浅析数控机床的诊断与维修

2017-10-25刘轩辰梁宗辉

中小企业管理与科技·下旬刊 2017年9期

刘轩辰+梁宗辉

【摘要】机床的先进程度代表着一个国家的生产制造能力。数控机床是现代化机械加工设备的代表，其融合了计算机技术、自控技术、高精度测量技术、先进的机械制造和各种数据通信等技术于一体。加工精度高，适合批量生产。在使用过程中对设备生产能力最大的影响主要来自于故障诊断与维修，同时也制约着设备本身的发展。

【Abstract】The advanced degree of the machine tool represents the production and manufacturing capacity of a country. CNC is the representative of the modern mechanical processing equipment， it combines computer technology， automatic control technology， high precision measurement technology and advanced machinery and all kinds of data communication technology into an organic whole. It is high machining precision， and suitable for mass production. The most important influence on the equipment production capacity during the applocation is the fault diagnosis and maintenance， it also restricts the development of the device itself.

【关键词】数控机床；故障诊断；故障维修

【Keywords】 CNC ； fault diagnosis； troubleshooting

【中图分类号】TG659 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0157-02

1 引言

数控机床是工业生产中必备的生产机械，数控机床在企业中一般都是进行主要产品生产的关键设备，还因为它的价钱是非常昂贵的，所以一旦数控机床出现故障给企业带来的影响是非常严重的。为了保证企业的正常生产，保证企业的经营利益不受到影响，对数控机床的维修工作一定要非常重视。数控机床一旦出现故障进行诊断是非常重要的，为了更好地进行维修，对出现的故障进行分析的工作非常重要，对其经常出现的故障进行预防，对企业的生产经营至关重要[1]。数控机床的故障多为电气故障，所以数控机床的电气维修工作更加重要。随着科学技术水平的不断提高，机械产品的精度也在不断地改进，这样也推动了机械产品的更新换代，数控机床在精度和效率上也要进行必要的改进，使机床在使用的过程中更加的灵活。

2 数控机床进给伺服系统的常见故障

数控机床的伺服系统是故障的高发区，也是故障诊断和排除的难点。数控机床和普通机床最大的区别在于多了一套自动控制的伺服系统。该系统的主要控制速度和位置两个量。接收通过位置检测和数据反馈以及变量采集再由相关插补软件计算产生的脉冲指令，最终通过信号转换生成电压信号经过功率放大模块输出实现各部分的运动。在其工作过程中，任何一个环节出现故障都会对数控机床的正常工作造成影响[2]。数控机床进给伺服系统的常见故障通常体现在以下几个方面：①回零故障。零点就是我们所说的参考点，机床在开始或结束工作以及加工过程中更换刀具时，相应的坐标轴都要移动到一个提前设定好的准确位置。机床返回零点是数控机床起动在各项功能正常的前提下必须进行的一项操作，后续的工作才能按照编程方式进行。回零点故障一般分为两类（找不到零点和找不准零点）。找不到零点故障一般是回零点减速开关未产生相应的信号、传输过程中丢失或该位置的脉冲信号失效，可以通过检查相关部件是否有故障；找不准零点故障是零点开关挡块位置发生改变引起的，具体可能是挡块松动或设置的位置不准确需要重新调整挡块位置[3]。②漂移。当给定值为零时，坐标轴应该立即停止移动，如果仍然有部分位移既定义为发生漂移，这种故障会造成误差输出。如果出现这种故障，专业技术人员可以通过漂移补偿或伺服驱动单元上的零速调整来消除，具体情况可查阅相关设备说明书[4]。③轴窜动。窜动是发生在加工过程中的一种现象。正常的进给速度应该是均匀的，如果突然出现了变速的现象，就意味着窜动。产生窜动的原因是多方面的，例如信号不稳定或受到干扰，各种接线松动或者接触不良；或在变换方向运动的瞬间反向间隙过大造成的。窜动的故障判断较为复杂，需要电气和机械的相关人员配合并且使用辅助工具进行判断才能完成。④振动。振动现象主要指某一坐标轴运动时机床床身出现振动现象。出现该故障后先要判断振动周期与进给伺服系统的进给速度是否有关系，如果进给速度变化的同时振动周期也发生变化表明与速度环增益设置过大或速度反馈故障有关[5]。若在加速或者减速过程中出现振动，是系统在速度变化时间值设定过小造成的。出现这种故障时，专业技术人员可以根据以上方向进行诊断与维修。⑤伺服电机故障。伺服系统除了速度信号外还有相关的使能控制信号。伺服电机不转动可能是使能控制信号没有接通或者数控系统没有发出速度控制信号；通过CRT或者PLC监控I/O状态和梯形图确定启动条件是否满足。进给单元存在故障或伺服电机本身存在故障等原因也会引起以上故障。带电磁制动的伺服电机应该考虑电磁制动器是否打开。专业技术人员可以根據以上原因进行诊断与维修[6]。需要注意的是，目前，闭环或半闭环数控机床常用的伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机两种。直流伺服电机和交流伺服电机应该分别按照两种电机的相关检查要求和标准进行检查和保养。⑥位置误差。位置误差包括跟随误差、轮廓误差和定位误差几类。当坐标轴运动范围超过允许的系统设定误差范围时，数控系统就会产生位置误差报警。产生位置误差的原因有以下几个方面：系统设定的允许偏差范围较小；伺服系统增益设置不够优化；位置检测装置受损；传动系统误差偏大；平衡装置（对重系统）运行不稳[7]。如果出现这种故障，专业技术人员可以根据以上原因进行诊断与维修。⑦过载。在加工过程中进给量过大、正反向切换某一坐标轴过于频繁、机械传动部分的润滑不良、检测电路故障时，都会出现过载报警[8]。数控系统在开发时都会有相关内容显示，电机工作电流大小都会在CRT上显示出来，用以提示工作人员；当电柜的进给驱动单元出现过载或过流时，都会有相应的指示灯或数码管提示专业技术人员。如果出现这种故障，专业技术人员可以根据以上原因进行诊断与维修。⑧超程。当进给过程中实际运动值超过软限位或硬限位设定值时，就会发生超程报警，一般会在CRT 上显示报警内容。具体故障现象有以下情况： a系统出错，超程信号提前输入；加工零件过大，不适合在此机床上加工[9]。排除方法是重新考虑工件加工条件是否满足，避免超程信号的误输入； b系统报警，提示超过软限位。程序编写错误或刀具安装位置有误，都会引起报警，需要重新检查程序编写和刀具装夹、对刀是否正确。endprint

