数控机床MDI面板故障的解决方法

周　昕

摘要 数控机床是一种集各种高科技于一身的精密加工设备。任何一部分发生故障都会造成设备运转异常。以数控机床的MDI(手动数据输入装置)面板为例,介绍数控机床MDI面板产生故障的原因及解决方法。

关键词 数控机床控制面板;轻触按键;薄膜开关

中图分类号:TG519.1 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2009)27-0097-02

Numerical Control Machine MDI Panel Failures Solution//Zhou Xin

Abstract Numerical control machine is a various high technology integrated precision finishing equipment. any one part out of order all will result in equipment running abnormally. This paper take numerical control machine MDI (manual data input installation) panel as an example, introduce numerical control machine MDI panel failure production reasons and solutions.

key words numerical control machine control panel; touch key; thin-film switch

Authors address School of Mechatronics Engineering and Automation of Shanghai University, Shanghai 200444, China

数控机床是集高、精、尖技术于一体,集机械、电子、光学、液压和气动于一身的高技术产品。数控机床有加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高、适应性强、灵活性好等众多优点,在各个行业受到广泛应用。因此,学校为了加强学生的工程实践能力,培养更多掌握数控加工技术的高级人才,投入大量资金购置各种数控加工设备。

训练中心加工设备的操作者有别于工厂。工厂加工设备的操作者都是经过严格培训的熟练操作工人,对机床性能都有一定的了解,对机床操作比较熟悉。而学校参加数控机床实习的大学生都是一、二年级的学生,从来没有使用过数控机床,没有经过系统训练,更谈不上操作经验。因此,学生按机床面板按钮时生怕机床没有反应,故很多学生按按钮时用力过大,长期如此会造成机床操作面板失灵。

1 MDI面板失灵的状态及检测方法

1)当按按钮时,机床没有任何反应,不响应输入的指令。通过调用数控机床PMC的梯形图进行诊断,可以发现此按钮对应的触点没有接通(在梯形图中,当触点接通时,该触点应高亮显示)。

2)若机床被锁定在某种状态,则对其他操作不响应。通过PMC梯形图进行诊断,可以发现该功能键的触点始终处于高亮导通状态。

3)操作者没有按下按钮,机床自动运转。该故障的危险很大,该机床不能使用。

机床操作人员和维护人员都要经常检查数控机床的操作面板,对操作面板的故障应有足够的警觉,及时维护保养,消除事故隐患。

2 MDI面板故障分析与解决方法

在数控机床MDI面板的故障中,机床面板按钮与机床NC连线之间的短路、断路或对地短路等故障维修相对简单,通过检查各接线端子排可能的脱焊、接触不良,采用万用表测量各线段之间阻值即可查出故障点。若按钮与NC连线没有故障,则可把故障锁定在按钮上。根据多年的检修经验,发现按钮损坏占绝大多数。

如图1所示,数控机床上的按钮一般有2种,即轻触按键与薄膜开关。

2.1 轻触按键轻触按键(如图1a所示)一般都是焊接在印刷电路板上,表面贴上薄膜面板。轻轻按下按键应该有明显清晰的“咔嗒”声。正常状态下用万用表测量,按下时显示阻值接近0,断开时应为无穷大;当按下按键时断时通时则需更换。

2.2 薄膜开关数控机床的控制按键除采用轻触按键以外,大量采用薄膜开关。薄膜开关在数控机床上兼有面板和开关的双重作用(如图1b所示)。

1)薄膜开关的结构。薄膜开关具有结构简单、外形美观和密封性好的优点,所以能抵抗氧化、油污等对开关的侵蚀,使用寿命比轻触按键长,理论寿命可达100万次以上。现在已广泛应用于各类微电脑控制的电子设备仪器中。

薄膜开关按基材不同可以分为软性和硬性2类;按按键类型不同可分为有手感和无手感2类;按面板结构可分为平面型和凹凸型2类。

薄膜开关结构上由多层薄膜组成(如图2所示),每层薄膜功能如下。

①面板层:主要用于按键功能指示及装饰美观。

②控制电路上层:在与电路下层对应的位置上用丝网印刷的方法,用银浆或炭浆印有一个个触盘。

③控制电路下层:在与电路上层对应的位置上用丝网印刷的方法,用银浆或炭浆印有一个个触点和正反面的走线。触点常常设计成迷宫状(如图3所示)。

④垫胶层与夹胶层:在电路上层和电路下层触点对应的位置上开有10到12毫米的圆形小孔,用于控制电路上下层的绝缘隔离。当电路上层按键受到外力作用时,电路上层的触盘与电路下层的触点瞬间接通,输出控制信号;当去除外力后,由于薄膜开关基材夹胶层的弹性,触点迅速分离、复位,完成一次信号输入过程。

