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數(shù)控車床的故障分析及診斷
數(shù)控車床的故障分析及診斷【1】
摘 要: 隨著我國(guó)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的不斷重視,數(shù)控車床在生產(chǎn)中扮演著越來(lái)越重要的角色,但操作者所遇到的故障也在不斷增多,這對(duì)生產(chǎn)造成了很大的影響。
本文通過(guò)對(duì)數(shù)控車床工作原理的介紹,詳細(xì)描述了目前數(shù)控車床所出現(xiàn)的常見(jiàn)故障、診斷方法與診斷原則,并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞: 數(shù)控車床 故障 診斷
數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高柔性、高效率的自動(dòng)化機(jī)床,由于其投資比普通的機(jī)床高得多,因此降低數(shù)控機(jī)床的故障率、縮短故障修復(fù)時(shí)間,對(duì)提高機(jī)床利用率具有十分重要的意義。
目前,數(shù)控機(jī)床的故障診斷一直是困擾操作、維修人員的難題。
由于數(shù)控機(jī)床的安全性和工作可靠性會(huì)對(duì)生產(chǎn)單位的效益產(chǎn)生直接的影響,因此對(duì)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)的診斷十分重要。
1.數(shù)控車床的構(gòu)成與基本工作原理
詳細(xì)地了解數(shù)控車床的基本構(gòu)成及其工作原理,是提高數(shù)控車床故障的分析診斷能力的必要條件。
下圖是數(shù)控車床加工工件的過(guò)程圖。
在數(shù)控車床上加工工件時(shí),操作者首先根據(jù)零件圖制定出加工方案,編寫出零件加工程序,然后在控制裝置編輯狀態(tài)(EDIT)下,輸入加工程序,存入數(shù)控裝置的存儲(chǔ)器中。
數(shù)控裝置對(duì)信息代碼進(jìn)行譯碼、寄存,經(jīng)處理和運(yùn)算,把結(jié)果以數(shù)字信號(hào)的形式分配給機(jī)床各坐標(biāo)的伺服機(jī)構(gòu)。
由數(shù)控裝置發(fā)出的信號(hào),通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)經(jīng)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件,使機(jī)床按規(guī)定的順序、速度和位移量進(jìn)行工作,從而加工出符合圖紙要求的零件。
2.常見(jiàn)故障介紹
按照數(shù)控車床發(fā)生故障的部件分類,我們一般把故障的類型分為以下兩大類。
2.1主機(jī)故障
數(shù)控車床的主機(jī)部分包括機(jī)械、冷卻、潤(rùn)滑、液壓等裝置。
常見(jiàn)的主機(jī)故障有以下幾種。
2.1.1功能性故障是指在工件加工精度方面所出現(xiàn)的故障,表現(xiàn)為加工精度不穩(wěn)定,加工誤差大,運(yùn)動(dòng)反向誤差大,工件表面粗糙度高。
2.1.2動(dòng)作型故障是指機(jī)床各種動(dòng)作故障,表現(xiàn)為主軸不轉(zhuǎn)動(dòng),工件夾不緊,刀架轉(zhuǎn)動(dòng)失調(diào),等等。
2.1.3結(jié)構(gòu)型故障是指主軸發(fā)熱,主軸箱噪聲大,產(chǎn)生切削振動(dòng),等等。
2.1.4使用型故障是指使用及操作不當(dāng)引起的故障,如過(guò)載引起的機(jī)件損壞、撞車等。
2.2電氣故障
數(shù)控機(jī)床的電氣故障可一般可分為弱電故障和強(qiáng)電故障。
弱電故障主要指CNC裝置、伺服單元、輸入和輸出裝置、檢測(cè)裝置等電子電路發(fā)生故障;強(qiáng)電故障是指繼電器、接觸器、開關(guān)、熔斷器、電源變壓器、電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣元器件及其所組成的電路發(fā)生故障。
3.常見(jiàn)故障的診斷
3.1常用的診斷方法
數(shù)控車床出現(xiàn)故障后,我們要從主機(jī)和電氣兩方面進(jìn)行分析,先判斷出到底是主機(jī)故障還是電氣故障,再深入分析、檢查,找出故障點(diǎn),最后予以排除。
3.1.1對(duì)設(shè)備維修人員的要求
維修人員須具備一定的專業(yè)素質(zhì)。
