數(shù)控機(jī)床典型故障診斷與維修

韓渴望

(江蘇省常州技師學(xué)院，江蘇 常州 213000)

1 數(shù)控機(jī)床維修排障原則

數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生故障后，維修人員為了能快速且準(zhǔn)確的排查到故障發(fā)生點(diǎn)。要求其具備扎實的數(shù)控系統(tǒng)工作原理相關(guān)知識，熟悉常見機(jī)械故障和軟件故障，能根據(jù)機(jī)床的使用環(huán)境及操作者的描述，準(zhǔn)確判斷故障可能發(fā)生的原因[1]。數(shù)控維修的故障排查和診斷應(yīng)遵循一定的原則，如先檢測靜態(tài)故障后檢測動態(tài)故障；先機(jī)械故障后電氣故障；先從外部的狀態(tài)進(jìn)行診斷后從內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行判斷等。有部分故障需在通電狀態(tài)下進(jìn)行檢測；有些故障是機(jī)床操作不當(dāng)導(dǎo)致的，需對操作者進(jìn)行詳細(xì)詢問，判斷原因；有些故障是因為設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)不合理導(dǎo)致的，因此查看設(shè)備的維修和保養(yǎng)記錄也是其中重要步驟。機(jī)床維修遵從以上原則可快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障原因，高效完成機(jī)床的維修工作。

2 常見機(jī)床故障

2.1 數(shù)控機(jī)床常見機(jī)械故障

數(shù)控機(jī)床故障中最常見的是機(jī)械故障，機(jī)械故障可分為4種類型：功能型故障、動作型故障、結(jié)構(gòu)型故障和使用型故障[2]。功能型故障是指機(jī)床部件長期磨損，定位精度和重復(fù)定位精度等變大產(chǎn)生的故障。例如，機(jī)床的導(dǎo)軌和絲杠因長時間使用，忽視了對它的保養(yǎng)，潤滑不充分，長期磨損，機(jī)床絲杠和導(dǎo)軌間隙增大，則產(chǎn)生功能型故障。再如，對聯(lián)軸器檢查時發(fā)現(xiàn)松動，反向間隙是0.1 mm，判斷是由絲杠反向間隙和軸承間隙的間隙差產(chǎn)生的，也為功能型故障，需將軸承固定，測量絲杠反向間隙值，如果間隙值超過0.02 mm，應(yīng)將滾珠絲杠利用機(jī)械設(shè)備對超出的間隙進(jìn)行縮小修復(fù)處理。動作型故障是指數(shù)控設(shè)備產(chǎn)生的各種動作故障，主要有主軸不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速不匹配，液壓或氣動卡爪無法夾緊，刀架定位精度低或刀具無法回到指定刀位。數(shù)控機(jī)床的主軸是零件加工的動力及零件裝夾裝置，要求精度高、抗振、耐磨，結(jié)構(gòu)上還要完成刀具的安裝，零件的安裝、軸承的配合等。主軸的故障主要是驅(qū)動和液壓系統(tǒng)故障。驅(qū)動系統(tǒng)導(dǎo)致的主軸旋轉(zhuǎn)不正常，應(yīng)先檢查電機(jī)是否正常、控制柜接線是否有誤、負(fù)載是否過大。液壓系統(tǒng)主要檢查有無漏液漏氣現(xiàn)象、是否有噪聲及振動異常、氣壓和液壓表是否正常等。結(jié)構(gòu)型故障是指機(jī)床零部件制造精度誤差或潤滑不到位，出現(xiàn)的發(fā)熱、噪聲變大現(xiàn)象，機(jī)床皮帶傳動或齒輪傳動出現(xiàn)異響，切削過程出現(xiàn)明顯的振動等。例如，機(jī)床主電機(jī)和主軸間的皮帶出現(xiàn)過度磨損后，皮帶的摩擦力降低，失去彈性，主軸的負(fù)載能力降低，粗加工切削用量增加，可能會引起主軸堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象或者未失效皮帶超負(fù)荷工作，造成斷裂、異響等。使用型故障是指機(jī)床在使用過程中出現(xiàn)的故障，有加工精度方面的故障、按鈕使用故障、冷卻系統(tǒng)故障、照明系統(tǒng)故障等。比如，用于加工的機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象，機(jī)床的導(dǎo)軌、刀架、絲杠、主軸可能出現(xiàn)精度方面的故障。部分機(jī)床出現(xiàn)撞刀后，刀架的高度發(fā)生變化，刀架無法對準(zhǔn)中心，造成零件加工出現(xiàn)偏心等問題。冷卻系統(tǒng)故障可能因長時間使用忽略了對冷卻液的更換，導(dǎo)致冷卻液出現(xiàn)渾濁、異味、雜質(zhì)增多，冷卻電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)發(fā)熱，無法抽水故障等。

