數(shù)控機(jī)床的電氣維修與故障的排除

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[摘　要]　本文主要講述了數(shù)控機(jī)床常見電氣故障的分類,遇到電氣故障時(shí)的檢查與分析方法,常見電氣故障的維修與排除辦法。

[關(guān)鍵詞]　數(shù)控機(jī)床;電氣維修;故障　 　隨著電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。以微處理器為基礎(chǔ),以大規(guī)模集成電路為標(biāo)志的數(shù)控設(shè)備,給機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件,并帶來了很大的效益。但同時(shí),由于它們的先進(jìn)性、復(fù)雜性和智能化高的特點(diǎn),在故障診斷、維修理論、技術(shù)和手段上都發(fā)生了飛躍的變化。本文針對數(shù)控機(jī)床的電氣維修與故障的排除進(jìn)行簡要的探討。　 　1　常見電氣故障分類數(shù)控機(jī)床的電氣故障可按故障的表象、性質(zhì)、原因或后果等分類。 1. 1　以故障發(fā)生的部位,可分為硬件故障和軟件故障。硬件故障是指電子元器件、電線電纜、印制電路板、接插件等的不正常狀態(tài)甚至損壞,這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟件故障一般是指PLC程序中產(chǎn)生的故障,需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)甚至修改PLC程序才可排除的故障。 1. 2　以故障出現(xiàn)時(shí)有無報(bào)警,分為有診斷報(bào)警故障和無診斷報(bào)警故障。當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)都設(shè)計(jì)有自診斷程序,結(jié)合故障指示燈,實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件性能,一旦發(fā)現(xiàn)故障則會(huì)立即報(bào)警或者有文字說明在屏幕上顯示出來,結(jié)合系統(tǒng)配備的診斷手冊不僅可以找到故障發(fā)生的原因、部位,而且還有排除的方法提示。機(jī)床廠家也會(huì)針對具體機(jī)床設(shè)計(jì)有相關(guān)的故障報(bào)警及診斷說明書。這兩部分有診斷報(bào)警的故障加上各電氣裝置上的各類報(bào)警指示燈使得絕大多數(shù)電氣故障的排除較為容易。無診斷指示的故障,這類故障的排除比較困難。則要依靠對產(chǎn)生故障前的工作過程和故障現(xiàn)象及后果,并依靠維修人員對機(jī)床的熟悉程度和技術(shù)水平加以分析、排除。以故障出現(xiàn)的或然性,分為系統(tǒng)性故障和隨機(jī)性故障;以故障有無破壞性,分為破壞性故障和非破壞性故障等多種分類方式。但不管怎么樣,任一種故障的產(chǎn)生往往是多種類型的混合,這就要求維修人員進(jìn)行具體問題具體分析,采取相應(yīng)的分析、排除法,最終解決故障。 2　故障的檢查與分析這是排除故障的第一步,是關(guān)鍵的一部份。 2. 1　故障處理前的工作 2. 1. 1　詢問調(diào)查在接到機(jī)床現(xiàn)場出現(xiàn)故障要求排除的信息時(shí),首先應(yīng)要求操作者盡量保持現(xiàn)場故障狀態(tài),不做任何處理,這樣有利于迅速精確地分析故障原因。同時(shí)仔細(xì)詢問故障指示情況及故障產(chǎn)生的背景情況,依此做出初步判斷。 2. 1. 2　現(xiàn)場檢查到達(dá)現(xiàn)場后,首先要驗(yàn)證操作者提供的各種情況的準(zhǔn)確性、完整性,從而核實(shí)初步判斷的準(zhǔn)確度。不要急于動(dòng)手處理,仔細(xì)調(diào)查各種情況,以免破壞了現(xiàn)場,使排除故障增加難度。 2. 1. 3　故障分析根據(jù)已知的故障狀況分析故障類型,從而確定排除故障原則。由于大多數(shù)故障是有指示的,所以一般情況下,對照機(jī)床配套的診斷手冊和使用說明書,可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。 2. 1. 4　確定原因?qū)Χ喾N可能的原因中找出本次故障的真正原因,當(dāng)然可能需要多次測試,這是對維修人員對該機(jī)床熟悉程度、知識水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和分析判斷能力的綜合考驗(yàn)。 