對(duì)特定的維修對(duì)象,維修人員首先要分解掌握系統(tǒng)每一部分的工作原理和車床的機(jī)械結(jié)構(gòu);其次要了解設(shè)備的操作方法,動(dòng)作順序;最后就是對(duì)可能造成故障的各種因素進(jìn)行全面分析并進(jìn)行實(shí)際檢查維修。
每次維修后應(yīng)建立詳細(xì)的設(shè)備檔案,記錄好故障發(fā)生的時(shí)間、現(xiàn)象,以及故障分析、診斷方法、排除故障的方法,如有遺留問(wèn)題也應(yīng)詳盡記錄,這樣不僅能使每次故障都有據(jù)可查,而且可積累維修經(jīng)驗(yàn),為以后的故障維修打好基礎(chǔ)。
3.1.2主機(jī)故障的診斷
對(duì)于常見(jiàn)的主機(jī)故障,診斷的方法比較多,如利用先進(jìn)測(cè)試手段的“現(xiàn)代診斷技術(shù)”和傳統(tǒng)的“實(shí)用診斷技術(shù)”等。
3.1.2.1實(shí)用診斷技術(shù)
此診斷是由維護(hù)人員通過(guò)自己的感覺(jué)器官和經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障進(jìn)行診斷。
運(yùn)用實(shí)用診斷技術(shù)的診斷過(guò)程因故障類型而異,各種方法無(wú)先后之分,可穿插或同時(shí)進(jìn)行,應(yīng)綜合分析,方能取得更好的效果。
實(shí)用診斷技術(shù)不需要復(fù)雜昂貴的儀器,可隨時(shí)隨地進(jìn)行診斷,且快速、便捷、準(zhǔn)確性較高,特別適合對(duì)機(jī)床進(jìn)行初步診斷。
3.1.2.2現(xiàn)代診斷技術(shù)
此診斷是利用診斷儀器和數(shù)據(jù)處理對(duì)機(jī)床機(jī)械裝置的某些特征參數(shù),如振動(dòng)、噪聲和溫度等進(jìn)行測(cè)量,將測(cè)量值與規(guī)定的正常值進(jìn)行比較,以判斷機(jī)械裝置的工作狀態(tài)是否正常,從而對(duì)機(jī)械裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè);并可進(jìn)一步對(duì)機(jī)械裝置的故障原因、部位和故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行定性和定量的分析。
利用現(xiàn)代診斷技術(shù)可在機(jī)械裝置發(fā)生故障的初期,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的部位,并進(jìn)行維護(hù),從而可避免機(jī)械零件的進(jìn)一步損壞。
現(xiàn)代診斷技術(shù)如今已得到了不斷的推廣和應(yīng)用。
3.1.3電氣系統(tǒng)故障的診斷
對(duì)于數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)的故障,其調(diào)查、分析與診斷故障的過(guò)程,也就是故障的排除過(guò)程,因此其故障診斷的方法就特別重要。
下面簡(jiǎn)單介紹一些常用的診斷方法。
3.1.3.1直觀法
主要采用目測(cè)、手摸、通電等方法。
3.1.3.2自診斷功能法
利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能,給出報(bào)警信息,指示故障的大致起因。
3.1.3.3交換法
將相同的模塊和單元互相交換,觀察故障轉(zhuǎn)移的情況,從而快速確定故障的部位。
3.1.3.4儀器測(cè)量比較法
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后,采用常規(guī)電工檢測(cè)儀器,對(duì)故障部分的電壓、電源、脈沖信號(hào)等進(jìn)行實(shí)測(cè),將正常值與故障時(shí)的值相比較,可以分析出故障的原因與所在部位。
3.1.3.5敲擊法
數(shù)控系統(tǒng)由各種電路板組成,每塊電路板上有很多焊點(diǎn),任何虛焊或接觸不良都可能出現(xiàn)故障可用絕緣物輕輕敲打有虛焊或接觸不良的疑點(diǎn)處,若故障出現(xiàn),則故障很可能就在敲擊的部位。
上述幾種方法同時(shí)采用,進(jìn)行故障綜合分析,可快速診斷出故障的部位,從而能快速排除故障。
3.2故障診斷的原則
故障的診斷是排除數(shù)控車床故障非常重要的階段。
在進(jìn)行故障的診斷時(shí)應(yīng)遵循以下原則。
3.2.1先外部后內(nèi)部
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床本身的故障率已變得越來(lái)越低,大部分故障的發(fā)生是非系統(tǒng)本身原因引起的。
維修人員應(yīng)由外向內(nèi)逐一排查,盡量避免隨意啟封、拆卸,否則會(huì)擴(kuò)大故障,使機(jī)床精度喪失、性能降低。
