关于数控机床故障的维修思路

作者:本网编辑 文章来源:数控机床网 发布时间:2011-03-28
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故障分类

数控机床的常见故障按性质产生原因分为以下几类:

系统性故障和随机性故障

所谓故障的系统性故障和随机性故障是说故障有其必然性和偶然性,也就是说有些故障是可以避免的,有些是不可避免的。系统性故障是指机床或数控系统部 分在一定的条件下必然出现的故障;随机性故障指偶然性出现的故障,一般随机性故障往往是由于机械结构的局部松动和错位,控制系统中的元件出现工作特性漂 移,机床电器元件可靠性下降等原因造成的,这类故障在同样的条件下只偶然出现一两次,需反复试验和综合判断才能排除。

有诊断显示故障和无故障显示故障

顾名思义,就是当数控系统发生故障时,系统有无诊断显示。目前,数控机床配置的数控系统都有较丰富的自诊断功能,日本和德国的数控系统,以及国产的 KND数控系统都具有几百条报警信号,有诊断显示故障一般都与控制部分有关,根据报警内容,较容易找到故障原因。无诊断显示的故障,往往机床停在某一位置 不能动,甚至手柄操作也失灵,维修人员只能根据出现故障前后的现象来分析判断,排除故障。

破坏性故障和非破环性故障

以故障有无破环性将故障分为破环性故障和非破坏性故障。对于破环性故障,如伺服系统失控造成撞车短路等,维修难度大,有一定的危险,修后不允许再次出现这类现象。非破坏性故障可经多次反复试验直至排除,不会对机床造成损坏。

机床运动特性故障

这类故障发生后,机床照常运行,也没有任何报警显示,但加工出的工件不合格,这些故障,必须在检测仪器配合下,对电气控制系统、伺服系统、机械连接、液压系统等进行综合分析,采取综合措施。

硬件故障和软件故障

以发生故障的部位将故障分为硬件故障和软件故障。硬件故障只要通过更换某些元器件即可排除,而软件故障一般是因程序编制错误或参数设置错误造成的,只要通过修改程序内容或修订机械参数就可排除。

数控机床的故障诊断

如何对数控机床出现的故障做出正确的判断与分析,如何缩短排查时间,提高维修速度,除维修人员丰富的维修经验和高超的维修水平外,合理的检查、排除故障程序也是非常重要的。

先检查外部故障后检查内部故障

随着科学技术突飞猛进的发展,现代数控系统的可靠性越来越高,数控系统本身的故障越来越低,而大部分故障的发生是非系统本身的原因引起的,由于数控 机床是机械、电器、液压三部分组成,故障的发生也只会在这三个部分反映出来,维修人员应先由外向内逐一进行排查,尽量避免随意启封、拆卸,否则会扩大故 障,使机床丧失功能,降低精度,外部的故障主要是由于检测开关,液压元件机械连接件,气动元件,电器执行元件等出现问题引起的。

先检查机械故障后检查电气故障

一般的机电机械设备,发生最多的是机械故障,最易发觉的也是机械故障。数控系统及电器故障的诊断难度较大,同时,电器故障发生的频率也较低,所以,在故障诊断检测之前,首先注意排除机械性的故障,然后再检查电气部分。

先静态检查后动态检查

先在机床断电的静态状态,通过了解、观察、测试、分析、确认通电后不会造成故障扩大,发生事故后,方可给机床通电;而对通电后会发生破坏性故障的,必须先排除危险后,确信不会发生危险时,方可开动机床,在运行状态下,进行动态的观察、检查和分析,查找故障及故障原因。

先简单后复杂

数控机床的故障往往是各种故障交织在一起的,往往使维修人员无从下手,所以,无论多么错综复杂,一定要先易后难,先解决简单的问题,从最基本的部分 逐步排查直到复杂的故障。积这几年的经验总结,大多数的情况是简单的问题解决了,复杂的问题也就显露出来或变得简单的多,容易解决的多。

故障排除

数控机床的故障大多以综合形式出现,要排除故障,首先在确定其产生的确切原因,然后才可以通过修理、调整有关元器件恢复机床的性能。以下是数控机床常用的故障排除方法。

调查故障现场

机床故障发生后,维修人员首先向操作者了解机床使用情况,故障可以再现时,注意观察故障现象,在什么情况下出现,操作者采取了什么措施,采取措施 后,故障有无新的变化,查看机床各部位工作状态是否处于正常状态,数控装置有无报警指示,切断电源后,检查线路板,电器元件有无松动等。通过初步检查可以 发现一些不易察觉的一些很小但却是致命的毛病,如:断脚、虚焊、接触不良等故障。

例:一台X62W数控铣床,运行一段时间后,CRT显示器突然出现无显示故障,而铣床按照其程序仍然正常运行,停机后重新开机又一切正常,过一段时 间,故障又莫名其妙的出现,这样反复观察后发现,每当设备发生振动时,故障依然重现,初步判断显示元件可能接触不良,当检查显示板时,CRT显示突然消 失,根据故障的现象和位置检查,发现有一晶振的两个引脚虚焊松动,重新焊接后,故障消失。

