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淺談數(shù)控設(shè)備常見(jiàn)故障分析及維修方法
論文關(guān)鍵詞:數(shù)控設(shè)備；故障；維修
論文摘要:近年來(lái)，隨著國(guó)民和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)各制造行業(yè)紛紛采用數(shù)控設(shè)備。它們?cè)诩庸がF(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮出了強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)中，如果數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)了故障，輕則影響設(shè)備的利用率，重則影響企業(yè)的興衰。所以，加強(qiáng)數(shù)控設(shè)備使用，降低數(shù)控機(jī)床故障發(fā)生率已是一個(gè)必須要解決的重要問(wèn)題。
一、數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)
控制系統(tǒng)主要由總線、CPU、電源、存貯器、操作面板和顯示屏、位控單元、可編程序控制器控制單元以及數(shù)據(jù)輸入/輸出接口等組成。最新一代的數(shù)控系統(tǒng)還包括一個(gè)通訊單元，它可完成CNC、PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊和外部高次網(wǎng)絡(luò)的連接。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括伺服驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)。位置測(cè)量系統(tǒng)主要是采用長(zhǎng)光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。
數(shù)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：可靠性要求高：因?yàn)橐坏⿺?shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障，即造成巨大經(jīng)濟(jì)損失；有較高的適應(yīng)能力，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)一般為控制機(jī)，其工作環(huán)境為車(chē)間環(huán)境，要求它具有在震動(dòng)，高溫，潮濕以及各種工業(yè)干擾源的環(huán)境條件下工作的能力；接口電路復(fù)雜，數(shù)控系統(tǒng)要與各種數(shù)控設(shè)備及外部設(shè)備相配套，要隨時(shí)處理生產(chǎn)過(guò)程中的各種情況，適應(yīng)設(shè)備的各種工藝要求，因而接口電路復(fù)雜，而且工作頻繁。
二、數(shù)控系統(tǒng)的常見(jiàn)故障分析
根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成，工作原理和特點(diǎn)，我們將常見(jiàn)的故障部位及故障現(xiàn)象分析如下：
位置環(huán)。這是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令，并與位置檢測(cè)系統(tǒng)的反饋值相比較，進(jìn)一步完成控制任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它具有很高的工作頻度，并與外設(shè)相聯(lián)接，所以容易發(fā)生故障。
常見(jiàn)的故障有：①位控環(huán)報(bào)警：可能是測(cè)量回路開(kāi)路；測(cè)量系統(tǒng)損壞，位控單元內(nèi)部損壞。②不發(fā)指令就運(yùn)動(dòng)，可能是漂移過(guò)高，正反饋，位控單元故障；測(cè)量元件損壞。③測(cè)量元件故障，一般表現(xiàn)為無(wú)反饋值；機(jī)床回不了基準(zhǔn)點(diǎn)；高速時(shí)漏脈沖產(chǎn)生報(bào)警可能的原因是光柵或讀頭臟了；光柵壞了。
伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電源電網(wǎng)，機(jī)械系統(tǒng)等相關(guān)聯(lián)，而且在工作中一直處于頻繁的啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)，因而這也是故障較多的部分。
其主要故障有：①系統(tǒng)損壞。一般由于網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)太大，或電壓沖擊造成。我國(guó)大部分地區(qū)電網(wǎng)質(zhì)量不好，會(huì)給機(jī)床帶來(lái)電壓超限，尤其是瞬間超限，如無(wú)專(zhuān)門(mén)的電壓監(jiān)控儀，則很難測(cè)到，在查找故障原因時(shí)，要加以注意，還有一些是由于特殊原因造成的損壞。如華北某廠由于雷擊中工廠變電站并竄入電網(wǎng)而造成多臺(tái)機(jī)床伺服系統(tǒng)損壞。②無(wú)控制指令，而電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。這種故障的原因是速度環(huán)開(kāi)環(huán)或正反饋。如在東北某廠，引進(jìn)的西德WOTAN公司轉(zhuǎn)子銑床在調(diào)試中，機(jī)床X軸在無(wú)指令的情況下，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)分析我們認(rèn)為是正反饋造成的。因?yàn)橄到y(tǒng)零點(diǎn)漂移，在正反饋情況下，就會(huì)迅速累加使電機(jī)在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，而我們按標(biāo)簽檢查線路后完全正確，機(jī)床廠技術(shù)人員認(rèn)為不可能接錯(cuò)，在充分分析與檢測(cè)后我們將反饋線反接，結(jié)果機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)正常。機(jī)床廠技術(shù)人員不得不承認(rèn)德方工作失誤。還有一例子，我們?cè)谔旖蚰硰S培訓(xùn)講學(xué)時(shí)，應(yīng)廠方要求對(duì)他們廠一臺(tái)自進(jìn)廠后一直無(wú)法正常工作的精密磨床進(jìn)行維修，其故障是：機(jī)床一啟動(dòng)電機(jī)就運(yùn)轉(zhuǎn)，而且越來(lái)越快，直至最高轉(zhuǎn)速。我們分析認(rèn)為是由于速度環(huán)開(kāi)路，系統(tǒng)漂移無(wú)法抑制造成。經(jīng)檢查其原因是速度反饋線接到了地線上造成。③加工時(shí)工件表面達(dá)不到要求，走圓弧插補(bǔ)軸換向時(shí)出現(xiàn)凸臺(tái)，或電機(jī)低速爬行或振動(dòng)，這類(lèi)故障一般是由于伺服系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)，各軸增益系統(tǒng)不相等或與電機(jī)匹配不合適引起，解決辦法是進(jìn)行最佳化調(diào)節(jié)。④燒斷，或電機(jī)過(guò)熱，以至燒壞，這類(lèi)故障一般是機(jī)械負(fù)載過(guò)大或卡死。