3.2.2先主機(jī)后電氣
一般來(lái)說(shuō),主機(jī)故障較易發(fā)覺(jué),而數(shù)控系統(tǒng)與電氣故障的診斷難度較大。
從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,數(shù)控機(jī)床的故障中有很大部分是由于主機(jī)部分的失靈而引起的。
所以在故障檢修之前,首先應(yīng)注意排除機(jī)械性的故障,這樣往往可以達(dá)到事半功倍的效果。
3.2.3先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)
在車床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)下,通過(guò)了解、觀察、測(cè)試、分析,確認(rèn)通電后不會(huì)造成故障擴(kuò)大或發(fā)生事故,方可給車床通電。
在運(yùn)行狀態(tài)下,進(jìn)行動(dòng)態(tài)的觀察、檢驗(yàn)和測(cè)試,查找故障。
而對(duì)通電后可能會(huì)發(fā)生破壞性故障的,必須先排除危險(xiǎn)后,方可通電。
3.2.4先簡(jiǎn)單后復(fù)雜
當(dāng)出現(xiàn)多種故障互相交織,應(yīng)先解決容易的問(wèn)題,后解決難度較大的問(wèn)題。
簡(jiǎn)單問(wèn)題解決后,難度大的問(wèn)題也可能變得容易。
3.2.5先一般后特殊
在排除某一故障時(shí),要先考慮最常見(jiàn)的可能原因,然后分析很少發(fā)生的特殊原因。
4.實(shí)例分析
故障一:程序運(yùn)行結(jié)束刀具不回零點(diǎn)。
(1)故障原因分析:上述故障可能是控制系統(tǒng)故障所致。
刀具在進(jìn)給或在加工時(shí),電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低,而程序回零點(diǎn)時(shí),則要求快速退回。
電機(jī)高速運(yùn)行,需采用高壓驅(qū)動(dòng)電源,使輸出轉(zhuǎn)矩增大。
控制高壓輸出電源輸出的有一個(gè)開關(guān)三極管,當(dāng)開關(guān)三極管損壞后,高速回零點(diǎn)時(shí)高壓電源打不開,電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不夠,致使刀具回不到零點(diǎn)。
(2)故障處理:更換開關(guān)三極管。
故障二:數(shù)控機(jī)床加工的工件尺寸誤差很大。
(1)故障原因分析:發(fā)生上述故障可能的原因有:絲杠或者絲母與車床連接松動(dòng),空走時(shí)沒(méi)有吃刀阻力,溜板運(yùn)行正常,加工時(shí)切削阻力增大,若絲杠或絲母與車床連接松動(dòng),會(huì)造成加工的工件尺寸漂移;X軸、Z軸絲杠反向間隙過(guò)大,也會(huì)造成工件尺寸漂移;電動(dòng)刀架故障也會(huì)造成工件尺寸漂移。
(2)故障處理:先檢查絲杠或者絲母與車床連接部位,若松動(dòng),緊固連接部分。
再檢查X軸、Z軸絲杠反向間隙,重新調(diào)整并確定間隙。
還要檢查刀架鎖緊裝置及刀架控制箱,最后根據(jù)情況予以排除。
5.結(jié)語(yǔ)
數(shù)控車床是高度機(jī)電一體化的設(shè)備,數(shù)控車床所產(chǎn)生的故障種類繁多,其原因也往往比較復(fù)雜。
因此,我們必須對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行廣泛的研究,探索故障發(fā)生的規(guī)律,并采取有效的診斷方法。
在今后的工作中,我們必須不斷研究、深入探討,只有這樣才能不斷提高數(shù)控車床的故障診斷技術(shù)。
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數(shù)控車床故障診斷方法【2】
摘 要：數(shù)控車床一旦出現(xiàn)故障，診斷方法便是數(shù)控車床維修的關(guān)鍵。
總之，故障類型有不同，應(yīng)采取不同診斷故障的方法。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 故障 診斷方法
數(shù)控車床應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，效利用率的要求也越來(lái)越高，要求其可靠性高的同時(shí)當(dāng)數(shù)控車床出現(xiàn)故障要盡快維修，所以要求其維修人員要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
以下有關(guān)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)和常見(jiàn)故障的常用排除方法。
