淺談數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

侯軍燕

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 柳州 545616）

隨著現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在工業(yè)中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，數(shù)控技術(shù)所產(chǎn)生的故障率也隨之增加。在所有的故障因素中，電氣故障尤為突出，如何高效地排除這些故障是每個(gè)維修技術(shù)人員必須面臨的問(wèn)題；此外，數(shù)控系統(tǒng)的種類(lèi)很多，與之對(duì)應(yīng)的電氣功能設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜、多樣，維修技術(shù)人員在短時(shí)間內(nèi)維修水平提升慢與目前急需穩(wěn)定生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床矛盾欲加尖銳；數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)電氣故障原因種類(lèi)多，診斷方式又各有不同，需技術(shù)人員大量的實(shí)踐儲(chǔ)備，積累故障診斷經(jīng)驗(yàn)，才能高效地解決電氣故障問(wèn)題。因此，結(jié)合各種數(shù)控類(lèi)型、故障原因和診斷方法等多種因素，設(shè)計(jì)輔助維修技術(shù)人員完成數(shù)控機(jī)床電氣故障平臺(tái)顯得尤為重要。

1 數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)由電氣故障現(xiàn)象、電氣故障分析、故障排除和故障備案四個(gè)部分組成。在故障診斷過(guò)程中，由電氣故障數(shù)據(jù)庫(kù)、電氣安裝圖庫(kù)、電氣排故方法庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息送入平臺(tái)內(nèi)部，通過(guò)人機(jī)交互界面呈現(xiàn)給維修技術(shù)人員，技術(shù)人員根據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析判斷故障原因，生成診斷方案，完成診斷過(guò)程。電氣故障診斷輔助平臺(tái)設(shè)計(jì)原理如圖1 所示。

圖1 電氣故障診斷輔助平臺(tái)設(shè)計(jì)原理圖

數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)總體思路從電氣故障現(xiàn)象出發(fā)，幫助技術(shù)人員分析電氣故障的原因，提供必要的圖紙資料，制定故障排除方案，引導(dǎo)技術(shù)人員按故障排除步驟分步完成，最后對(duì)電氣故障排除過(guò)程整理和備案。

2 數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷分析及數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

2.1 數(shù)控機(jī)床電氣故障類(lèi)型及電氣故障庫(kù)構(gòu)建

數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)的電氣故障類(lèi)型有電源故障、斷路故障、短路故障、開(kāi)關(guān)與控制器故障和軟件故障。電源故障常常導(dǎo)致機(jī)床不能啟動(dòng)，從根源上切斷數(shù)控機(jī)床的能量供給，采用的診斷方法有可靠接地、增加穩(wěn)壓設(shè)備、隔離強(qiáng)弱電等措施；斷路故障常出現(xiàn)在接觸器觸點(diǎn)與元件接觸不良、壓線螺絲松動(dòng)等；當(dāng)電路中存在連接錯(cuò)誤，或小電阻導(dǎo)體短接就發(fā)生了短路故障，常見(jiàn)的原因有絕緣層老化、受潮短路、接觸器互鎖失效等，斷路短路故障一般采用萬(wàn)用表分段進(jìn)行檢測(cè)確定；開(kāi)關(guān)與控制器故障有接觸器、繼電器觸點(diǎn)接觸不良、繼電器線圈燒穿等，解決辦法為直接更換元?dú)饧卉浖收霞磪?shù)和梯形圖故障，當(dāng)電池電量低時(shí)，數(shù)控機(jī)床參數(shù)容易丟失，產(chǎn)生參數(shù)報(bào)警，更換硬件如主軸連接方式改變而沒(méi)有及時(shí)調(diào)整參數(shù)也可造成軟件故障，對(duì)于此類(lèi)故障，應(yīng)根據(jù)手冊(cè)、報(bào)警號(hào)查找相應(yīng)原因，設(shè)定參數(shù)，排除故障。

