黃智華

(云浮市技工學(xué)校,廣東云浮 527300)

淺談數(shù)控機(jī)床故障診斷及維修

黃智華

(云浮市技工學(xué)校,廣東云浮 527300)

隨著機(jī)械加工行業(yè)的迅猛發(fā)展,數(shù)控加工技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,數(shù)控機(jī)床的使用率也越來(lái)越高。然而在數(shù)控機(jī)床的使用率越來(lái)越高的同時(shí),機(jī)床出現(xiàn)故障就成了數(shù)控機(jī)床使用者最頭痛的問(wèn)題,也成為制約數(shù)控機(jī)床推廣的因素之一。本文就本人多年從事數(shù)控機(jī)床操作與維修的工作實(shí)踐,淺談數(shù)控機(jī)床的一般故障診斷及維修方法,希望能對(duì)從事相關(guān)工種的人員有一定借鑒作用。

數(shù)控機(jī)床 故障診斷 維修

數(shù)控機(jī)床是集光、機(jī)、電一體的新一代高新技術(shù)的產(chǎn)品，生產(chǎn)效率比普通機(jī)床要高上幾倍。雖然數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)的可靠性得到很大的提高，但由于各相關(guān)方面的影響，如因操作者的操作的不當(dāng)，維護(hù)不合理等而產(chǎn)生故障，造成停機(jī)待修等故障，往往給企業(yè)或工廠所造成的直接和間接損失。

圖1

1 數(shù)控機(jī)床維修步驟

數(shù)控機(jī)床主要由加工程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體等幾大部件組成，如圖1所示。

對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障維修一般采用先觀察出現(xiàn)故障時(shí)數(shù)控車(chē)床外部表現(xiàn)特征；然后從故障表現(xiàn)特征判斷故障出現(xiàn)的大致模塊；再針對(duì)故障模塊進(jìn)行逐一檢測(cè)，查找出故障部件；最后排除故障。具體細(xì)致可以分為如下面的幾個(gè)步驟：(1)詢問(wèn)：向數(shù)控車(chē)床的操作者詢問(wèn)故障出現(xiàn)的具體現(xiàn)象，在故障出現(xiàn)前操作者的全部操作過(guò)程以及出現(xiàn)故障時(shí)數(shù)控車(chē)床外部表現(xiàn)特征，通過(guò)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，初步確診數(shù)控車(chē)床的出現(xiàn)故障的可能性。(2)故障分析：判斷故障出現(xiàn)的大致模塊(系統(tǒng)內(nèi)部模塊、控制電路模塊、機(jī)械模塊、人為因素等)。這是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，只有正確的確定了故障模塊，才可能在最短的時(shí)間內(nèi)、最準(zhǔn)確地排除故障。如不能判斷故障模塊，就需要對(duì)各個(gè)模塊逐一檢測(cè)、判斷。(3)深入對(duì)故障檢測(cè)，排除故障：對(duì)具體的故障模塊進(jìn)行有針對(duì)性的、細(xì)致的檢測(cè)，找出出現(xiàn)故障的具體的元器件和出現(xiàn)故障的原因，排除故障。

圖2 編碼器、手輪以及電源連接圖

圖3 進(jìn)給控制框圖

2 典型故障分析

案例1我學(xué)校(云浮市技工學(xué)校)使用CJK6140數(shù)控車(chē)床，配GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)(DA98交流伺服驅(qū)動(dòng))。學(xué)生反映開(kāi)機(jī)后出現(xiàn)以下情況：(1)數(shù)控系統(tǒng)的液晶顯示在通電后，幾分鐘內(nèi)會(huì)慢慢的變暗，最后看不到顯示；(2)換刀時(shí)，刀架轉(zhuǎn)不停。

故障排除過(guò)程：

(1)詢問(wèn)：學(xué)生上課時(shí)直接通電后就出現(xiàn)這種情況，而且在這之前沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)類似的情況。判斷：系統(tǒng)故障是非人為因素造成，屬于機(jī)床硬件故障。