1. 數(shù)控車床的組成
數(shù)控車床由：程序編制及程序載體、輸入裝置 、 數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)、位置檢測(cè)裝置、輔助控制裝置、車床本體等幾部分組成。
在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，加工零件時(shí)操作者根據(jù)圖樣的要求，通過(guò)不斷改變刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，使刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。
2.工作原理
數(shù)控車床的加工其實(shí)質(zhì)是應(yīng)用了“微分”原理。
其工作原理與過(guò)程可簡(jiǎn)述如下：
2.1. 只要數(shù)控車床的最小移動(dòng)量(脈沖當(dāng)量)足夠小，所用的擬合折線就完全可以等效代替理論曲線;
2.2.只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達(dá)到改變加工軌跡的目的;
2.3. 只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標(biāo)軸(刀具)的運(yùn)動(dòng)速度。
這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控車床控制刀具移動(dòng)軌跡的根本目的。
2.4.只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達(dá)到改變加工軌跡的目的;
2.5. 只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標(biāo)軸(刀具)的運(yùn)動(dòng)速度。
這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控車床控制刀具移動(dòng)軌跡的根本目的。
3.數(shù)控車床故障診斷的方法
3.1.直觀檢查法
維修人員在故障診斷時(shí)首先使用的方法是直觀檢查法。
首先要咨詢，向出現(xiàn)故障的現(xiàn)場(chǎng)人員詳細(xì)咨詢故障產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)、故障現(xiàn)象和故障后果，而且要在整個(gè)的分析、判斷過(guò)程中多次詢問(wèn);第二是認(rèn)真檢查，依據(jù)故障診斷原則從外向內(nèi)逐步進(jìn)行排查。
整體檢查機(jī)床各電控裝置(如潤(rùn)滑裝置、數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置等)有無(wú)報(bào)警指示，各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(比如機(jī)械手位置、主軸狀態(tài)、各坐標(biāo)軸位置、刀庫(kù)等)，機(jī)床局部要觀察電路板上是否有短路、斷路，電路板元器件及線路是否有裂痕、燒傷等現(xiàn)象，芯片是否接觸不良等現(xiàn)象，對(duì)維修過(guò)的電路板，更要檢查有無(wú)缺件、錯(cuò)件及斷線等情況;第三是觸摸，在整機(jī)斷電條件下可以通過(guò)觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、 各功率及信號(hào)導(dǎo)線(如伺服與電機(jī)接觸器接線)的聯(lián)接狀況等來(lái)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障的原因。
3.2. 儀器檢查法
儀器檢查法是使用常規(guī)的電工儀表，對(duì)相關(guān)直流及脈沖信號(hào)及各組交、直流電源電壓等進(jìn)行測(cè)量，從而找出可能的故障問(wèn)題。
例如：拿萬(wàn)用表來(lái)檢查各電源情況，和對(duì)其中一些電路板上布置的相關(guān)信號(hào)狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，拿示波器觀察其脈動(dòng)信號(hào)的幅值、相位或者有、無(wú)，拿PLC 編程器檢測(cè)PLC程序中的故障點(diǎn)及原因。
3.3. 功能程序測(cè)試法
功能程序測(cè)試法是把數(shù)控系統(tǒng)的G、M、S、T、F功能用編程法編成一個(gè)功能試驗(yàn)程序，并存儲(chǔ)在相應(yīng)的介質(zhì)上。
