數控機床電氣設備故障的維修與保養分析

李 健，張鳳江

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

1 數控機床技術特征

1.1 高效化

現代數控機床技術不僅可以降低加工成本，并且具有較高的加工效率，而且可以保證零件的表面質量和精度。在目前的機床加工中，車銑的加工速度每分鐘可達到5000m～8000m，主軸轉速超過30，000rpm。以前為精密加工，而現在逐步發展成為超級精密加工（可達納米級），應用范圍得到了極大的擴展。在納米級超精密加工中，主軸的旋轉精度可以達到0.02nm左右，表面粗糙度Ra=0.003nm。目前數控機床表現出高效化、網絡化的發展態勢，數控機床制造商和銷售商，也逐步提高數控機床的的可靠性要求。零件的加工和生產一般在處理、安裝和降低速度上花費大量時間，為了減少在此過程中的時間，目前人們越來越重視復合功能型機床的研制[1]。

1.2 多軸化

目前數控加工技術中，編程軟件和五軸聯動技術已逐漸成熟，在自由曲面加工中，使用五軸聯動控制和數控編程技術，能夠使工件三維表面在銑削過程中，控制在合理的切削速度范圍內，大幅度提高了工件表面的加工精度，滿足了現代高精度試件的加工要求。與三軸聯動控制相比，五軸聯動技術有著明顯的優勢，已成為大型機床制造商開發研究的關鍵技術。

1.3 智能化

當前的制造技術逐步實現智能化，在模糊控制、神經網絡控制和數字網絡技術等方面開發了智能處理，通過模擬人工在處理過程中的智能活動，解決了處理過程中的一些不確定性和人為因素諸多因素的干預。數控機床的智能化主要體現在以下三個方面：第一，連接性能和驅動性能逐步實現智能控制；第二，加工過程中逐步實現智能化，自動生成加工工藝參數，使加工質量和加工效率明顯提高；第三，數控機床運行狀態和故障診斷方面逐步實現智能化；第四，在數控編程技術下，人機操作界面更加合理智能，使操作過程簡單可靠。此外，使用計算機建立網絡連接，首先使用生產站點和企業的內部 LAN，然后使用Internet連接到企業外部，實現數控機床的網絡化操作、監控。隨著網絡技術的不斷成熟，，已經提出了數字制造的未來發展理念，使用現代化信息技術后，數控機床的通訊服務等功能也逐漸引起人們的重視。

1.4 綠色化

數控機床的發展也需要充分重視環境保護和節能減排，不斷促進我國機械加工制造行業朝著綠色化方向發展[2]。

2 數控機床電氣故障的診斷原則

2.1 電氣故障的診斷原則

2.1.1 先外部后內部

經過不斷的技術更新，數控機床各方面性能已經非常完善，基本很少發生故障。另外，通常情況下，工廠會組織專業技術人員進行運行前檢查，而一些機床運行故障并非電氣系統損壞引起的。因此，在發現故障后，技術人員應先對機床外部零部件進行仔細檢查，在確定是由內部損壞導致故障的前提下，才能進行拆解，避免因拆分而使其性能降低。

2.1.2 先主機后電氣

主機通過專業設備進行檢測，容易查出是否損壞，而數控裝置和電氣裝置檢測故障的難度比較大。很多機床發生故障的原因都是主機部分損壞，因此，在對數控裝置和電氣裝置進行故障檢測前，一定要先對主機進行檢測，達到事半功倍的效果[3]。

河流和陸上融化的冰川給北冰洋帶來的源源不斷的淡水加劇了這一區域的脆弱性，因為淡水更難中和二氧化碳酸化效應。有研究者指出，北歐的海洋酸化范圍非常廣，其表層的海水酸化最快，深層的海水則更慢一些。科學家表示，流入北冰洋地區的大型河流因其流量大會形成巨大的集水區域。由于淡水和海水的混合較慢，因此在一些地方產生了淡水覆蓋在海水上層的情況。淡水降低了能夠緩和PH值變化的離子的濃度。海洋冰川相當于是北冰洋面的一個蓋子，所以冰的融化將加速海水吸收二氧化碳。