初始化复位法

一般情况下,由于瞬时故障引起的系统报警可用硬件复位或开关系统电源,依次来清除故障。若系统工作存贮区由于掉电,拔插线路板或电池欠压造成混乱,则必须对系统进行初始化清除,清除前注意作好数据拷贝记录,若初始化后故障仍无排除,则进行硬件诊断。

例:一台CK6140数控车床,通电并按下自动运行键,但系统拒不执行指令,也不显示故障自检提示,显示屏只显示菜单及显示X向和Z向尺寸超量,即超过加工最大量,经检查,程序、参数等都正确无误。采用初始化复位法,使系统清零复位,车床恢复正常。

自诊断法

近年来,数控系统已具备非常强的自诊断功能,并能随时监视数控系统的工作状态,利用自诊断功能,能显示出系统与主机之间的接口信息状态,从而判断出故障发生在机械部分还是数控部分,并显示出故障的大体部分(故障代码),维修人员可以按照代码指示故障检查维修即可。

功能程序检测法

功能程序检测法是将数控系统的G,M,S,T,F功能用编程法编成一个功能试验程序,储存在相应的介质上,在故障诊断时运行这个程序,可快速判定故障发生的可能起因。

功能程序检测法常应用于加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当,还是数控系统故障引起;数控系统出现随机性故障,一时难以区别是外来干扰,还是系统稳性不好;机床闲置时间长而启用时也可以应用该程序进行检修。

例: 一数控立式铣床在加工某一曲线零件时,出现爬行现象,表面粗糙度极差,用测试程序测试,直线圆弧插补时皆无爬行,由此确定原因不在机床方面。对加工程序仔 细检查后发现该曲线由很多小段圆弧组成,而编程时除使用了正确定位外,又使用了Gbl指令之故,将程序中的G61取消,改用G64后,爬行现象消除。

备件替换法

当机床发生故障时,经反复排查,将故障范围排除某一范围时,比如各轴的连接线、发讯管及印刷线路板、集成电路芯片、模块的时候,最常用的方法是备件 替换法;即将合格的部件与之调换,以尽快对故障做出正确判断。作法是:将相同型号的数控系统中确认没有问题的部件更换掉怀疑有问题的部件,启动车床,观察 其运行情况。如果机床运行正常,故障的范围就被确认,反之,就当另找它途。

当然更换时,一定要注意,硬件接线、印刷线路板的版本、发讯管型号,拷贝原机床系统的参数等。

例: 一台数控车床出现X向进给正常,Z向进给出现振动,噪音大,糙糙度差,采用手动和手摇脉冲进给时也如此,观察各驱动板指示灯亮度及其变化基本正常,疑是Z 轴步进电机及其引线开路或Z轴机械故障,遂将Z轴电机线引换到X轴电机上;;X轴电机运行正常,说明Z轴电机引线完好;又将X轴电机引线换到Z轴电机上, 故障依旧。可以断定是Z轴电动机故障或Z轴机械故障。后经检测:主要是丝杠与连接键松动及消隙齿轮箱消隙螺丝松动,重新调整后,故障排除,Z向恢复正常。

参数检查法

系统参数是确定系统功能的依据,参数设定错误就可能造成系统的故障或某些功能无效,发生故障时应及时核对系统参数,且保存在相应的介质中,一旦机床无法正常工作,参数丢失等故障,可以通过核对修正参数,排除故障。

例:一台数控铣床上采用了测量循环系统,这一功能要求一个背景存贮器,调试发现这一功能无法实现,检查后发现确定背景存贮器存在的数据位没有设定,经设定后功能正常。

分析原理法

根据数控系统的组成原理,可以从逻辑上分析各点的逻辑电平和特性参数,如对电压值和波形使用仪器仪表进行测量、分析、比较,从而确定故障部位。

机械方面故障

数控机床是一个机电技术高度统一的设备,除了电器方面的原因外,机械方面的故障也频频出现,特别是旧机床改造的数控机床。除了机床原机械件的损坏 外,改造过程中的机械件的连接,如齿轮箱与电机连接,齿轮箱与丝杠连接,丝杠本身的精度及损坏均可能造成故障或加工精度的误差,由于机械方面的故障比较直 观,检查起来也容易的多,修理起来也容易的多,这里不多赘述。

总之数控机床的故障原因是多种多样的,检修人员一定要对其结构原理非常清楚,在故障出现时才能不拘泥于一种思维模式,可以同时选用几个方案,多种方法灵活应用,综合分析,才能逐一缩小故障范围,较快的排除故障。

结束语

近几年来,数控系统种类繁多,故障千差万别,维修方法也不尽相同。前文关于数控机床常见故障的诊断分析排除方法,是在长期的设备改造过程中,常见故 障的探索中总结出来的,应该说给维修人员提出了一个思路和方法,有一定的借鉴意义。另外维修人员务必要做好记录,内容包括故障发生的时间、现象及故障分 析、诊断方法、采用排除故障的方法等,如有遗留问题应详尽记录,这样不仅使每次故障都有据可查,而且也可积累经验,为以后的故障排查维修积累经验,当故障 重现时,可以减少诊断、检查、维修时间,减少停车时间,为数控设备正常使用提供保证。

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