2. 2　電氣故障的常用診斷方法數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)故障的調(diào)查、分析與診斷的過程也就是故障的排除過程,在排除故障期間,應(yīng)充分利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能來進(jìn)行判斷,同時(shí)還要靈活運(yùn)用電氣故障的常用診斷方法。 2. 2. 1　直觀法這是分析故障最初采用的方法,就是利用感官的檢查。它主要是利用人的感官對故障發(fā)生時(shí)的各種光、聲、味等異常現(xiàn)象的觀察以及察看系統(tǒng)的每一處,遵循“先外后內(nèi)”的原則,診斷故障采用望、聞、問、摸等方法,由外向內(nèi)逐一檢查,往往可將故障范圍縮小到一個(gè)模塊或一塊印刷線路板。這要求維修人員具有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),要有多學(xué)科的較寬的知識和綜合判斷的能力。 2. 2. 2　接口狀態(tài)檢查法現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)多將PLC集成于其中,而CNC與PLC之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號錯(cuò)誤或丟失相關(guān)的,這些接口信號有的可以在相應(yīng)的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示,有的可以通過簡單操作在CRT屏幕上顯示,而所有的接口信號都可以用PLC編程器或者相應(yīng)的PC調(diào)出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機(jī)床的接口信號,又要熟悉PLC編程器的應(yīng)用。 2. 2. 3　參數(shù)調(diào)整法眾所周知,數(shù)控參數(shù)能直接影響數(shù)控機(jī)床的性能。數(shù)控系統(tǒng)、PLC及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都設(shè)置許多可修改的參數(shù)以適應(yīng)不同機(jī)床、不同工作狀態(tài)的要求。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機(jī)床相匹配,而且更是使機(jī)床各項(xiàng)功能達(dá)到最佳化所必需的。因此,任何參數(shù)的變化甚至丟失都是不允許的;而隨機(jī)床的長期運(yùn)行所引起的機(jī)械或電氣性能的變化會(huì)打破最初的匹配狀態(tài)和最佳化狀態(tài)。此類故障多需要重新調(diào)整相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)方可排除。這種方法對維修人員的要求是很高的,不僅要對具體系統(tǒng)主要參數(shù)十分了解,既知曉其地址熟悉其作用,而且要有較豐富的電氣調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。 2. 2. 4　交換法交換法是一種簡單易行的方法。當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障板或者不能確定是否故障板而又沒有備件的情況下,可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個(gè)板互換檢查。在交換前一定要注意所要模板是否完好,而且狀態(tài)是否一致,故不僅硬件接線要正確交換,還要將一系列相應(yīng)的參數(shù)交換,否則不僅達(dá)不到目的,反而會(huì)產(chǎn)生新的故障造成思維的混亂,一定要事先考慮周全,設(shè)計(jì)好軟、硬件交換方案,準(zhǔn)確無誤再行交換檢查?！　?3　電氣維修與故障的排除這是排除故障的第二步,是實(shí)施階段。電氣故障的分析過程也就是故障的排除過程,此列舉幾個(gè)常見電氣故障做一簡要介紹,供大家參考。 3. 1　數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)故障 3. 1. 1　位置環(huán)報(bào)警?？赡苁俏恢脺y量回路開路;測量元件損壞;位置控制建立的接口信號不存在等。 3. 1. 2　坐標(biāo)軸在沒有指令的情況下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)?？