不同的電氣故障現(xiàn)象，有不同的電氣故障原因和不同的診斷方法，分析統(tǒng)計(jì)每類(lèi)故障產(chǎn)生的現(xiàn)象、原因和診斷方法，把故障點(diǎn)具體部位、位置編號(hào)和參數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的字段聯(lián)系起來(lái)，建立電氣故障數(shù)據(jù)庫(kù)。在診斷分析和方案制定階段，技術(shù)人員可通過(guò)輔助平臺(tái)中的故障點(diǎn)信息，快速地制定診斷方案。

2.2 數(shù)控機(jī)床電氣控制文件及電氣控制線路圖庫(kù)構(gòu)建

數(shù)控機(jī)床電氣操作動(dòng)作說(shuō)明、機(jī)床電氣原理圖、機(jī)床電氣裝配圖、機(jī)床電氣布置圖和機(jī)床電氣元件材料表是電氣故障診斷中需要查閱的文件。電氣原理圖是數(shù)控機(jī)床電氣控制原理及各電器元件相互作用的表示方式，一般由主電路、控制電路、保護(hù)、配電電路等幾部分組成，通過(guò)原理圖可以知道使用了哪些元件、各起什么作用、元件之間的控制關(guān)系、工作過(guò)程及工作特點(diǎn)是什么(如主軸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速方式等)。機(jī)床電氣裝配圖和布置圖指明了每個(gè)元件的實(shí)際安裝和布線位置，還包括如何安裝、安裝時(shí)的注意事項(xiàng)等。機(jī)床電氣元件材料表主要是數(shù)控機(jī)床電氣控制中使用元件和導(dǎo)線的屬性的展示，包含元件和導(dǎo)線的尺寸、型號(hào)、規(guī)格和使用方法等參數(shù)，方便技術(shù)人員更新、替換電氣元器件和導(dǎo)線。

在診斷電氣故障前，把機(jī)床電氣原理圖、機(jī)床電氣裝配圖、機(jī)床電氣布置圖和機(jī)床電氣元件材料表導(dǎo)入電氣故障診斷平臺(tái)，建立電氣控制線路圖庫(kù)電氣診斷排故階段，技術(shù)人員可通過(guò)輔助平臺(tái)隨時(shí)調(diào)用需要的圖紙，可多窗口展示不同圖紙中可疑區(qū)域的上下控制元件、前后接線位置以及材質(zhì)屬性，使技術(shù)人員準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。

2.3 數(shù)控機(jī)床電氣排故原則及電氣排故方法庫(kù)構(gòu)建

數(shù)控機(jī)床電氣排故應(yīng)遵循先外后內(nèi)、先靜后動(dòng)、先公后專(zhuān)等原則。在保證安全的前提下，先用觀察法對(duì)故障區(qū)域、故障類(lèi)型做仔細(xì)檢查，初步判斷。然后，通過(guò)按動(dòng)按鈕、輸入測(cè)試程序，動(dòng)態(tài)觀察元件觸點(diǎn)動(dòng)作情況，定位故障線路；使用專(zhuān)用儀表檢查主電路模塊狀態(tài)，包括接地、PLC 輸出，確定沒(méi)問(wèn)題后再進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)檢查，可快速定位故障點(diǎn)。

數(shù)控機(jī)床電氣故障維修的常用方法有觀察法、程序測(cè)試法、替換診斷法等。通過(guò)使用觀察法，可以直觀診斷故障部位是否出燒焦、松動(dòng)、跳閘等現(xiàn)象，查看報(bào)警信息和梯形圖；可以聽(tīng)機(jī)床運(yùn)行的聲音，是否與平常不同；也可以通過(guò)觸摸元件外表是否有過(guò)熱現(xiàn)象、元件連接是否松動(dòng)。也可使用M、S、G 和T 指令輸入系統(tǒng)，測(cè)試機(jī)床外圍設(shè)備運(yùn)行情況，判斷系統(tǒng)與PLC 之間的信號(hào)傳輸是否暢通。替換診斷法為把故障元件更換為同類(lèi)功能正常元件的處理方式，當(dāng)技術(shù)人員已經(jīng)確定了故障點(diǎn)，為進(jìn)一步驗(yàn)證位置，常采用此方法。

