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特種加工機床(chuáng)

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寧(níng)夏大(dà)學工程(chéng)訓練中心數控機床的(de)故障診斷及維護實踐淺談
2020-6-20  來源: 寧夏(xià)大學(xué) 教(jiāo)務處   作(zuò)者:尹承東

 
     摘要:數控機床具有自動化(huà)程度高、精度高、係統複雜(zá)及難以維護保養等特點,針對(duì)寧夏大學工程訓練中心數控機床(chuáng)種類(lèi)多、維護及保養規則繁雜、故障率高、利(lì)用率較低等(děng)問題,在分析數控機床常(cháng)見(jiàn)故障的(de)基(jī)礎上,總(zǒng)結(jié)了數控機床常(cháng)見故障的排除方法。 這些方法可(kě)提高數控機床的使用率、節約(yuē)成本(běn),並可為其他高校數控機床的故障診斷及維護提供參考。

     關鍵詞:數控機(jī)床(chuáng);故障診斷;維護;工程訓練中心


     數控機床自動化程度高、結構複雜、故障不(bú)易排除,且維護成本較高,國內專業技術人(rén)員和學者對數控機床的故障診斷和維護已有不同程度的分析總結。 樊兆博[1]在分析數控機床常見故(gù)障的基礎上提出了數控機床的維護策略 ;姚 兆(zhào)[2]分析了我國企業機床設備故(gù)障率的維修現狀及存在的問題,提出減少數控機床設備故障率(lǜ)的對策 ;童勳[3]對數控機床常(cháng)見故障(zhàng)進行了(le)分類, 並提出了排除辦法 ;王海(hǎi)月[4]對數控機床故障的診斷和維修方(fāng)法進行了研究 ;胡 羽[5]對數控機床故(gù)障(zhàng)診斷係統進(jìn)行了設計與實現。 

     雖然國內學者在數控機床的故障診斷及維護上進行了大量的研究, 但目(mù)前還缺少係統化的維護方法。寧夏大學工程訓(xùn)練中心配(pèi)有 8 台安裝華中數控係統的立式加工中心、7 台安裝華中數控係統的數控車床(chuáng)、3 台安裝 Fanuc 數控係統的數控車床及(jí) 1台安裝 Mazak 數控係統的數控加工中心。 

     這些數控(kòng)機(jī)床生產廠家各不相同,在日常實訓中,由於實(shí)訓(xùn)項目多、使用率高、使用學生專(zhuān)業化訓練少(shǎo)、維護人員(yuán)少等原因, 使得寧夏大學工程(chéng)訓練中心數控機床故障率較高,利用(yòng)率較低,影響了日(rì)常(cháng)教學和(hé)實驗。 

     本文在分析總結寧夏大學(xué)工程訓練中心數(shù)控機床常(cháng)見故障的基礎上, 對數控機床的故障(zhàng)診斷和維護保養方法進(jìn)行了較為深入的探討。

     1 、數(shù)控機床故障診斷原則(zé)
  
     在對數控機床進行故障診(zhěn)斷時,應遵循的(de)原則:
  
    (1)先(xiān)外部後內部(bù)。數控機床故障(zhàng)的發生一般由機械、液壓、電氣這三者綜合反(fǎn)映出來。 當發生故障時,維修人員應由外向內逐(zhú)一排查,並且避免隨意拆卸,否則可能會擴大故障並降低機床(chuáng)精度及性能(néng)。
 
    (2)先機械後電氣。 機械故障一般容易發現 ,而數(shù)控係統(tǒng)的故障排查難度較大(dà)。故先排查機(jī)械故障,可提高故障診斷的效(xiào)率。

    (3)先靜後動。出現故障後,首先給機床斷電,並(bìng)通過觀(guān)察分析確定非破壞(huài)性故障後, 才可以給機床通電(diàn)進行動態測試,排查故障。

    (4)先簡單後複雜。 當出(chū)現多個故障後,應先排除容易的,後解決難度大的。
  
      2 、數控係統故障診斷技術(shù)
  
      數控係統屬(shǔ)於高技術含量的設備, 當發生故障時, 需要借助智能診(zhěn)斷技術才能快速並且正確地找出故障(zhàng)的原因及故障發生的位置。 目前市場上數控係統比較多,應(yīng)用最多的有 Fanuc 數控係統、Mazak 數控係統及 HEIDENHAIN 數控係統等。 

     智能診斷技(jì)術也是判斷一個數控係統性能的重要(yào)指標。 基於以上常用的數控係統,常用的智能診斷包括以下 4 個方麵:
  
