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數控車床的故障分析及診斷
數控車床的故障分析及診斷【1】
摘 要: 隨著我國對先進制造技術的不斷重視,數控車床在生產中扮演著越來越重要的角色,但操作者所遇到的故障也在不斷增多,這對生產造成了很大的影響。
本文通過對數控車床工作原理的介紹,詳細描述了目前數控車床所出現的常見故障、診斷方法與診斷原則,并結合實例進行了分析。
關鍵詞: 數控車床 故障 診斷
數控機床是一種高精度、高柔性、高效率的自動化機床,由于其投資比普通的機床高得多,因此降低數控機床的故障率、縮短故障修復時間,對提高機床利用率具有十分重要的意義。
目前,數控機床的故障診斷一直是困擾操作、維修人員的難題。
由于數控機床的安全性和工作可靠性會對生產單位的效益產生直接的影響,因此對數控機床出現的故障進行及時的診斷十分重要。
1.數控車床的構成與基本工作原理
詳細地了解數控車床的基本構成及其工作原理,是提高數控車床故障的分析診斷能力的必要條件。
下圖是數控車床加工工件的過程圖。
在數控車床上加工工件時,操作者首先根據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(EDIT)下,輸入加工程序,存入數控裝置的存儲器中。
數控裝置對信息代碼進行譯碼、寄存,經處理和運算,把結果以數字信號的形式分配給機床各坐標的伺服機構。
由數控裝置發出的信號,通過伺服機構經傳動裝置驅動機床各運動部件,使機床按規定的順序、速度和位移量進行工作,從而加工出符合圖紙要求的零件。
2.常見故障介紹
按照數控車床發生故障的部件分類,我們一般把故障的類型分為以下兩大類。
2.1主機故障
數控車床的主機部分包括機械、冷卻、潤滑、液壓等裝置。
常見的主機故障有以下幾種。
2.1.1功能性故障是指在工件加工精度方面所出現的故障,表現為加工精度不穩定,加工誤差大,運動反向誤差大,工件表面粗糙度高。
2.1.2動作型故障是指機床各種動作故障,表現為主軸不轉動,工件夾不緊,刀架轉動失調,等等。
2.1.3結構型故障是指主軸發熱,主軸箱噪聲大,產生切削振動,等等。
2.1.4使用型故障是指使用及操作不當引起的故障,如過載引起的機件損壞、撞車等。
2.2電氣故障
數控機床的電氣故障可一般可分為弱電故障和強電故障。
弱電故障主要指CNC裝置、伺服單元、輸入和輸出裝置、檢測裝置等電子電路發生故障;強電故障是指繼電器、接觸器、開關、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關等電氣元器件及其所組成的電路發生故障。
3.常見故障的診斷
3.1常用的診斷方法
數控車床出現故障后,我們要從主機和電氣兩方面進行分析,先判斷出到底是主機故障還是電氣故障,再深入分析、檢查,找出故障點,最后予以排除。
3.1.1對設備維修人員的要求
維修人員須具備一定的專業素質。
對特定的維修對象,維修人員首先要分解掌握系統每一部分的工作原理和車床的機械結構;其次要了解設備的操作方法,動作順序;最后就是對可能造成故障的各種因素進行全面分析并進行實際檢查維修。
每次維修后應建立詳細的設備檔案,記錄好故障發生的時間、現象,以及故障分析、診斷方法、排除故障的方法,如有遺留問題也應詳盡記錄,這樣不僅能使每次故障都有據可查,而且可積累維修經驗,為以后的故障維修打好基礎。
3.1.2主機故障的診斷
對于常見的主機故障,診斷的方法比較多,如利用先進測試手段的“現代診斷技術”和傳統的“實用診斷技術”等。
3.1.2.1實用診斷技術
此診斷是由維護人員通過自己的感覺器官和經驗對數控機床的故障進行診斷。
運用實用診斷技術的診斷過程因故障類型而異,各種方法無先后之分,可穿插或同時進行,應綜合分析,方能取得更好的效果。
實用診斷技術不需要復雜昂貴的儀器,可隨時隨地進行診斷,且快速、便捷、準確性較高,特別適合對機床進行初步診斷。
3.1.2.2現代診斷技術
此診斷是利用診斷儀器和數據處理對機床機械裝置的某些特征參數,如振動、噪聲和溫度等進行測量,將測量值與規定的正常值進行比較,以判斷機械裝置的工作狀態是否正常,從而對機械裝置的運行狀態進行預報和預測;并可進一步對機械裝置的故障原因、部位和故障的嚴重程度進行定性和定量的分析。
利用現代診斷技術可在機械裝置發生故障的初期,及時發現故障的部位,并進行維護,從而可避免機械零件的進一步損壞。
現代診斷技術如今已得到了不斷的推廣和應用。
3.1.3電氣系統故障的診斷
對于數控車床的電氣系統的故障,其調查、分析與診斷故障的過程,也就是故障的排除過程,因此其故障診斷的方法就特別重要。