(2)故障分析：故障現(xiàn)象1產(chǎn)生的原因是由于系統(tǒng)背光電源出現(xiàn)故障引起的，但引起背光電路故障的因素又可能為：系統(tǒng)背光電路中的X9313芯片出現(xiàn)老化或損壞，如果是這個(gè)原因則系統(tǒng)對(duì)應(yīng)輸出端口的+5V端子沒(méi)有電壓；外部與系統(tǒng)+5V連接的電路中出現(xiàn)短路故障，其中與系統(tǒng)+5V連接的電路最常見(jiàn)的有編碼器電路、手輪電路以及電源電路(如圖2)。

故障現(xiàn)象2產(chǎn)生的原因可能為：系統(tǒng)電路中的ULN2803A芯片損壞，如ULN2803A損壞時(shí)進(jìn)行換刀操作，對(duì)應(yīng)刀位的輸出電壓與實(shí)際不相符；換刀時(shí)電壓過(guò)低(正常電壓高于+23V)；從刀架控制電路到系統(tǒng)的電路出現(xiàn)故障，通過(guò)系統(tǒng)的故障診斷參數(shù)可以判斷刀架信號(hào)是否反饋回電腦；刀架發(fā)信盤(pán)故障，測(cè)量發(fā)信盤(pán)霍爾元件是否損壞。

(3)深入檢測(cè)，故障排除：對(duì)于故障現(xiàn)象1根據(jù)故障分析進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)與背光電路相關(guān)的端子的輸出均正常，手輪電路也正常，編碼器的0V與+5V短路，檢查編碼器，編碼器內(nèi)部的0V與+5V短路；判定車(chē)床的主軸編碼器損壞，更換編碼器后系統(tǒng)液晶顯示正常，故障得到解決。對(duì)于故障現(xiàn)象2根據(jù)故障分析進(jìn)行檢測(cè)：檢查系統(tǒng)診斷參數(shù)——沒(méi)有信號(hào)反饋到電腦；檢測(cè)系統(tǒng)在換刀時(shí)相應(yīng)端子輸出的24V電壓——正常；檢測(cè)刀架發(fā)信盤(pán)時(shí)，發(fā)現(xiàn)換刀時(shí)反饋電壓只有+16V；進(jìn)一步的查看換刀電壓，發(fā)現(xiàn)電壓過(guò)低是由于上拉電阻老化引起的，更換新的2KΩ/0.5W上拉電阻，試機(jī)一切正常，故障排除。

案例2一臺(tái)CJK6140O數(shù)控車(chē)床配置GSK980TD+DA98A伺服系統(tǒng)，X軸驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)ERR4報(bào)警。

故障排除過(guò)程：

(1)故障分析。通過(guò)查詢DA98A說(shuō)明書(shū)，ERR4報(bào)警解釋為：位置超差。引起這報(bào)警是由于位置偏差計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)值超過(guò)“位置超差檢測(cè)范圍”這個(gè)參數(shù)設(shè)定的值。GSK980TD+DA98A的配置的控制框圖如圖3所示，從系統(tǒng)發(fā)出來(lái)的位置指令脈沖與伺服電機(jī)光電編碼器反饋回來(lái)的脈沖在驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行運(yùn)算，位置指令脈沖到來(lái)進(jìn)行加法運(yùn)算，伺服電機(jī)光電編碼器反饋回來(lái)的脈沖進(jìn)行減法運(yùn)算，得到的偏差值即為位置偏差計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。由此可以判定故障有可能由以下原因引起：1)系統(tǒng)或伺服相關(guān)的參數(shù)設(shè)置異常，引起指令脈沖頻率過(guò)高，轉(zhuǎn)矩不足等；2)光電編碼器故障或電纜引線接錯(cuò)，使當(dāng)前位置脈沖反饋失效；3)伺服電機(jī)或絲杠機(jī)械卡死，光電編碼器轉(zhuǎn)不起來(lái)；4)轉(zhuǎn)矩不足；5)驅(qū)動(dòng)器損壞；6)電機(jī)U，V，W引線接錯(cuò)。