赡苁瞧七^大;位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋;反饋接線開路;測量元件損壞。 3. 2　機(jī)床坐標(biāo)找不到參考點(diǎn)主要是回參考點(diǎn)減速開關(guān)產(chǎn)生的信號或者零標(biāo)志信號失效。診斷時(shí),先搞清方式,再對照故障現(xiàn)象,從外到內(nèi)和信號追蹤法查找故障部位。外可能是零方向在遠(yuǎn)離零點(diǎn),檢查機(jī)床外部的擋塊和開關(guān),主要是參考點(diǎn)開關(guān)擋塊的位置設(shè)置不當(dāng)引起,需重新調(diào)整,可通過查PLC或接口狀態(tài)。內(nèi)為零標(biāo)志失效,是否是編碼器損壞或接線開路,光柵零點(diǎn)標(biāo)記移位使回零減速開關(guān)失靈,通過示波器檢查信號即可。 3. 3　偶然性停機(jī)故障。這里有兩種可能的情況:一種情況是由環(huán)境條件引起的,如強(qiáng)力干擾(電網(wǎng)或周邊設(shè)備)、濕度過大、溫度過高等。這種環(huán)境因素往往被人們所忽視,如很多機(jī)械廠將機(jī)床置于普通廠房甚至靠近敞開的大門附近,電控柜長時(shí)間開門運(yùn)行,附近有大量產(chǎn)生粉塵、鐵屑或水霧的設(shè)備等等;另一種情況是如前所述的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)中的問題造成在某些特定的操作與功能運(yùn)行組合下的停機(jī)故障,一般情況下機(jī)床斷電后重新通電便會(huì)消失。這些因素不僅會(huì)造成故障,嚴(yán)重的還會(huì)損壞系統(tǒng)與機(jī)床,務(wù)必注意改善?！?4　故障舉例分析一臺(tái)處于正常使用期的FANUC-3MA系統(tǒng)的XK5040數(shù)控銑床,在運(yùn)行過程中, Z軸產(chǎn)生31號報(bào)警。 4. 1　維修前準(zhǔn)備查看維修手冊,#31報(bào)警內(nèi)容:誤差寄存器的內(nèi)容大于規(guī)定值。故障特征為: Z軸跟隨誤差軟件報(bào)警。分析現(xiàn)象:跟隨誤差涉及的是位置環(huán)問題,又因?yàn)槭球?qū)動(dòng)Z軸時(shí)出現(xiàn)的報(bào)警,故可預(yù)估:故障大定位在Z軸位置環(huán)。分析閉環(huán)工作原理:位置環(huán)系統(tǒng),是由控制單元與驅(qū)動(dòng)單元為主鏈、位置檢測反饋回路為副鏈的閉環(huán)。 4. 2　羅列故障成因?qū)е聢?bào)警條件成立有以下三種可能,現(xiàn)采用排他法來選出最有可能的成因。 4. 2. 1　工作/控制指令值過大或過小?？赡苁荂NC裝置或控制器損壞或受干擾,但是可能性很小?？梢耘懦?。 4. 2. 2　允差值過小?？赡艹梢蛴?a.參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤。這不可能,因?yàn)闄C(jī)床并非處于調(diào)試階段。b.參數(shù)被修改了?？赡苁峭饨绺蓴_或存儲(chǔ)器失電。若干擾導(dǎo)致參數(shù)混亂的結(jié)果,那么被修改的參數(shù)就不止一個(gè)。故首先查參數(shù)。 4. 2. 3　實(shí)測值過小或過大,而工作指令正常。可能成因有:a.反饋信號線接反而成了“正反饋”,根隨誤差過大。不可能,因?yàn)椴⒎蔷S修或調(diào)試后的機(jī)床。b.反饋信號的增加或丟失。因?yàn)樾盘柧€及監(jiān)測系統(tǒng)的屏蔽與接地不良、周圍有感性負(fù)載的干擾、傳感器松動(dòng)與擺動(dòng)安裝不良等原因。故應(yīng)檢查位置檢測裝置系統(tǒng)的屏蔽與接地,并調(diào)查環(huán)境。c.反饋信號的滯后,在規(guī)定的監(jiān)測時(shí)間內(nèi)信號未到達(dá)而使實(shí)測值為0。用久的機(jī)床上易發(fā)生:位置傳感器的污染、信號線的損壞以及接觸不良、位置偏移或損壞等。故應(yīng)檢查位置檢測裝置系統(tǒng)及其接線系統(tǒng)。d.沒有反饋信號。a)傳感器未安裝或連接、傳感器損壞而不工作。故應(yīng)檢查位置檢測裝置中傳感器系統(tǒng)。b)伺服單元故障不工作/伺服軸不動(dòng)作。分析判斷得出:最可能故障類型:硬件故障。最可能的故障成因出于位置檢測裝置系統(tǒng)(故障大定位),也不能排除環(huán)境干擾因素。 4. 3確定診斷步驟 4. 3. 