下面簡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、手摸、通電等方法。
3.1.3.2自診斷功能法
利用數控系統的自診斷功能,給出報警信息,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,觀察故障轉移的情況,從而快速確定故障的部位。
3.1.3.4儀器測量比較法
當系統發生故障后,采用常規電工檢測儀器,對故障部分的電壓、電源、脈沖信號等進行實測,將正常值與故障時的值相比較,可以分析出故障的原因與所在部位。
3.1.3.5敲擊法
數控系統由各種電路板組成,每塊電路板上有很多焊點,任何虛焊或接觸不良都可能出現故障可用絕緣物輕輕敲打有虛焊或接觸不良的疑點處,若故障出現,則故障很可能就在敲擊的部位。
上述幾種方法同時采用,進行故障綜合分析,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控車床故障非常重要的階段。
在進行故障的診斷時應遵循以下原則。
3.2.1先外部后內部
現代數控機床本身的故障率已變得越來越低,大部分故障的發生是非系統本身原因引起的。
維修人員應由外向內逐一排查,盡量避免隨意啟封、拆卸,否則會擴大故障,使機床精度喪失、性能降低。
3.2.2先主機后電氣
一般來說,主機故障較易發覺,而數控系統與電氣故障的診斷難度較大。
從實際經驗來看,數控機床的故障中有很大部分是由于主機部分的失靈而引起的。
所以在故障檢修之前,首先應注意排除機械性的故障,這樣往往可以達到事半功倍的效果。
3.2.3先靜態后動態
在車床斷電的靜止狀態下,通過了解、觀察、測試、分析,確認通電后不會造成故障擴大或發生事故,方可給車床通電。
在運行狀態下,進行動態的觀察、檢驗和測試,查找故障。
而對通電后可能會發生破壞性故障的,必須先排除危險后,方可通電。
3.2.4先簡單后復雜
當出現多種故障互相交織,應先解決容易的問題,后解決難度較大的問題。
簡單問題解決后,難度大的問題也可能變得容易。
3.2.5先一般后特殊
在排除某一故障時,要先考慮最常見的可能原因,然后分析很少發生的特殊原因。
4.實例分析
故障一:程序運行結束刀具不回零點。
(1)故障原因分析:上述故障可能是控制系統故障所致。
刀具在進給或在加工時,電機運轉速度較低,而程序回零點時,則要求快速退回。
電機高速運行,需采用高壓驅動電源,使輸出轉矩增大。
控制高壓輸出電源輸出的有一個開關三極管,當開關三極管損壞后,高速回零點時高壓電源打不開,電機輸出轉矩不夠,致使刀具回不到零點。
(2)故障處理:更換開關三極管。
故障二:數控機床加工的工件尺寸誤差很大。
(1)故障原因分析:發生上述故障可能的原因有:絲杠或者絲母與車床連接松動,空走時沒有吃刀阻力,溜板運行正常,加工時切削阻力增大,若絲杠或絲母與車床連接松動,會造成加工的工件尺寸漂移;X軸、Z軸絲杠反向間隙過大,也會造成工件尺寸漂移;電動刀架故障也會造成工件尺寸漂移。
(2)故障處理:先檢查絲杠或者絲母與車床連接部位,若松動,緊固連接部分。
再檢查X軸、Z軸絲杠反向間隙,重新調整并確定間隙。
還要檢查刀架鎖緊裝置及刀架控制箱,最后根據情況予以排除。
5.結語
數控車床是高度機電一體化的設備,數控車床所產生的故障種類繁多,其原因也往往比較復雜。
因此,我們必須對出現的故障進行廣泛的研究,探索故障發生的規律,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控車床的故障診斷技術。
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數控車床故障診斷方法【2】
摘 要：數控車床一旦出現故障，診斷方法便是數控車床維修的關鍵。
總之，故障類型有不同，應采取不同診斷故障的方法。
關鍵詞：數控車床 故障 診斷方法
數控車床應用的越來越廣泛，效利用率的要求也越來越高，要求其可靠性高的同時當數控車床出現故障要盡快維修，所以要求其維修人員要有扎實的理論基礎和豐富的實踐經驗。
以下有關數控機床的維護和常見故障的常用排除方法。
1. 數控車床的組成
數控車床由：程序編制及程序載體、輸入裝置 、 數控裝置、伺服驅動、位置檢測裝置、輔助控制裝置、車床本體等幾部分組成。
在傳統的金屬切削機床上，加工零件時操作者根據圖樣的要求，通過不斷改變刀具的運動軌跡，運動速度等參數，使刀具對工件進行切削加工，最終加工出合格零件。
2.工作原理
數控車床的加工其實質是應用了“微分”原理。
其工作原理與過程可簡述如下：
2.1. 只要數控車床的最小移動量(脈沖當量)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.只要改變坐標軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達到改變加工軌跡的目的;