2.1.3 先靜態后動態

遇到洪澇等災害時，數控機床可能會浸泡在水中，企業配電系統如遭受損害會導致突然停電，在這些情況下，很有可能會導致機床主機、電氣裝置等構件損壞。因此，在維修人員對斷電狀態下的機床進行檢修時，應仔細觀察、測試機床是否存在故障，對機床進行系統檢查后，確認通電運行不會造成事故，才能通電。還要對機床的運行狀態進行動態檢測，確保其從靜態到動態不會出現故障隱患。

2.2 數控機床電氣故障的診斷步驟

①故障分析，是指維修人員根據數控機床的故障特點，結合工作經驗對故障發生的位置進行預判，排除最不可能發生故障的構件，為下一個環節的工作提供支撐。②電氣設備檢測，指在預判故障的基礎上，通過一些輔助儀器，對設備進行更仔細的檢測。③故障原因確定，指技術人員參考機床圖紙利用輔助儀器進行檢測，確定機床上哪個零部件損壞，并對其進行拆卸，拆卸零部件應按安裝圖紙進行，并做好標記，避免產生其他故障或修好后部件安裝不當對機床造成傷害。④線路檢測，指對機床主機部分、數控裝置和電氣裝置一些電荷載較大的線路進行檢測，發現有老化跡象應及時更換，避免發生安全問題。⑤性能檢測，數控機床結構非常精密，在對其進行維修時，難以避免要拆分，但維修好之后要按圖紙將零部件安裝回原位，而多數機床是用于加工一些細小精密的產品，對機床拆分組合會使機床的精確程度發生改變，這就需要拆分和組裝機床時，必須嚴格按圖紙的程序及要求組裝，防止因維修導致機床生產的產品有質量問題。

3 數控機床電氣故障的診斷方法

3.1 常規檢查法

常規檢查法是通過問、看、摸與試等來對機床電氣裝置故障進行分析判斷。①問。這個過程是指維修人員到達事故現場后，要對流水線上的操作工人進行仔細詢問，讓操作工人描述故障特點，維修人員利用這些信息對機床電氣故障進行大致判斷，為進一步檢查提供參考。②看。這個過程是在詢問現場操作工人后，對數控機床進行整體檢查，對容易發生故障的位置進行仔細的檢查，例如主軸、刀庫、機械手與主機等部位部件的線路連接是否正常，電子元件是否有損壞跡象。③摸。這個過程是指在查看過機床容易發生故障的部件后，通過觸摸的方式判斷故障原因，例如一些部件短路后會出現表面溫度過高的情況，可以利用這些特點，找出原因。④試。這個過程是指通過一些輔助儀器對部件進行檢測，查看有無短路和斷路的情況，機床在運轉期間有無異常聲響，一旦發現立即斷電維修。

3.2 參數檢查恢復法

由于數控機床不斷更新換代，具備強大的適應能力，數控系統可以通過修改參數來適用不同型號的機床，這些參數也可以反映機床零部件的功能和信息，為機床維修后的順利組裝提供重要的數據依據。數控系統參數的變化會給后期維修工作造成極大困難。參數檢查恢復法就是維修人員運用過硬的技術和豐富的維修經驗來對數控系統參數進行調整，檢查數控系統是否發生故障，這一過程中一定要注意參數的恢復，對于機床而言，改變其參數會影響機床性能，要避免因為維修數控系統而破壞機床性能。

3.3 自診斷功能法

自診斷法是指依靠數控系統檢測故障、分析故障的能力對機床故障進行快速收集和處理，并且診斷出故障位置。目前數控自診斷功能有兩種，分別為：①開機自診斷，是指每次機床開機進入運行狀態時，數控系統都會對CPU、總線、電路板等進行自檢，只有確認沒有故障時才能正常運行。②故障信息，如果是數控系統故障，在顯示屏上會顯示編號和內容，維修人員可以根據機床說明書或圖紙說明來判斷故障原因。