運(yùn)行這個(gè)程序來(lái)完成故障診斷，可快速判定故障發(fā)生的起因。
功能程序測(cè)試法可以適用于以下場(chǎng)合：
3.3.1.當(dāng)機(jī)床加工造成廢品時(shí)，難以確定是數(shù)控系統(tǒng)、還是由于編程操作不當(dāng)故障引起的。
3.3.2.當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機(jī)性故障時(shí)，無(wú)法判斷是系統(tǒng)穩(wěn)定性差，還是外來(lái)干擾的。
3.3.3.當(dāng)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢修或閑置很長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)控機(jī)床在投入使用前時(shí)。
還有接口狀態(tài)檢查法、信號(hào)與報(bào)警指示分析法、試探交換法、參數(shù)檢查法、 診斷備件替換法、特殊處理法、測(cè)量比較法等。
4.數(shù)控機(jī)床故障診斷實(shí)例
數(shù)控機(jī)床最容易發(fā)生問(wèn)題的部分是驅(qū)動(dòng)部分，因?yàn)樗菑?qiáng)弱電一體的。
驅(qū)動(dòng)部分有伺服驅(qū)動(dòng)器和主軸驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊兩部分構(gòu)成，電源模塊是把三相交流電通過(guò)變壓器升壓為高壓直流，而事實(shí)驅(qū)動(dòng)部分是個(gè)逆變換，把高壓支流轉(zhuǎn)換為三相交流，而且驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)是完成主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)和伺服軸的運(yùn)動(dòng)。
所以這部分最容易出現(xiàn)故障。
以802S數(shù)控系統(tǒng)和CJK6136數(shù)控機(jī)床的故障現(xiàn)象為例，分析一下控制電路與機(jī)械傳動(dòng)接口的故障診斷與維修。
數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中，主軸經(jīng)常不能回參考點(diǎn)。
則在數(shù)控操作面板上，主軸轉(zhuǎn)速顯示也不確定主軸運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。
經(jīng)分析，由于該機(jī)床采用的是變頻調(diào)速，其轉(zhuǎn)速信號(hào)由編碼器提供，可以排除編碼器損壞的可能，因?yàn)檫@樣根本就無(wú)法傳遞轉(zhuǎn)速信號(hào)，只有是編碼器與其連接單元出現(xiàn)問(wèn)題。
從兩個(gè)方面考慮，一是數(shù)控系統(tǒng)連接的ECU連接有可能松動(dòng)，二是和主軸的機(jī)械連接有可能出現(xiàn)問(wèn)題。
然后著手解決故障。
第一檢查編碼器與ECU的連接。
如果不存在問(wèn)題，就拆卸編碼器檢查是否是主傳動(dòng)與編碼器之間的連接鍵脫離鍵槽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)就是這個(gè)故障。
維修恢復(fù)并重新安裝問(wèn)題就解決了。
產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床故障的原因有很多，有數(shù)控系統(tǒng)本身的問(wèn)題、驅(qū)動(dòng)元件的問(wèn)題、機(jī)械問(wèn)題、傳感元件的問(wèn)題、線路連接的問(wèn)題、強(qiáng)電部分的問(wèn)題等。
檢修過(guò)程中，重要的是分析故障產(chǎn)生原因的可能性和范圍，然后逐一排除，直到找出故障點(diǎn)，千萬(wàn)不可盲目的下手，否則，不但問(wèn)題解決不了，還可能造成故障范圍的擴(kuò)大。
總之，在解決數(shù)控機(jī)床故障和維修問(wèn)題時(shí)，第一要防患于未燃，在數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)問(wèn)題之提早去發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題，要了解機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和工作原理，做好日常的維護(hù)保養(yǎng)工作，這樣就能做到有的放矢，更好的解決問(wèn)題。
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