3 数控机床进给伺服系统常见故障处理的实例

①采用西门子840D系统的镗铣床X轴出现加工尺寸误差，尺寸变化无规律，但是CRT及伺服放大器无任何报警显示。也就是说，X轴原点出现无规律的漂移，该机床的系统采用半闭环控制方式，伺服电机与滚珠丝杠通过联轴器直接联接。根据故障现象进行分析，可能由两种原因造成的机械连接部分或丝杠副滚珠导槽受损。经过排查为滚珠丝杠与电机连接的联轴器松动紧固后设备恢复正常[10]。②一台配套SIEMENS 810D的双立柱车床开机时，CRT显示误差报警，当X轴运动时机床床身发生周期性振动。初步判断为系统参数设定不合理或者机械传动故障。将伺服电机与滚轴丝杠脱开后故障现象仍存在，排除伺服系统机械故障，检查伺服电机判断为正常。最后更换伺服控制器的电路板后故障消除，确定为该控制器的电路板出现故障。③一台配套Mazak e-800加工中心原点时，显示器出现“Z轴限位超程”根据目测距离还未到达平时参考点的位置，因此判断为软故障。该故障可能由于日常操作时没有按照规程进行造成的。在参数设置界面选择了Z轴相应的位置数据进行放大后机床自行回到参考点，再将参数修改到原来的数值机床恢复正常状态[11]。④一台采用日本数控系统的高精度铣床，Y轴运动时产生“绝对位置”报警，观察故障发生过程，在启动Y轴时，Y轴无法运动。初步判断为位置反馈出现故障。经过对伺服电机编码器更换后故障仍然没有消除，最后屏蔽光栅尺后报警消除。对光栅尺修理后设备恢复正常。

4 结语

数控机床故障的判断复杂，修复困难，对专业人员综合素质要求较高。对常见故障进行总结有助于故障的顺利排除。

【参考文献】

【1】张银娟.FANUC 0i系统的数控机床故障原因及维修分析[J].电子世界，2017（14）：5-7.

【2】徐萍.数控机床故障排除与处理实践分析[J].机电信息，2013（36）：65-66.

【3】顾涛.数控机床故障维修五例[J].科技资讯，2011（21）：11-12.

【4】李学斌.诊断数控机床故障的方法[J].内江科技，2010（06）：42-43.

【5】马保树，荆象泉，孙琪，等.数控机床故障原因分析方法浅谈[J].现代制造技术与装备，2009（02）：78-79.

【6】梁和福.提高数控机床故障排除的能力[J].机械职业教育，2007（10）：36-37.

【7】安雁秋，戴光群.数控机床故障维修[J].一重技术，2007（04）：8-10.

【8】王森.数控机床故障判断[J].设备管理与维修，2005（03）：34-35.

【9】李宏慧，谢小正，沙成梅.浅谈数控机床故障排除的一般方法[J].甘肃科技，2004（09）：51-52.