    (1)啟動診斷。 當數控機床接通電源,數控係統啟(qǐ)動後, 係統自帶的智能診斷程序(xù)便開始對機床進行診斷,並判(pàn)別機(jī)床(chuáng)能否(fǒu)正常使用。智能診斷的內容包括(kuò)數控機床(chuáng)的(de)硬件和軟件部(bù)分(fèn)
,如中央處(chù)理器、存儲(chǔ)模塊、輸入輸出模塊等裝(zhuāng)置, 隻有當檢測(cè)的所有項目都正常工作,數控機床才進入準備工作狀態;否則,係統將顯示報警信息,數控機床將無法進入工作狀(zhuàng)態。

    (2)在線診斷 。 數控係統中都安裝在線診斷程序(xù),在(zài)數控機床正常工作時,隨時對機(jī)床各個係統進行診斷。診斷的內(nèi)容主要包括機床主軸單元、伺服電動機、伺服模塊及(jí)機床連接的外部設備等
。隻要數控(kòng)機床(chuáng)處於工作狀態,則在線診斷就持續工作,確保機床處於正(zhèng)常工作狀態。

    (3)離線診斷 。 在線診斷並(bìng)不能處理所有的故障、在數控(kòng)係統出現某種無法(fǎ)解決(jué)的故障時,需(xū)要數控係統生成廠(chǎng)家或專業的代理維修機構, 利用專用(yòng)的測試軟件或裝備對機床(chuáng)進行檢測(cè)通過這種檢測方式, 盡可能(néng)將發生故障的位置縮小到一範(fàn)圍,如某(mǒu)個模塊、某個芯(xīn)片、部分電路或元件等,再對發生故障的這些(xiē)模塊或元件進(jìn)行更換,可減小維(wéi)修成本。

    (4) 現代診斷(duàn)技 術 。 隨(suí)著現代通信技術的發展, 目前國內外已(yǐ)將一些新的方法(fǎ)和手段引入到了數控機床的診斷中來, 如通信診斷和機床自修複(fù)係統等。通信診斷是把有故障的數控係(xì)統和專業維修檢測(cè)機構的專用檢測設備連接起來進行故障診斷測試。 

     當測試完成後, 維修檢測機構再(zài)將數控機(jī)床的故障信息發送給機床使(shǐ)用用戶,進行維修。通(tōng)過這種方式, 維修人員(yuán)不必親自去用戶所在地進行故障診斷(duàn),不(bú)僅節約(yuē)成本,還可提高效率。 采用通信診斷的(de)數控機床需要連接網絡。數控係統的自修複係統是數控係統中安裝的一段自修複程序。當數控(kòng)機床發生故障時,該程序會將故障信息(xī)顯示(shì)在機床顯示屏上, 同時檢(jiǎn)查機(jī)床是否有故障模塊(kuài)的備用模塊,如果有,則該軟件會接通備用模塊,並使機床快速地進入工作狀(zhuàng)態。
這種自修複係統適合自動化程度較高的場合。

      3 、數控(kòng)機床的故障診斷方法
  
     數控機床故障類別比較多且複雜, 而數控係統(tǒng)自帶的自診斷係統往往不能應對所有的故障形式。而有(yǒu)時一個報(bào)警顯示由很多故障原因造成, 很難精確地(dì)定位故障(zhàng)發生部件。 這就需要維修人員在實際中掌握一些常用的故障解(jiě)除方法。

    (1)直觀檢查法 。 當機床(chuáng)發生故障時 , 首先需要對機床進行直觀的檢查。 一般(bān)由外(wài)向內,查驗電氣櫃中開關是否跳閘,各個驅動器、機是否接觸不良,接頭是否(fǒu)鬆動,數據線(xiàn)是否斷路,保險是否熔斷(duàn),線路是否燒傷等。 

    如果機床以前進行過維修或更(gèng)換過零部件,則查驗更換過的零部件是否正常工作等。 最(zuì)後再查看電路板(bǎn)上的各種元件(jiàn),是否有燒痕、接觸(chù)不良等現(xiàn)象(xiàng),同時查看主板電池是否有電。

    (2)程序(xù)測試法。 當數控機床長時間(jiān)不開機 、加工造成廢品或數控係統出現(xiàn)隨機性的故障而短時(shí)間內無法確定故障原因時, 可用數控係統的編程(chéng)功能編寫一(yī)個測試程序,在機(jī)床出現(xiàn)故障時,
運行這個程序,有助於(yú)快速(sù)確定故障原因。