2.2 數(shù)控機(jī)床常見電氣故障

電氣故障一般發(fā)生在系統(tǒng)裝置，伺服驅(qū)動單元和機(jī)床電氣控制等部位。電氣故障多數(shù)因機(jī)床時間使用過長，元器件老化、松動、接插件接觸不良、缺相等引起的。系統(tǒng)裝置故障一般表現(xiàn)為系統(tǒng)參數(shù)丟失，部分功能無法正常使用[3]。比如，西門子802S系統(tǒng)數(shù)控車床曾出現(xiàn)過因?qū)W校假期時間過長，放假期間沒有定期對機(jī)床進(jìn)行通電運(yùn)行，導(dǎo)致部分系統(tǒng)參數(shù)丟失，無法正常使用。需要對機(jī)床數(shù)據(jù)進(jìn)行重置操作才能正常使用。還有部分Fanuc數(shù)控系統(tǒng)，如果長時間不使用，系統(tǒng)主板中的電池會出現(xiàn)失電故障，導(dǎo)致機(jī)床部分系統(tǒng)參數(shù)丟失或者出現(xiàn)無擋塊回參考點(diǎn)故障信息報警。此類故障需要及時更換系統(tǒng)電池，并進(jìn)行參數(shù)重置后才能正常使用。伺服系統(tǒng)的故障是機(jī)床設(shè)備電氣故障中的主要故障之一。發(fā)生故障的結(jié)構(gòu)主要有驅(qū)動單元、機(jī)械傳動單元、測速單元、編碼器單元等。一般表現(xiàn)為無法啟動，移動定位不準(zhǔn)確，切削速度不穩(wěn)定。常見超程、過載、竄動、爬行、振動等故障。比如回參考點(diǎn)故障，這種故障一般分為找不到參考點(diǎn)和找不準(zhǔn)參考點(diǎn)兩類。找不到參考點(diǎn)可能是由于回參考點(diǎn)后減速開關(guān)信號失效或零位脈沖消失。此時可檢測脈沖編碼器零位或光柵尺的零位來確定是否損壞。找不準(zhǔn)參考點(diǎn)故障應(yīng)考慮是否是參考點(diǎn)擋塊位置設(shè)置不正確引起的，可重新調(diào)整擋塊的位置消除故障。機(jī)床電氣故障多出現(xiàn)在新機(jī)床或使用年限過久的機(jī)床中。例如，新購西門子840D系統(tǒng)數(shù)控車床，使用中出現(xiàn)刀架換刀無法找到預(yù)定刀位，一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，系統(tǒng)也沒有報警數(shù)據(jù)，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)刀架電機(jī)沒有出現(xiàn)缺相或者損壞等現(xiàn)象，根據(jù)經(jīng)驗，更換刀架進(jìn)線的三相順序后，問題得到解決。使用8年的Fanuc0i-mateTC數(shù)控車床在回零狀態(tài)下，按住回零按鈕，一直處于超程報警狀態(tài)，無法回零。根據(jù)經(jīng)驗判斷，主要問題可能出現(xiàn)在行程開關(guān)的硬件故障，應(yīng)將行程開關(guān)拆開，把表面的污跡擦拭干凈，拆開行程開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)回零觸點(diǎn)金屬線已經(jīng)斷開，把觸點(diǎn)清潔干凈，重新把接觸點(diǎn)焊回原位，萬用表檢測通斷正常，將修復(fù)的行程開關(guān)裝回原位，故障現(xiàn)象解除。

3 常見故障診斷與維修

數(shù)控機(jī)床的故障現(xiàn)象眾多，一種故障現(xiàn)象可能有多個故障原因，因此，故障排除要有一個系統(tǒng)的過程，充分分析，常見的檢查和維修方法包括以下幾方面。

3.1 直觀診斷法

這種方法是維修人員使用最多的方法，直觀診斷首先是維修人員仔細(xì)詢問操作者故障發(fā)生的過程、現(xiàn)象等并進(jìn)行詳細(xì)記錄。然后對機(jī)床電、液、氣進(jìn)行檢查，包括斷電后直接觸摸機(jī)床的電路板，檢查各個接插頭狀態(tài)、各個信號線是否有斷開現(xiàn)象。檢查電源是否符合要求，有無缺相、短路、斷路等現(xiàn)象。

3.2 狀態(tài)診斷法

這種診斷方法主要通過常用電工檢測儀表對相關(guān)電源模塊電壓、脈沖信號等進(jìn)行檢測。主要檢測數(shù)控系統(tǒng)中的伺服信號、驅(qū)動信號及數(shù)控系統(tǒng)中的輸入和輸出信號，檢查各個繼電器和接觸器動作是否正常，動作發(fā)生后診斷和分析輸入和輸出信號的有無，通過檢測機(jī)床的實際動作，判斷故障發(fā)生部位，并分析故障原因[4]。

3.3 系統(tǒng)診斷法

這種方法主要利用系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的報警信息進(jìn)行診斷或采用專用診斷軟件進(jìn)行查看。硬件方面主要是系統(tǒng)中的各個電氣裝置中的故障報警指示。軟件方面主要是PLC程序段中各個觸點(diǎn)狀態(tài)；加工程序中各個故障報警信息等。部分報警信息可通過查閱維修手冊獲得解決問題的方法。

4 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床的價值不菲，對于數(shù)控設(shè)備而言，保持穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。數(shù)控設(shè)備維修人員在努力提高自己維修水平的同時，要嚴(yán)格要求使用者注意對機(jī)床進(jìn)行定期保養(yǎng)和維護(hù)，比如機(jī)床中各種電機(jī)要定期進(jìn)行相位檢查、發(fā)現(xiàn)污損部分及時進(jìn)行清潔，水泵電機(jī)中的過濾網(wǎng)要及時清洗等。機(jī)床各個行程開關(guān)作為易損件，每天都要對它們進(jìn)行清潔，并給予潤滑保養(yǎng)。每天查看電器柜中的風(fēng)冷設(shè)備是否正常運(yùn)行。檢查機(jī)床中易受振動而發(fā)生松動的部位，保證各零件接觸正常。總之，數(shù)控機(jī)床要做好日常維護(hù)保養(yǎng)工作，維修人員要掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)和原理，一旦出現(xiàn)故障，才能做到有目的、快速找到故障點(diǎn)進(jìn)行維修。

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