1　現(xiàn)場工作步驟:環(huán)境調(diào)查→接口信號法檢查位置環(huán)參數(shù)→信號追蹤法檢查位檢系統(tǒng),進(jìn)行故障定位。查找相關(guān)參數(shù)的正常狀態(tài)值。查維修手冊中有關(guān)X、Y與Z三軸的位置環(huán)診斷參數(shù)號(地址)及診斷的對象與內(nèi)容:三軸分別對應(yīng)于800、801與802號狀態(tài)參數(shù),正常工作狀態(tài)下它們應(yīng)該在-1與+1間變化?，F(xiàn)場工作環(huán)境、電網(wǎng)與外觀調(diào)查:周圍無干擾源、沒有電網(wǎng)波動(dòng),環(huán)境與機(jī)床外貌無異常。 4. 3. 2　檢查相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)值:啟動(dòng)系統(tǒng)后,分別調(diào)出參數(shù)設(shè)置畫面與診斷畫面中相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)畫面。參數(shù)設(shè)置畫面上:參數(shù)并沒有發(fā)生混亂,表明無干擾與掉電。以手扳動(dòng)各個(gè)伺服軸,在診斷畫面上觀察實(shí)時(shí)參數(shù)的狀態(tài)變化。發(fā)現(xiàn):參數(shù)800與801的值可以隨機(jī)床動(dòng)作而在正常區(qū)間變化,而802保持為0不變。參數(shù)狀態(tài)對比:正常/標(biāo)準(zhǔn)/理論狀態(tài)值與實(shí)時(shí)狀態(tài)值進(jìn)行對比,僅802參數(shù)不隨動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)變化。故障大定位: Z軸位置環(huán)內(nèi)。由先外后內(nèi)、先查輸入后查輸出、先一般后特殊的原則,采用信號追蹤法檢查。4. 3. 3　觀察檢查先從接線與傳感器開始。經(jīng)查:機(jī)床的Z軸反饋信號線良好。以手扳動(dòng)Z軸電機(jī)軸,仔細(xì)聽得有異常聲音。懷疑位置編碼器松動(dòng)。 4. 4　故障排除 4. 4. 1　故障點(diǎn)檢查:打開Z軸電機(jī),發(fā)現(xiàn)編碼器與電機(jī)間的十字連接塊脫落。 4. 4. 2　故障成因:編碼器上的固定螺絲折斷導(dǎo)致Z軸編碼器處于未與電機(jī)連接,故不工作而無反饋信號發(fā)出。重新完好連接編碼器,排除故障?！?　5　維修排除故障后的總結(jié)故障排除以后,維修工作還不能算完成,尚需從技術(shù)與管理兩方面分析故障產(chǎn)生的深層次原因,采取適當(dāng)措施避免故障再次發(fā)生。必要時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場條件使用成熟技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行改造與改進(jìn)。最后,對此次維修的故障現(xiàn)象、原因分析、解決過程、更換元件、遺留問題等要做好記錄。如果有改造,還應(yīng)在設(shè)備資料中配置符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完整準(zhǔn)確的補(bǔ)充圖紙和相關(guān)資料。同時(shí)從排除故障過程中發(fā)現(xiàn)自己欠缺的知識,制定學(xué)習(xí)計(jì)劃,最終充實(shí)自己?！　?6　結(jié)論 數(shù)控機(jī)床是機(jī)械、液壓、電氣一體化的設(shè)備,其故障的發(fā)生必然機(jī)械、液壓、電氣這三部份綜合反映出來。但在數(shù)控機(jī)床的故障中,電氣故障比例是比較高的,只有正確的使用并加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng),對出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入的分析,同時(shí)進(jìn)行不斷的總結(jié)學(xué)習(xí),才能提高維修者的理論水平和維修能力,才能迅速解決設(shè)備故障,才能降低故障率,保證設(shè)備的正常運(yùn)行。 [參考文獻(xiàn)] [1]王貴成.數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005(第1版). 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