    (3)交換試探法(fǎ)。在初步確定故障(zhàng)大致位(wèi)置或起因的情(qíng)況下,可以用備用零(líng)部件替換可疑零部件,如沒(méi)有備用零部件, 可以將同型號機床的零部件與故障機床的(de)零部件進行互換,以確定故障零(líng)部件。
  
    (4)參數(shù)檢查(chá)法。 在無法確定故障原因時 ,需要校核一下數控係(xì)統參數, 如果由於外部原因導(dǎo)致數控係統個別參數丟失時,數控機(jī)床也無法進行工作(zuò)。通(tōng)過(guò)檢測係統電路板測(cè)量端(duān)子的電源, 
檢查電路是否正(zhèng)常工作。

    (5)測量(liàng)比較法。 除以上(shàng)診斷方法外,還可以通過檢測(cè)電路板焊接是否(fǒu)正常(cháng)、 是否存在接觸不良等問題(tí)查(chá)找故障原(yuán)因。總(zǒng)之,數控機床故障十分複雜,產生故障(zhàng)的原因也(yě)是多種多樣。在實際排除故障時,應多種方法同時使用,縮小故(gù)障(zhàng)範圍,才能快速地排除故障。

     4 、數控機床常見故障的處理
  
     數控(kòng)機床的故(gù)障種類繁多, 但常見的故(gù)障及(jí)處理(lǐ)方法分以下 4 種。

     4.1 機械故(gù)障
  
     數控機床機械故障具有多樣性(xìng), 本文僅(jǐn)介紹一些關鍵部件的故障及其處(chù)理方法,見表 1。

表 1   機械故障類型、原因(yīn)及(jí)處理方(fāng)法
 
   


     4.2 數(shù)控係統故障
  
     不同(tóng)數控係統的故障各不相同, 本文(wén)以國產華中數控(kòng)係統為例,簡述常見的故障及其(qí)排除方(fāng)法,見表 2。

表2  數控係統故障類型(xíng)、原因及排除方法
 
  


      4.3 進給伺服係統故障
  
      進給伺(sì)服(fú)係統的故障一般(bān)包括軟件報警 、硬件報警及無報警形式等 3 種。 軟件報警一般是控製單元故障、 檢測元件(jiàn)故(gù)障或(huò)由電(diàn)機及伺服單元溫度升高引起的, 此時可通過報警信息(xī)並參考機床報(bào)警信息說(shuō)明進行故障(zhàng)排除。 硬件報警一般是(shì)驅動器或伺服(fú)單元上的電流過大、 壓過高或過低引起的。壓時可能是晶體管損(sǔn)壞、絕緣失效及線路故障造成的。 無報警顯示(shì)的故障一般包括機床失控、過衝、振動及噪音過大等。 一般是由於檢測元件故障、位置檢測器連接故(gù)障、伺服驅動器連接不良(圖 3)、開關跳閘(圖 4)、線路板故障(zhàng) 、係統參數設(shè)置不合(hé)理、絲杠剛度(dù)較低、潤滑不良,軌道進入灰塵等原因造成的。  需要多方位查找故障的(de)具體原因,並排除故障。
 
  

圖1 顯示屏白屏
 
  

圖2 顯(xiǎn)示屏不顯示
 
  

圖3 伺服驅動器接觸不良
 
 
 
圖4 開關跳閘(zhá)
 

     4.4  主軸伺服係統故障
    
     該類故障一般表現(xiàn)為主軸不轉動、 主軸轉(zhuǎn)動時振(zhèn)動噪音過大、 主軸轉速與設定轉速不符合及主軸電動機過熱等。造成這(zhè)類故障的原(yuán)因很多,包括(kuò)加工時負載過大、程序未(wèi)指定(dìng)主軸轉動、電路故障導致不產生脈衝、線路板進入灰塵、輸入電(diàn)壓不穩定、主軸軸承損壞、主軸電機(jī)軸承損壞、缺少潤滑油、主軸轉速指令有誤等等。

     5 、總結
  
     數控設(shè)備種類繁多、每種設備的故障形式均不同,在數控設備的(de)使用中, 除了需要掌握常見的(de)故障(zhàng)診斷方法及(jí)故障排除方法(fǎ)外, 還需嚴格遵守數控設(shè)備的操作規程和日常維護製(zhì)度。 本文在分析數控設備常見故障診斷原(yuán)則、診斷技術及診斷方法的基礎上,總結了高校數控設備常(cháng)見的故障類型,並給(gěi)出了(le)排除方法。這些方法可提高高(gāo)校數控(kòng)設備的利用率,降低維護成本。

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