(2)故障排除。排除故障步驟圖如圖4，由于原因有可能是電氣故障，也有可能是機(jī)械故障，所示先上電觀察X軸驅(qū)動(dòng)是否報(bào)警；如有，一般是驅(qū)動(dòng)器電路板故障，只能更換同型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器。如沒(méi)有報(bào)警，可檢查系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的參數(shù)是否設(shè)置正確，如系統(tǒng)的電子齒輪比、快速定位速度、加減速時(shí)間常數(shù)等；伺服驅(qū)動(dòng)器的位置超差檢測(cè)范圍，位置比例增益、轉(zhuǎn)矩限制值等。然后再按圖4步驟進(jìn)行排除。在維修過(guò)程中，當(dāng)斷開(kāi)伺服電機(jī)與絲桿時(shí)，發(fā)現(xiàn)絲桿機(jī)械卡死，同時(shí)其表面附有一層鐵粉，懷疑有鐵粉進(jìn)入了螺母座里面使?jié)L珠卡死無(wú)法傳動(dòng)，從而絲桿機(jī)械卡死，拆下絲桿和螺母座用柴油清洗，重新安裝后工作正常。

圖4 故障排除步驟圖

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，故障千變?nèi)f化，維修方法也不盡相同，一篇短文很難盡述。從以上兩個(gè)例子，我們知道，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的維修時(shí)，要多思多想，認(rèn)真仔細(xì)，注意合理使用逐層深入、層層分析的方法。遇到問(wèn)題時(shí)要先想、問(wèn)、再分析、然后深入分析、最后動(dòng)手解決問(wèn)題，切忌盲目動(dòng)手，這樣才有利于更快、更準(zhǔn)的解決問(wèn)題。為推動(dòng)數(shù)控事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]孫漢卿,主編.《數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社,2004(1).

[2]龔仲華,主編.《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修500例》.機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3]GSK980TA、GSK980TD車(chē)床CNC操作說(shuō)明書(shū),2007(5).

[4]GSKDA98系列電機(jī)驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明書(shū),艾默生EV1000系列通用變頻器用戶手冊(cè).

[5]《GSK數(shù)控系統(tǒng)維修手冊(cè)》,2006(5).

表2 電流速斷保護(hù)計(jì)算表

表3 過(guò)負(fù)荷保護(hù)計(jì)算表

表4 低電壓保護(hù)計(jì)算表

5 結(jié)語(yǔ)

采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)及單相接地保護(hù)這四種保護(hù)的實(shí)例，可在以后的設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和使用。

在進(jìn)行水泵電機(jī)供電設(shè)計(jì)時(shí)，可將水泵工作接地、保護(hù)接地與整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合接地系統(tǒng)可靠連接，盡量將其接地電阻值減小，輔以供電電源系統(tǒng)進(jìn)行中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，以增大發(fā)生單相接地故障時(shí)的故障電流，使單相接地保護(hù)跳閘更加可靠性。

瑞鋼工業(yè)有限公司電爐冷卻水泵功率大，保護(hù)采用了相間短路保護(hù)(電流速斷保護(hù))、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)及單相接地保護(hù)共四種，整定值計(jì)算在保證保護(hù)靈敏度滿足要求，保護(hù)可靠的前提下，從工程投資方面考慮，選擇了電流速斷保護(hù)。在其他工程設(shè)計(jì)中，也有

參考文獻(xiàn):

[1]卓樂(lè)友，編.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)(電氣二次部分).中國(guó)電力出版社.

[2]呂繼紹，編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原理.水利電力出版社.

[3]電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范,GB50062-2008.

[4]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 任元會(huì)主編.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)電力出版社,2005.

[5]鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè).冶金工業(yè)出版社.