2.3. 只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標軸(刀具)的運動速度。
這樣就實現了數控車床控制刀具移動軌跡的根本目的。
2.4.只要改變坐標軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達到改變加工軌跡的目的;
2.5. 只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標軸(刀具)的運動速度。
這樣就實現了數控車床控制刀具移動軌跡的根本目的。
3.數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首先使用的方法是直觀檢查法。
首先要咨詢，向出現故障的現場人員詳細咨詢故障產生的經過、故障現象和故障后果，而且要在整個的分析、判斷過程中多次詢問;第二是認真檢查，依據故障診斷原則從外向內逐步進行排查。
整體檢查機床各電控裝置(如潤滑裝置、數控系統、溫控裝置等)有無報警指示，各部分工作狀態是否處于正常狀態(比如機械手位置、主軸狀態、各坐標軸位置、刀庫等)，機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、燒傷等現象，芯片是否接觸不良等現象，對維修過的電路板，更要檢查有無缺件、錯件及斷線等情況;第三是觸摸，在整機斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、 各功率及信號導線(如伺服與電機接觸器接線)的聯接狀況等來發現可能出現故障的原因。
3.2. 儀器檢查法
儀器檢查法是使用常規的電工儀表，對相關直流及脈沖信號及各組交、直流電源電壓等進行測量，從而找出可能的故障問題。
例如：拿萬用表來檢查各電源情況，和對其中一些電路板上布置的相關信號狀態監測點進行測量，拿示波器觀察其脈動信號的幅值、相位或者有、無，拿PLC 編程器檢測PLC程序中的故障點及原因。
3.3. 功能程序測試法
功能程序測試法是把數控系統的G、M、S、T、F功能用編程法編成一個功能試驗程序，并存儲在相應的介質上。
運行這個程序來完成故障診斷，可快速判定故障發生的起因。
功能程序測試法可以適用于以下場合：
3.3.1.當機床加工造成廢品時，難以確定是數控系統、還是由于編程操作不當故障引起的。
3.3.2.當數控系統出現隨機性故障時，無法判斷是系統穩定性差，還是外來干擾的。
3.3.3.當對數控機床進行定期檢修或閑置很長時間的數控機床在投入使用前時。
還有接口狀態檢查法、信號與報警指示分析法、試探交換法、參數檢查法、 診斷備件替換法、特殊處理法、測量比較法等。
4.數控機床故障診斷實例
數控機床最容易發生問題的部分是驅動部分，因為它是強弱電一體的。
驅動部分有伺服驅動器和主軸驅動器，驅動模塊和電源模塊兩部分構成，電源模塊是把三相交流電通過變壓器升壓為高壓直流，而事實驅動部分是個逆變換，把高壓支流轉換為三相交流，而且驅動伺服電機是完成主軸的運轉和伺服軸的運動。
所以這部分最容易出現故障。
以802S數控系統和CJK6136數控機床的故障現象為例，分析一下控制電路與機械傳動接口的故障診斷與維修。
數控機床在加工過程中，主軸經常不能回參考點。
則在數控操作面板上，主軸轉速顯示也不確定主軸運轉是否正常。
經分析，由于該機床采用的是變頻調速，其轉速信號由編碼器提供，可以排除編碼器損壞的可能，因為這樣根本就無法傳遞轉速信號，只有是編碼器與其連接單元出現問題。
從兩個方面考慮，一是數控系統連接的ECU連接有可能松動，二是和主軸的機械連接有可能出現問題。
然后著手解決故障。
第一檢查編碼器與ECU的連接。
如果不存在問題，就拆卸編碼器檢查是否是主傳動與編碼器之間的連接鍵脫離鍵槽，結果發現就是這個故障。
維修恢復并重新安裝問題就解決了。
產生數控機床故障的原因有很多，有數控系統本身的問題、驅動元件的問題、機械問題、傳感元件的問題、線路連接的問題、強電部分的問題等。
檢修過程中，重要的是分析故障產生原因的可能性和范圍，然后逐一排除，直到找出故障點，千萬不可盲目的下手，否則，不但問題解決不了，還可能造成故障范圍的擴大。
總之，在解決數控機床故障和維修問題時，第一要防患于未燃，在數控機床出現問題之提早去發現解決問題，要了解機床本身的結構和工作原理，做好日常的維護保養工作，這樣就能做到有的放矢，更好的解決問題。
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