統(tǒng)計(jì)數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷維修過(guò)程中的原則和方法，建立電氣排故方法庫(kù)。把電氣診斷原則和排故方法與故障現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來(lái)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)表，針對(duì)故障現(xiàn)象，輔助平臺(tái)可幫助技術(shù)人員選用合適診斷解決方法，提高電氣故障診斷維修的效率。

3 數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)功能及應(yīng)用

3.1 電氣故障診斷輔助平臺(tái)功能設(shè)計(jì)流程圖

輔助平臺(tái)中測(cè)試機(jī)床運(yùn)行情況，由技術(shù)人員完成后記錄在平臺(tái)中，平臺(tái)通過(guò)匯總數(shù)控機(jī)床異常情況，為技術(shù)人員提供故障可能的分析報(bào)告，技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況制定診斷方案，利用萬(wàn)用表等儀表快速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，依據(jù)故障點(diǎn)的特點(diǎn)，平臺(tái)提供了可行的排故方法，幫助技術(shù)人員完成排故。最后，技術(shù)人員通過(guò)人機(jī)交互界面，在平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中備案，完成故障診斷。流程圖如圖2 所示。

圖2 輔助平臺(tái)流程圖

3.2 數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)應(yīng)用

下面以FANUC 0i mate 系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床主軸（模擬主軸）不能正轉(zhuǎn)為例，說(shuō)明數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)的使用（圖3）。

圖3 數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)應(yīng)用過(guò)程

首先，打開(kāi)輔助平臺(tái)并登錄，能夠看到四個(gè)功能按鍵，點(diǎn)擊“診斷排故”按鈕，進(jìn)入測(cè)試窗口，輸入數(shù)據(jù)機(jī)床系統(tǒng)型號(hào)，技術(shù)人員平臺(tái)按提示信息對(duì)機(jī)床進(jìn)行測(cè)試并記錄。由平臺(tái)統(tǒng)計(jì)異常測(cè)試結(jié)果，交給技術(shù)人員評(píng)估，發(fā)現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)手動(dòng)和程序輸入均有效，僅不能正轉(zhuǎn)。

然后，技術(shù)人員通過(guò)輔助平臺(tái)診斷窗口查看主軸電氣原理圖，初步圈定是主軸正轉(zhuǎn)繼電器線圈不得電造成的。在輔助平臺(tái)上查看電氣安裝圖，借助萬(wàn)用表，找到主軸繼電器安裝位置，測(cè)試主軸正轉(zhuǎn)控制電路，發(fā)現(xiàn)電路暢通，排除電路故障后，認(rèn)定正轉(zhuǎn)繼電器損壞。

使用替換診斷法，通過(guò)平臺(tái)查看繼電器型號(hào)，同時(shí)，平臺(tái)還給出了該型號(hào)繼電器的額定電壓、額定電流等參數(shù)，技術(shù)人員可比對(duì)參數(shù)，找同類(lèi)型的繼電器替換。重新上電測(cè)試數(shù)控機(jī)床運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)功能已恢復(fù)正常。

最后，將診斷排故結(jié)果輸入平臺(tái)，由平臺(tái)生成檢測(cè)報(bào)告單，同時(shí)，平臺(tái)把本次診斷時(shí)間、診斷過(guò)程、診斷方法和診斷結(jié)果都記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，技術(shù)人員可隨時(shí)查看。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)，技術(shù)人員能有條理地完成數(shù)控機(jī)床全方位的功能測(cè)試，準(zhǔn)確地篩選出故障區(qū)域；通過(guò)輔助平臺(tái)提供的圖紙資料，幫助技術(shù)人員能快速地發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題部位；由輔助平臺(tái)提供豐富的電氣故障維修常用方法，高效地解決電氣故障問(wèn)題，恢復(fù)數(shù)控機(jī)床各項(xiàng)功能。總之，數(shù)控機(jī)床電氣故障診斷輔助平臺(tái)在數(shù)控機(jī)床電氣診斷排故全過(guò)程的使用，極大地提高了技術(shù)人員的工作效率，在實(shí)際生產(chǎn)中有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參與文獻(xiàn)：

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