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淺談數(shù)控機(jī)床故障的常用診斷方法
[論文關(guān)鍵詞]故障 故障診斷 診斷內(nèi)容 診斷原則 診斷方法
[論文摘要]數(shù)控機(jī)床故障的診斷是數(shù)控機(jī)床維修的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)，隨著故障類(lèi)型的不同，采取的故障診斷的方法也就不同。本文從數(shù)控機(jī)床故障診斷的內(nèi)容、原則、方法等方面入手來(lái)簡(jiǎn)要闡述一下數(shù)控機(jī)床故障的診斷方法。
系統(tǒng)可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。故障是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)失去了規(guī)定的功能。數(shù)控機(jī)床是個(gè)很復(fù)雜的大系統(tǒng)，它涉及光、機(jī)、電、液、氣等很多技術(shù)，發(fā)生故障是難免的。磨損、機(jī)械銹蝕、機(jī)械失效、插件接觸不良、元器件老化、電流電壓波動(dòng)、溫度變化、干擾、噪聲、軟件丟失或本身有隱患、灰塵、操作失誤等都可導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床出故障。
一、數(shù)控機(jī)床故障診斷內(nèi)容
故障診斷的內(nèi)容：
1） 動(dòng)作診斷：監(jiān)視機(jī)床各動(dòng)作部分，判定動(dòng)作不良的部位。診斷部位是ATC、APC和機(jī)床主軸。2） 狀態(tài)診斷：當(dāng)機(jī)床電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載時(shí)，觀察運(yùn)行狀態(tài)。3） 點(diǎn)檢診斷：定期點(diǎn)檢液壓元件、氣動(dòng)元件和強(qiáng)電柜。4） 操作診斷：監(jiān)視操作錯(cuò)誤和程序錯(cuò)誤。5） 數(shù)控系統(tǒng)故障自診斷：不同的數(shù)控系統(tǒng)雖然在結(jié)構(gòu)和性能上有所區(qū)別，但隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，在故障診斷上有它的共性。
二、數(shù)控機(jī)床故障診斷原則
在故障診斷時(shí)應(yīng)掌握以下原則：
（1）先外部后內(nèi)部 數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、液壓、電氣為一體的機(jī)床，故其故障的發(fā)生也會(huì)由這三者綜合反映出來(lái)。維修人員應(yīng)先由外向內(nèi)逐一進(jìn)行排查，盡量避免隨意地啟封、拆卸，否則會(huì)擴(kuò)大故障，使機(jī)床大傷元?dú)猓瑔适Ь�，降低性能�?
�。�2）先機(jī)械后電氣一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械故障較易發(fā)覺(jué)，而數(shù)控系統(tǒng)故障的診斷則難度較大些。在故障檢修之前，首先注意排除機(jī)械性的故障，往往可達(dá)到事半功倍的效果。
�。�3）先靜后動(dòng)先在機(jī)床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)，通過(guò)了解、觀察測(cè)試、分析確認(rèn)為非破壞性故障后，方可給機(jī)床通電。在運(yùn)行工況下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的觀察、和測(cè)試，查找故障。而對(duì)破壞性故障，必須先排除危險(xiǎn)后，方可通電。
�。�4）先簡(jiǎn)單后復(fù)雜當(dāng)出現(xiàn)多種故障互相交織掩蓋，一時(shí)無(wú)從下手時(shí)，應(yīng)先解決容易的問(wèn)題，后解決難度較大的問(wèn)題。往往簡(jiǎn)單問(wèn)題解決后，難度大的問(wèn)題也可能變得容易。
三、數(shù)控機(jī)床故障診斷的方法
1.直觀檢查法它是維修人員最先使用的方法。在故障診斷時(shí)，首先要詢問(wèn)，向故障現(xiàn)場(chǎng)人員仔細(xì)詢問(wèn)故障產(chǎn)生的過(guò)程、故障表象及故障后果，并且在整個(gè)分析、判斷過(guò)程中可能要多次詢問(wèn)；其次是仔細(xì)檢查，根據(jù)故障診斷原則由外向內(nèi)逐一進(jìn)行觀察檢查。總體查看機(jī)床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(例如各坐標(biāo)軸位置、主軸狀態(tài)、刀庫(kù)、機(jī)械手位置等)，各電控裝置(如數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置、潤(rùn)滑裝置等)有無(wú)報(bào)警指示，局部特別要注意觀察電路板的元器件及線路是否有燒傷、裂痕等現(xiàn)象、電路板上是否有短路、斷路，芯片接觸不良等現(xiàn)象，對(duì)于已維修過(guò)的電路板，更要注意有無(wú)缺件、錯(cuò)件及斷線等情況；再次是觸摸，在整機(jī)斷電條件下可以通過(guò)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(hào)導(dǎo)線(如伺服與電機(jī)接觸器接線)的聯(lián)接狀況等來(lái)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障的原因。
2.儀器檢查法使用常規(guī)電工儀表，對(duì)各組交、直流電源電壓，對(duì)相關(guān)直流及脈沖信號(hào)等進(jìn)行測(cè)量，從中找尋可能的故障。例如：用萬(wàn)用表檢查各電源情況，以及對(duì)某些電路板上設(shè)置的相關(guān)信號(hào)狀態(tài)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量，用示波器觀察相關(guān)的脈動(dòng)信號(hào)的幅值、相位甚至有、無(wú)，用PLC 編程器查找PLC程序中的故障部位及原因等等。
