浅谈数控机床的故障诊断与维修方法

学术论文 2018-08-30 10:40:14
  数控机床是一种高精度,高效的自动化机床,它综合了计算机技术,信息技术,自动控制,精密测量,现代机械制造等各个领域的新的技术成果,是机械加工领域中典型的机电一体化产品。由于其经济性能好,生产效益高,是实施现代先进制造技术的机械设备,在生产上处于越来越重要的地位。因此,数控机床数量的多少与技术水平的高低是衡量一个国家工业现代化的重要标志。当前,我国的数控机床的拥有量远不如发达国家,为了提高机床的使用率,提高系统的可靠性,数控机床的故障诊断与维修技术显得越来越重要,维护保养和维修水平直接影响到机床的使用率。下面我结合近年的教学经验和实践经验,浅谈一下数控机床故障诊断与维修的基本方法。 
  一、数控机床的基本结构 
  谈起诊断,必须先清楚了解机床的主要结构。我们简单的将数控机床分为三部分,即: 
  CNC、伺服系统和PLC。CNC的作用就相当于人脑,起指挥作用。伺服就相当于人的四肢,是实现功能的,在实现功能的同时,它会进行各种各样的插补计算,其中有的插补运算,例如FANUC 32i系统,它实行插补运算时是nm级,而输出时又转换成μm级输出,足以说明它的精密。PLC主要实现逻辑操作,用逻辑控制量“1”和“0”这两种状态来控制设备。例如气动、液压、润滑、冷却、排屑器等装置。那么这三大部分是如何连接的呢?这就是我们所说的两条总线,即FSSB(伺服总线),I/O Link(串行总线)这两条总线把三大部件连接起来,实现控制运动的功能。 
  二、数控机床故障诊断的一般方法 
  对于数控机床的故障诊断,一般首先检查操作方法是否错误。在数控加工过程中,操作是比较繁琐的,对于初学者尤为重要,有以下几点必须注意:1.通电后各坐标是否回零,注意数控铣和数控车回零的坐标先后是不相同的,有的先回X坐标,有的则先回Z坐标,这要根据具体的机床而言;2.机床各非急停按钮是否被按下,正常情况下,非急停按钮都是在未按下状态的;3.机床各坐标是否在极限位置,如果机床在原点附近,回零时,必须先向相反方向移动,到减速区后再回零。通常这个距离是设定好的。其次是注意观察故障出现是有规律的还是偶然的,对于有规律的故障则是因为机床存在某确定的问题,对于偶然性的故障,则可能是由于连续线接触不良、干扰、电源不稳定等临时故障引起的,然后是检查出现故障是否和周围环境有关等等。总之,引起数控机床故障的原因是多种多样的,这样就使得数控机床的故障具有复杂性和特殊性。具体来讲,处理数控机床故障方法主要有以下几种: 
  (1)直观法。即靠人的感管功能(视、听、触、嗅等),借助一些常用工、量具对机床的运行状态进行监测和判断的过程,将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板; 
  (2)替换法。利用备用模块或电路板替换有故障疑点的模块或电路板,观察故障转移的情况,这是常用而简便的故障检测法; 
  (3)自诊断功能法。数控系统的自诊断功能,已经成为衡量数控系统特性的重要指标,数控系统的自诊断功能按诊断的时间先后可以分为启动自诊断,在线自诊断和离线诊断,一旦发生异常,便会出现报警信息,但通常显示的报警都是一种综合故障的反映,要寻找故障原因,还需进一步排查。 
  (4)参数检查法。数控机床的参数设置是否合理,参数的变化会直接影响机床的性能,甚至机床不能正常工作,出现故障,参数通常放在磁沧存储器或由电池保持的RAM中,一旦外界干扰成电池电压不足,会使系统参数丢失或发生变化引起混乱现象。因此,参数检查是一项重要的诊断。 
  (5)功能程序测试法。功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能用手工编程或自动编程的方法,编制成一个功能测试程序,送入数控系统,故障诊断时运行这个试验程序,借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性,进而判断出故障发生的可能原因。 
  (6)测量法。测量法类似于对比法,是利用万用表、钳形电流表、相序表、示波器、频谱分析仪等仪器,对故障疑点进行电流、电压和波形测量,与正常值进行比较,分析故障所在位置。 
  三、数控机床的维修 
  对于数控机床的维修,重要的是发现故障。特别是数控机床的外部故障。有时诊断过程比较复杂,但一旦发现问题所在,解决起来比较简单。对外部故障诊断应遵从以下两条原则:首先要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次,要会利用PLC梯形图。NC系统的状态显示功能或机外编程器监测PLC的运行状态,一般只要遵从以上原则,小心谨慎,一般的数控故障都会及时排除。还有些故障不产生故障报警信息,只是动作完不成,这些就要根据维修经验,机床的工作原理和PLC运行情况来分析判断了。例如,我们上次在实验就有这样一个例子,在数控车床上,用转塔来换刀,有一个2刀位始终找不到位置,导致换刀不正确,其他刀位均是正常的,在故障排查过程中,发现PLC的逻辑信号是正常的,然后打开刀架上部的端盖,转了一下编码器,看是不是接触不良引起的,继续进行换刀动作,这次发现故障消除了,过了一会,这个故障又重现了,最后的结论是,编码器存在一定的问题,在2号刀位其反馈信号不能被系统识别,导致刀架检测不到具体位置,需要更换编码器。 
  数控机床故障产生的原因是多种多样的,有机械问题、数控系统的问题、传感元件的问题、驱动元件的问题、强电部分的问题、线路连接的问题等。在检修过程中,要分析故障产生的可能原因和范围,然后逐步排除,直到找出故障点,切勿盲目的乱动,否则,不但不能解决问题,还可能使故障范围进一步扩大。总之,在面对数控机床故障和维修问题时,首先要防患于未燃,不能在数控机床出现问题后才去解决问题,要做好日常的维护工作和了解机床本身的结构和工作原理,这样才能做到有的放矢。
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