数控机床常见故障分析及维护方法

王福全

摘要:目前,数控机床的应用越来越广泛,其加工柔性好,精度高,生产效率高,具有很多的优点。但由于技术越来越先进、复杂,对维修人员的要求很高,要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验,在数控机床出现故障时才能及时排除。本文阐述了数控机床的几种常见故障分析方法,与数控机床的维护方法。

关键词:数控机床;故障分析

1 数控机床常见故障及其分类

1.1 按故障的性质分类

①确定性故障确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件,数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见,但由于它具有一定的规律,因此也给维修带来了方便确定性故障具有不可恢复性,故障一旦发生,如不对其进行维修处理,机床不会自动恢复正常.但只要找出发生故障的根本原因,维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。②随机性故障随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽,很难找出其规律性,故常称之为“软故障”,随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难,一般而言,故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关.随机性故障有可恢复性,故障发生后,通过重新开机等措施,机床通常可恢复正常,但在运行过程中,又可能发生同样的故障。

加强数控系统的维护检查,确保电气箱的密封,可靠的安装、连接,正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。

1.2 按故障产生的原因分类

①数控机床自身故障这类故障的发生是由于数控机床自身的原因所引起的,与外部使用环境条件无关,数控机床所发生的极大多数故障均属此类故障。②数控机床外部故障这类故障是由于外部原因所造成的。供电电压过低、过高,波动过大:电源相序不正确或三相输入电压的不平衡;环境温度过高:有害气体、潮气、粉尘授入:外来振动和干扰等都是引起故障的原因。

除上述常见故障分类方法外,还有其他多种不同的分类方法。

2 故障分析的基本方法

故障分析是进行数控机修的第一步,通过故降分析,一方面可以迅速查明故障原因,排除故障;同时也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。数控机床的故阵分析主要方法有以下几种:

2.1 常规分析法

常规分析法是对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查,以此来判断故障发生的原因的一种方法。在数控机床上.常规分析法通常包括以下内容:

①检查电滚的规格(包括电压、栩率、相序、容量等)是否符合要求。②检查CNC、伺服驭动、主轴驭动、电动机、愉人/输出信号的连接是否正确、可靠。③查CNC、伺服驭动等装!内的印刷电路板是否安装牢固,接播部位是否有松动。④查CNC伺服驭动、主轴驭动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确。⑤查液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求。⑥查电气元件、机械部件是否有明显的损坏,等等。

2.2 动作分析法

动作分析法是通过观察、监视机床实际动作,判定动作不良部位,并由此来追溯故障根源的一种方法。

一般来说,数控机床采用液压、气动控制的部位,如:自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断来判定故障原因。

2.3 状态分析法

状态分析法是通过监测执行元件的工作状态,判定故障原因的一种方法.这一方法在数控机床维修过程中使用最广。在现代数控系统中,伺服进给系统、主轴驭动系统、电源模块等部件的主要参数都可以进行动态、静态检侧.这些参数包括:输入/输出电压,输入/输出电流,给定/实际转速、位置,实际的负载的情况等。此外,数控系统全部输入/输出信号包括内部继电器、定时器等的状态,亦可以通过数控系统的诊断参数予以检查。

通过状态分析法,可以在无仪器、设备的悄况下,根据系统的内部状态,迅速找到故障的原因,在数控机床维修过程中使用最广.维修人员必须熟练掌握。

2.4 操作、编程分析法

操作、编程分析法是通过某些特殊的操作或编制专门的侧试程序段,确认故障原因的一种方法。如通过手动单步执行自动换刀、自动女换工作台动作,执行单一功能的加工指令等方法进行动作与功能的检侧。通过这种方法,可以具体判定故障发生的原因与部件.检查程序编制的正确性。

2.5 系统自诊断法

数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件,对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、侧试的诊断方法。它主要包括开机自诊断、在线监控与脱机侧试这三个方面内容。