3.功能程序測(cè)試法 功能程序測(cè)試法是將數(shù)控系統(tǒng)的G、M、S、T、F功能用編程法編成一個(gè)功能試驗(yàn)程序，并存儲(chǔ)在相應(yīng)的介質(zhì)上。在故障診斷時(shí)運(yùn)行這個(gè)程序，可快速判定故障發(fā)生的可能起因。功能程序測(cè)試法常應(yīng)用于以下場(chǎng)合：
1）機(jī)床加工造成廢品而一時(shí)無(wú)法確定是編程操作不當(dāng)、還是由于數(shù)控系統(tǒng)故障引起的。
2）數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機(jī)性故障。一時(shí)難以區(qū)別是外來(lái)干擾，還是系統(tǒng)穩(wěn)定性差時(shí)。
3）閑置時(shí)間較長(zhǎng)的數(shù)控機(jī)床在投入使用前或?qū)?shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢修時(shí)。
4.信號(hào)與報(bào)警指示分析法
1）硬件報(bào)警指示這是指包括伺服系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)在內(nèi)的各、電器裝置上的各種狀態(tài)和故障指示燈，結(jié)合指示燈狀態(tài)和相應(yīng)的功能說(shuō)明便可獲知指示內(nèi)容及故障原因與排除方法。
2）軟件報(bào)警指示如前所述的系統(tǒng)軟件、PLC程序與加工程序中的故障通常都設(shè)有報(bào)警顯示，依據(jù)顯示的報(bào)警號(hào)對(duì)照相應(yīng)的診斷說(shuō)明手冊(cè)便可獲知可能的故障原因及故障排除方法。
5.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(hào)形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號(hào)錯(cuò)誤或丟失相關(guān)的，這些接口信號(hào)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(guò)簡(jiǎn)單操作在CRT屏幕上顯示，而所有的接口信號(hào)都可以用PLC編程器調(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(hào)，又要熟悉PLC編程器的應(yīng)用。
6.參數(shù)檢查法 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(尤其是模擬量參數(shù))甚至丟失都是不允許的；而隨機(jī)床的長(zhǎng)期運(yùn)行所引起的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(lèi)故障需要重新調(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(duì)維修人員的要求是很高的，不僅要對(duì)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)。
7.試探交換法即在分析出故障大致起因的情況下，維修人員可以利用備用的印刷電路板、集成電路芯片或元器件替換有疑點(diǎn)的部分，從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級(jí)。采用此法之前應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）更換任何備件都必須在斷電情況下進(jìn)行。
2）許多印制電路板上都有一些開(kāi)關(guān)或短路棒的設(shè)定以匹配實(shí)際需要，因此在更換備件板上一定要記錄下原有的開(kāi)關(guān)位置和設(shè)定狀態(tài)，并將新板作好同樣的設(shè)定，否則會(huì)產(chǎn)生報(bào)警而不能工作。
3）某些印制電路板的更換還需在更換后進(jìn)行某些特定操作以完成其中軟件與參數(shù)的建立。這一點(diǎn)需要仔細(xì)閱讀相應(yīng)電路板的使用說(shuō)明。
4）有些印制電路板是不能輕易拔出的，例如含有工作存儲(chǔ)器的板，或者備用電池板，它會(huì)丟失有用的參數(shù)或者程序。必須更換時(shí)也必須遵照有關(guān)說(shuō)明操作。
鑒于以上條件，在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細(xì)閱讀相關(guān)資料，弄懂要求和操作步驟 之后再動(dòng)手，以免造成更大的故障。
8.測(cè)量比較法CNC系統(tǒng)生產(chǎn)廠在設(shè)計(jì)印刷線路板時(shí)，為了調(diào)整和維修方便，在印刷線路板上設(shè)計(jì)了一些檢測(cè)量端子。維修人員通過(guò)檢測(cè)這些測(cè)量端子的電壓或波形，可檢查有關(guān)電路的工作狀態(tài)是否正常。但利用檢測(cè)端子進(jìn)行測(cè)量之前，應(yīng)先熟悉這些檢測(cè)端子的作用及有關(guān)部分的電路或關(guān)系。
9.特殊處理法 當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)已進(jìn)入PC級(jí)、開(kāi)放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來(lái)越豐富，有系統(tǒng)軟件、機(jī)床制造者軟件、甚至還有使用自己的軟件，由于軟件邏輯的設(shè)計(jì)中不可避免的一些問(wèn)題，會(huì)使得有些故障狀態(tài)無(wú)從分析，例如死機(jī)現(xiàn)象。對(duì)于這種故障現(xiàn)象則可以采取特殊手段來(lái)處理，比如整機(jī)斷電，稍作停頓后再開(kāi)機(jī)，有時(shí)則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長(zhǎng)期實(shí)踐中摸索其規(guī)律。
參考文獻(xiàn)：
[1]韓鴻鸞主編. 數(shù)控機(jī)床維修實(shí)例[M]. 中國(guó)出版社, 2006
[2]畢敏杰主編. 機(jī)床數(shù)控技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械出版社,1996
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