電源部分。電源是維持系統(tǒng)正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結(jié)果是造成系統(tǒng)的停機(jī)或毀壞整個(gè)系統(tǒng)。一般在歐美國(guó)家，這類(lèi)問(wèn)題比較少，在設(shè)計(jì)上這方面的因素考慮的不多，但在中國(guó)由于電源波動(dòng)較大，質(zhì)量差，還隱藏有如高頻脈沖這一類(lèi)的干擾，加上人為的因素（如突然拉閘斷電等）。這些原因可造成電源故障監(jiān)控或損壞。另外，數(shù)控系統(tǒng)部分運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)定數(shù)據(jù)以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器內(nèi)，系統(tǒng)斷電后，靠電源的后備蓄電池或鋰電池來(lái)保持。因而，停機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)，拔插電源或存貯器都可能造成數(shù)據(jù)丟失，使系統(tǒng)不能運(yùn)行。 可編程序控制器接口。數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制，如刀庫(kù)，液壓?jiǎn)?dòng)等，主要由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，要完成這些控制就必須采集各控制點(diǎn)的狀態(tài)信息，如斷電器，伺服閥，指示燈等。因而它與外界種類(lèi)繁多的各種信號(hào)源和執(zhí)行元件相連接，變化頻繁，所以發(fā)生故障的可能性就比較多，而且故障類(lèi)型亦千變?nèi)f化。
其他。由于條件，如干擾，溫度，濕度超過(guò)允許范圍，操作不當(dāng)，參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，亦可能造成停機(jī)或故障。有一工廠的數(shù)控設(shè)備，開(kāi)機(jī)后不久便失去數(shù)控準(zhǔn)備好信號(hào)，系統(tǒng)無(wú)法工作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)體溫度很高，原因是通氣過(guò)濾網(wǎng)已堵死，引起溫度傳感器動(dòng)作，更換濾網(wǎng)后，系統(tǒng)正常工作。不按操作規(guī)程拔插線路板，或無(wú)靜電防護(hù)措施等，都可能造成停機(jī)故障甚至毀壞系統(tǒng)。
一般在數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用和維修中，必須考慮對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)故障的部位給予報(bào)警，報(bào)警電路工作后，一方面在屏幕或操作面板上給出報(bào)警信息，另一方面發(fā)出保護(hù)性中斷指令，使系統(tǒng)停止工作，以便查清故障和進(jìn)行維修。
三、故障排除方法
初始化復(fù)位法一般情況下，由于瞬時(shí)故障引起的系統(tǒng)報(bào)警，可用硬件復(fù)位或開(kāi)關(guān)系統(tǒng)電源依次來(lái)清除故障，若系統(tǒng)工作存貯區(qū)由于掉電，拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化清除，清除前應(yīng)注意作好數(shù)據(jù)拷貝記錄，若初始化后故障仍無(wú)法排除，則進(jìn)行硬件診斷。
參數(shù)更改，程序更正法系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)，參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤就可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無(wú)效。例如，在哈爾濱某廠轉(zhuǎn)子銑床上采用了測(cè)量循環(huán)系統(tǒng)，這一功能要求有一個(gè)背景存貯器，調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)這一功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。檢查發(fā)現(xiàn)確定背景存貯器存在的數(shù)據(jù)位沒(méi)有設(shè)定，經(jīng)設(shè)定后該功能正常。有時(shí)由于用戶(hù)程序錯(cuò)誤亦可造成故障停機(jī)，對(duì)此可以采用系統(tǒng)的塊搜索功能進(jìn)行檢查，改正所有錯(cuò)誤，以確保其正常運(yùn)行。
調(diào)節(jié)，最佳化調(diào)整法調(diào)節(jié)是一種最簡(jiǎn)單易行的辦法。通過(guò)對(duì)電位計(jì)的調(diào)節(jié)，修正系統(tǒng)故障。如某軍工廠維修中，其系統(tǒng)顯示器畫(huà)面混亂，經(jīng)調(diào)節(jié)后正常。在山東某廠，其主軸在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)發(fā)生皮帶打滑，原因是其主軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，而驅(qū)動(dòng)裝置的斜升時(shí)間設(shè)定過(guò)小，經(jīng)調(diào)節(jié)后正常。
最佳化調(diào)整是系統(tǒng)地對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與被拖動(dòng)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳匹配的綜合調(diào)節(jié)方法，其辦法很簡(jiǎn)單，用一臺(tái)多線記錄儀或具有存貯功能的雙蹤示波器，分別觀察指令和速度反饋或電流反饋的響應(yīng)關(guān)系。通過(guò)調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分時(shí)間，來(lái)使伺服系統(tǒng)達(dá)到即有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，而又不振蕩的最佳工作狀態(tài)。在現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有示波器或記錄儀的情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，即調(diào)節(jié)使電機(jī)起振，然后向反向慢慢調(diào)節(jié)，直到消除震蕩即可。 備件替換法用好的備件替換診斷出壞的線路板，并做相應(yīng)的初始化啟動(dòng)，使機(jī)床迅速投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后將壞板修理或返修，這是目前最常用的排故辦法。
改善電源質(zhì)量法目前一般采用穩(wěn)壓電源，來(lái)改善電源波動(dòng)。對(duì)于高頻干擾可以采用電容濾波法，通過(guò)這些性措施來(lái)減少電源板的故障。
維修信息跟蹤法一些大的制造公司根據(jù)實(shí)際工作中由于設(shè)計(jì)缺陷造成的偶然故障，不斷修改和完善系統(tǒng)軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式不斷提供給維修人員。以此做為故障排除的依據(jù)，可正確徹底地排除故障。
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