化時間值設定過小造成的。出現這種故障時，專業技術人員可以根據以上方向進行診斷與維修。⑤伺服電機故障。伺服系統除了速度信號外還有相關的使能控制信號。伺服電機不轉動可能是使能控制信號沒有接通或者數控系統沒有發出速度控制信號；通過CRT或者PLC監控I/O狀態和梯形圖確定啟動條件是否滿足。進給單元存在故障或伺服電機本身存在故障等原因也會引起以上故障。帶電磁制動的伺服電機應該考慮電磁制動器是否打開。專業技術人員可以根據以上原因進行診斷與維修[6]。需要注意的是，目前，閉環或半閉環數控機床常用的伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機兩種。直流伺服電機和交流伺服電機應該分別按照兩種電機的相關檢查要求和標準進行檢查和保養。⑥位置誤差。位置誤差包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差幾類。當坐標軸運動范圍超過允許的系統設定誤差范圍時，數控系統就會產生位置誤差報警。產生位置誤差的原因有以下幾個方面：系統設定的允許偏差范圍較??；伺服系統增益設置不夠優化；位置檢測裝置受損；傳動系統誤差偏大；平衡裝置（對重系統）運行不穩[7]。如果出現這種故障，專業技術人員可以根據以上原因進行診斷與維修。⑦過載。在加工過程中進給量過大、正反向切換某一坐標軸過于頻繁、機械傳動部分的潤滑不良、檢測電路故障時，都會出現過載報警[8]。數控系統在開發時都會有相關內容顯示，電機工作電流大小都會在CRT上顯示出來，用以提示工作人員；當電柜的進給驅動單元出現過載或過流時，都會有相應的指示燈或數碼管提示專業技術人員。如果出現這種故障，專業技術人員可以根據以上原因進行診斷與維修。⑧超程。當進給過程中實際運動值超過軟限位或硬限位設定值時，就會發生超程報警，一般會在CRT 上顯示報警內容。具體故障現象有以下情況： a系統出錯，超程信號提前輸入；加工零件過大，不適合在此機床上加工[9]。排除方法是重新考慮工件加工條件是否滿足，避免超程信號的誤輸入； b系統報警，提示超過軟限位。程序編寫錯誤或刀具安裝位置有誤，都會引起報警，需要重新檢查程序編寫和刀具裝夾、對刀是否正確。endprint

3 數控機床進給伺服系統常見故障處理的實例

①采用西門子840D系統的鏜銑床X軸出現加工尺寸誤差，尺寸變化無規律，但是CRT及伺服放大器無任何報警顯示。也就是說，X軸原點出現無規律的漂移，該機床的系統采用半閉環控制方式，伺服電機與滾珠絲杠通過聯軸器直接聯接。根據故障現象進行分析，可能由兩種原因造成的機械連接部分或絲杠副滾珠導槽受損。經過排查為滾珠絲杠與電機連接的聯軸器松動緊固后設備恢復正常[10]。②一臺配套SIEMENS 810D的雙立柱車床開機時，CRT顯示誤差報警，當X軸運動時機床床身發生周期性振動。初步判斷為系統參數設定不合理或者機械傳動故障。將伺服電機與滾軸絲杠脫開后故障現象仍存在，排除伺服系統機械故障，檢查伺服電機判斷為正常。最后更換伺服控制器的電路板后故障消除，確定為該控制器的電路板出現故障。③一臺配套Mazak e-800加工中心原點時，顯示器出現“Z軸限位超程”根據目測距離還未到達平時參考點的位置，因此判斷為軟故障。該故障可能由于日常操作時沒有按照規程進行造成的。在參數設置界面選擇了Z軸相應的位置數據進行放大后機床自行回到參考點，再將參數修改到原來的數值機床恢復正常狀態[11]。④一臺采用日本數控系統的高精度銑床，Y軸運動時產生“絕對位置”報警，觀察故障發生過程，在啟動Y軸時，Y軸無法運動。初步判斷為位置反饋出現故障。經過對伺服電機編碼器更換后故障仍然沒有消除，最后屏蔽光柵尺后報警消除。對光柵尺修理后設備恢復正常。

4 結語

數控機床故障的判斷復雜，修復困難，對專業人員綜合素質要求較高。對常見故障進行總結有助于故障的順利排除。

【參考文獻】

【1】張銀娟.FANUC 0i系統的數控機床故障原因及維修分析[J].電子世界，2017（14）：5-7.

【2】徐萍.數控機床故障排除與處理實踐分析[J].機電信息，2013（36）：65-66.

【3】顧濤.數控機床故障維修五例[J].科技資訊，2011（21）：11-12.

【4】李學斌.診斷數控機床故障的方法[J].內江科技，2010（06）：42-43.

【5】馬保樹，荊象泉，孫琪，等.數控機床故障原因分析方法淺談[J].現代制造技術與裝備，2009（02）：78-79.

【6】梁和福.提高數控機床故障排除的能力[J].機械職業教育，2007（10）：36-37.

【7】安雁秋，戴光群.數控機床故障維修[J].一重技術，2007（04）：8-10.

【8】王森.數控機床故障判斷[J].設備管理與維修，2005（03）：34-35.

【9】李宏慧，謝小正，沙成梅.淺談數控機床故障排除的一般方法[J].甘肅科技，2004（09）：51-52.

【10】韓馬利.外部環境條件造成數控機床故障的實例分析[J].制造技術與機床，2003（02）：98-99.

【11】賈坤鑫.數控機床功能的擴展[J].長春理工大學學報（綜合版），2006（02）：57-58.endprint