3 数控机床的维护

存储器用电池要定期检查和更换。通常数控系统中部分CMOS存储器中的存储内容在断电时靠电池供电保持,一般采用铿电池或可充电镍福电池。当电池电压下降到一定值就会造成参数丢失,因此要定期检查电池,及时更换。更换电池时一般要在数控系统通电状态下进行,以免造成参数丢失。

防止数控系统和驱动单元过热。由于数控机床结构复杂、精度高,因此对温度控制较严,一般数控机床都要求环境温度为20℃左右,同时机床本身也有较好的散热通风系统,在保证环境温度的同时,也应保证机床散热系统的正常工作。要定期检查电气柜各冷却风扇的工作状态,应根据车间环境状况每半年或一季度检查清扫一次。数控及驱动装置过热往往会引起许多故障,如控制系统失常,工作不稳定,严重的还能造成模块烧坏。

监视数控系统的电网电压。通常数控系统允许的电网电压波动范围在85%～110%,如果超出此范围,轻则数控系统工作不稳定,重则造成重要的电子元器件损坏。因此要经常注意电网电压的波动,对于电网质量比较恶劣的地区,应及时配置合适的稳压电源,可降低故障。

机床要求有良好的接地。现在有很多企业仍在使用三相四线制,机床零地共接。这样往往会给机床带来诸多隐患。有些数控系统对地线要求很严格。如德国DMU公司生产的五轴联动加工中心,由于没有使用单独接地线,多次造成机床误动作甚至烧毁了一套驱动系统。因此,为了增强数控系统的抗干扰能力最好使用单独的接地线。

机床润滑部位的定期检查。为了保证机械部件的正常转动,一定要按照机床使用说明书上规定的内容对各润滑部位定期检查,定期润滑。

定期清洗液压系统中的过滤器。过滤器如果堵塞,往往会引起故障。如液压系统中的压力传感器、流量传感器信号不正常,导致机床报警。有些油缸带动的执行机构动作缓慢,导致超时报警或执行机构动作不到位等情况。

定期检查气源情况。数控设备基本上都要使用压缩空气,用来清洁光栅尺、吹扫主轴及刀具,油雾润滑以及用气缸带动一些机械部件传动等。要求气源达到一定的压力并且要经过干燥和过滤。如果气源湿度较大或气管中有杂质,会对光栅尺造成极大的影响甚至会损坏光栅尺。同时油雾润滑中的气源中如含有水和杂质会直接影响润滑,尤其是高精度高转速的主轴。

液压油和冷却液要定期更换。由于液压系统是封闭网路,液压油使用一定时间后,油质会有所改变,影响液压系统的正常工作。因此必须按规定定期更换。

定期检查机床精度。机床使用一段时间后,其精度肯定有所下降,甚至有可能出废品。通过对机床几何精度的检测,有可能发现机床的某些隐患,如某些部件松动等。用激光干涉仪对位置精度定期检测,如发现精度有所下降,可通过数控系统的补偿功能对位置精度进行补偿,恢复机床精度,提高效率。

定期检查和更换直流电动机电刷。一些老数控机床上使用的大部分是直流电动机,其电刷的过度磨损会影响其性能。必须定期检查电刷。数控车床、数控铣床、加工中心等应每年检查一次,频繁加速机床(如冲床等)应每两个月检查一次。

要注意电控柜的防尘和密封。车间内空气中飘浮着灰尘和金属粉末,电控柜如果防尘措施不好,金属粉末很容易积聚在电路板上,使电器元件间绝缘电阻下降,从而出现故障甚至使元件损坏。这一点对于电火花加工设备和火焰切割设备尤为重要。另外有些车间卫生较差,如果电控柜密封不好,会经常出现老鼠钻进电控柜内咬断控制线,甚至将车间内肥皂、水果皮等带到线路板上,这样不仅会造成元器件损坏,严重的会使数控系统完全不能工作,这一点应引起足够重视。

参考文献

[1]韩鸿蛮,荣维芝.数控机床的结构与维修[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2]于仲裕.数控机床维修技术[M].北京:机械工业出版社,2002.