⑤背面胶层:用于将薄膜开关面板黏帖在安装位置上。

薄膜开关主要用于弱电控制线路中,正常情况下开关的2触点呈断开状态,当有外力施于薄膜开关触点上时,常开触点瞬时接通,外力消失后,开关触点回复常开状态。

2)薄膜开关产生故障的原因。薄膜开关产生故障的原因很多,主要表现在2个方面。

①薄膜开关本身质量问题。薄膜开关一般采用多层薄膜黏合而成,故障会出现2种可能:若黏合工艺问题,可能出现触点受潮、受油污侵蚀等情况,造成触点氧化、接触电阻变大等异常现象;又因为控制电路下层是采用丝网印刷的银浆、炭浆做成的电路,当遇到银浆、炭浆的质量不佳、调和不均匀、印刷工艺质量等问题时,长期使用后会导致银迁移、电路断裂、电阻升高等现象。

②使用者用力按键超过规定(理论操作力0.5 N～1 N)。按按键力量过大,一方面可能造成控制电路上层触盘与控制电路下层触点接触后,因附着力不强,触盘上的炭浆、银浆残渣黏附在触点表面,长期积累造成按键短路;另一方面控制电路上下层是通过中间夹胶层来隔离绝缘的,夹胶层上对应按键上下触点、触盘位置有一个小洞,用力过大也会造成小洞边缘的切口对控制电路下层上用丝网印刷的银质或碳质电路施压,长期使用造成电路断裂,致使按键开路。

3)薄膜开关故障的修复方法。薄膜开关虽小,一旦发生故障,将严重影响数控机床的使用,不能实现机床功能的切换,给实践教学工作带来不便。曾尝试采用直接购买方式解决薄膜开关面板的修复,但是这种产品的薄膜开关面板厂家已经不生产;若要,只能采用定制产品,因此价格昂贵。面对这样一种情况,经过长期探索,总结出如下修复方法。

①当发现按键始终处于接通状态时,用万用表测量处于低阻状态。其故障是控制电路上层的触盘有残渣掉落,黏附在控制电路下层的触点表面使触点短路。解决方法:从设备上卸下薄膜开关面板(卸下时不要弯折面板),用电吹风或烘箱慢慢加热薄膜开关的边缘至黏合薄膜分离,用手术刀揭开控制电路上层和夹胶层,直到发生故障的按键为止。可以进行控制电路上层缺损触盘的修补,也可采用手术刀剥离触点上的残渣。根据多年的经验,不宜撕开夹胶层与控制电路下层,其原因是很可能会使控制电路下层的银质或碳质电路剥离、断裂,导致薄膜开关面板报废。清理完触点后用万用表检测其阻值,若阻值变大则短路故障基本修复。将薄膜开关重新黏好,再次用万用表测量电阻,若阻值随按键接通和断开变化说明故障已经排除。

②若按下按键,用万用表测量处于高阻状态,则可能是控制电路上层的触盘磨损氧化,电阻变大,需要修复触盘。修复触盘必须采用导电涂料。市场上的导电涂料有2种,即用导电石墨制成的碳浆和用银微粒制成的银浆,银浆效果较好。解决方法:用刀片将控制电路上层的触盘刮掉(注意:不能破坏基材)。涂抹银浆前一定要均匀搅拌,涂抹银浆的厚薄只能凭经验。涂抹银浆太薄则接触电阻大,会发生接触不良的现象;涂抹银浆太厚则虽然电阻正好,但附着力、黏合力和柔软性不佳,会再次发生薄膜开关触点短路。涂好刮平后,按照银浆使用要求放入烘箱,按指定温度和规定时间加热固化。如ED427的导电银浆就要在93摄氏度的烘箱中放置30分钟固化。触盘修复后,可按照上述检测方法检验。

③若用力按按键,造成夹胶层小洞边缘出现切口,切断控制电路下层走线。对于这种情况,只能更换薄膜开关。解决方法:在市场上寻找专业面板制造商,按照提供的报废薄膜开关复制一些薄膜开关,其费用相对设备厂家便宜得多;并且备份一些薄膜开关,以便快速修复机床薄膜开关。

3 结论

本文是长期维护数控机床MDI控制面板时总结的一些经验。通过上述方法,已经成功地修复多台数控机床的面板故障。此方法还可推广到到其他使用薄膜开关的电气设备上。在设备的维护中,只要认真研究、仔细观察故障的状态,分析故障产生的原因及所处的部位,就可以用最少的费用修复设备。