3.4 診斷備件替換法

當機床故障原因集中于一個印制電路板上時，數控機床電路板構造異常復雜，電路板上具體故障原因的檢查難度非常大，為了提高檢修效率，可以先用預備電路板代替，然后再對故障電路板進行仔細檢查，避免因為個別部件故障妨礙工廠生產。但是，在更換預備部件電路板時應該注意如下問題：①為了確保維修人員人身安全，在更換電路板期間一定要將機床電源斷開。②在更換電路板時，維修人員要將預備電路板調試成和被更換電路板相同的開關位置和設定狀態，并且要準確記錄，避免因為忘記調試而導致機床報警停用。③一些機床生產的是特殊產品，在更換電路板時，要根據機床使用說明書或圖紙說明，對其參數進行記錄與調試，必須確保機床的性能達到最佳狀態。

3.5 儀器測量法

儀器檢查法就是在數控機床電氣發生故障后，使用電工儀表對各組交、直流電源電壓及相關直流和脈沖信號等進行測量，根據電流電壓信息推斷出可能的故障。例如用萬用表檢查各電源情況，對某些電路板上設置的相關信號狀態測量點進行測量，用示波器觀察相關脈動信號的幅值、相位，用PLC編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

4 某鋼廠軋輥加工機床電氣設備故障處理實例

該鋼廠中型型鋼熱連軋生產線軋輥加工機床包括兩臺數控機床和若干臺普通機床。數控機床其控制系統采用西門子伺服驅動器SIMODRIVE 611控制X軸向伺服電機和Z軸向伺服電機，其操作面板為西門子SINUMERIK 802D PCU。

某年8月15日夜間數控機床在加工軋輥過程中多次自動停車。

8月16 日上午，電氣維修人員到現場觀察捕捉故障現象，發現機床橫向（Z軸）運行一段時間后報故障，報故障停車多發生在加工軋輥過程中（其中只有一次在空轉時報故障停車）。西門子802D面板顯示報警內容為380500↓Profibus-DP：驅動Z1，代碼608數值0時間1956628。更換802D編程器內一個DP網頭，更換后故障仍然發生。上網查閱資料，伺服電機控制器（西門子SIMODRIVE 611裝置）報代碼為608故障為過負荷運行。

8月16 日夜間，電氣維修人員對X軸和Z軸西門子611伺服控制器的逆變器進行互換（倒換X軸和Z軸控制板，編碼器線路，主軸測速發電機線路和負荷線）互換后運行X軸，一段時間后報故障，Z軸能夠正常運行，排除611控制器故障。之后機械維修人員調整了Z軸絲杠間隙，對機械部分進行潤滑維護；電氣維修人員再次互換X軸和Z軸611控制器的逆變器。

8月17 日上午，電氣維修人員試車發現Z軸伺服電機無法轉車，啟車后立即報608故障，摘開電機連接軸，電機出現振顫現象，仍然報608故障。互換裝置后，故障現象依舊，因此懷疑Z軸伺服電機有問題。

8月18 日，到相關技術部門對Z軸電機進行檢查。

8月21 日，反饋信息為此伺服電機內部有一插排松動，現已修復，并可以正常轉車。安裝電機后，電機依然報608故障。

8月22 日上午，電氣維修人員進行現場故障排查，最后將Z軸伺服電機負荷線U相和W相進行互換，Z軸伺服電機可正常運行，將電機與絲杠連接好后可以正常加工軋輥，一直將故障發生前的軋輥加工完畢，未報故障[4]。

綜上所述，隨著我國科學技術的發展，數控機床電氣設備維修技術也在不斷革新與完善。傳統電氣維修技術的缺點阻礙了工作的順利開展，因此，要根據實際情況和維修人員積累的工作經驗對維修技術進行革新，適當優化及改進維修方法，使電氣設備更加高效安全，避免機床故障導致商品生產受阻，使企業生產穩定、健康發展。