数控机床的软硬件故障特征与维修合理性分析

2021-11-28朱显明

农机使用与维修 2021年5期

朱显明

(黑龙江农业经济职业学院，黑龙江牡丹江 157041)

0 引言

随着机械行业的快速发展，机械产品的零件逐渐向着复杂化与精细化进步，这对于机械加工的能力提出了更高的要求。近年来，我国的机械行业不仅基本上实现了数字化加工，而且很多的数控机床向着更加先进和智能化方向发展，数控机床科学地将机械、电气、液压、气动等技术进行整合，并结合传统的机床制造技术经验，在技术不断优化的过程中形成了现阶段高度自动化的数控机床加工技术。数控机床的技术和适用范围根据工业生产过程的实际需求不断改进，不仅提升了机械加工过程的生产效率，还在用人成本、加工质量和经济效益方面具有显著的优势。与此同时，数控机床具有工艺复杂、多学科融合、专业性较强的特点，在长期工作过程中也会有一定的概率出现故障，对于数控机床的合理维修是保证机床良好加工品质的前提，对于机械加工工作的顺利开展具有重要意义。

1 数控机床技术现状与可靠性分析

数控机床的特点是利用计算机程序控制机床执行相应的加工任务，能够较好地完成批量零件、复杂零件、微小零件、精密零件的加工任务，具有柔性化和高效率的特征。近年来我国的数控行业发展迅速，北一机床、重庆机床、沈阳机床、济南机床等众多企业在数控机床的研究和制造领域取得了瞩目的成绩，尽管目前来看，我国的数控机床尖端技术与国际上相比仍存在较大差距，但发展速度很快，所能完成的复杂加工任务正逐渐增多，且数控技术逐渐突破传统制约向着微量加工、增材加工方向延伸。

先进的数控机床与传统的机械制造设备相比已经具有了显著的优势，数控加工的逻辑性更加清晰，程序录入更加简单，先进的机床能够实现多坐标的联动加工，从而实现复杂零件的快速加工任务。利用计算机进行辅助程序设计，能够使机械图纸、三维图快捷转换成为可供加工使用的数控程序。总体来看，现代化的数控机床相对于传统机床来说作业可靠性明显提高，一方面是机床本身的质量得到了明显的提高，在机械结构、加工制造精度、装配工艺等方面提升明显；另一方面故障检测技术的应用能够利用各个部位的传感器实时监测机床的工作状态，并对可能存在的故障问题做出警报。尽管数控机床的可靠性得到了提升，但在使用过程中受到程序合理性、生产环境、电磁干扰、人工干预等影响，仍不可避免地存在故障率，需要在使用过程中加强对故障问题的处置能力。

2 数控机床的软硬件故障特征

数控机床的故障特征主要包括软件故障和硬件故障两方面内容，常见的故障表现包括以下内容。

2.1 硬件系统常见故障特征

2.1.1 自动换刀装置功能失效

表现为第一工序加工完成后，数控机床不进行自动换刀，或换刀过程失败造成程序的终止而发出警报，自动换刀功能的失效会严重影响数控机床的加工效率。通常来说自动换刀功能失效主要是由于换刀机构调整不当导致的，因此当换刀机构失效时，应以调整刀套上的螺钉、压紧弹簧、顶紧卡紧销等紧固装置的状态避免刀具的装入与拆卸过程异常。若换刀机械手工作位置不正确，应重点对主轴箱进行调整，并重新设定换刀点。

2.1.2 传动链功能失效

在数控机床长期工作过程中，传动链长期工作易出现松弛、精度下降等问题，导致数控机床的工作质量降低，甚至影响生产的进程。对于传动链功能失效，应对失效的原因进行排查，首先检查传动链的工作状态，查看是否存在传动链被拉长、刚度下降等问题，并通过调整传动链的预紧力，更换新的预紧装置来提高传动链的工作性能。尤其对于先进的多轴机床而言，更应该在对传动链故障调整时确保调整精度，妥善消除传动间隙和卡滞等问题，有效提高机床传动质量。

2.1.3 伺服进给系统故障

伺服进给系统是数控机床加工功能实施的重要装置，对于数控机床工作的稳定性影响很大，伺服进给系统包括了伺服电机、传动结构、控制系统等装置，而这些部位也是机械故障频发的部位。当伺服进给系统出现故障，可利用数控机床配套的PLC检测程序进行故障检查，并根据可能的故障问题对电机、检测开关、编码器、接线及其他电器元件进行电压、电流等检测，以确定故障原因，并对损坏的元件进行更换。

2.1.4 液压系统故障

液压系统多作为数控加工过程中的动力辅助装置，当液压系统出现故障常表现为助力装置工作能力下降。液压系统性能下降的原因是多方面的，在排查时应采用由外及内的顺序进行，先排除液压系统外渗漏等故障，再针对液压泵、分配器等进行检查，并及时更换受损的零件。

2.2 软件系统故障特征

由于现代化的数控机床主要采用CNC控制模式，即通过微处理器控制机床，并根据程序化的软件来实施相关的功能，机床的软件系统对于保证加工过程的合理执行意义重大。数控机床的软件系统故障主要表现在以下几个方面，一是输入指令功能异常，即常规的键盘输入、磁盘输入、通信输入等方式中的一种或几种功能失效，导致执行程序输入受阻；二是信息处理过程异常，就是计算机对于录入程序的编译和识别过程出错，导致数据处理后待加工零件的轮廓信息、加工速度、辅助信息等存在较大偏差，导致零件加工时的起点、刀具运行路线、换刀等过程与正常状态不符，造成零件加工质量的不合格；三是执行程序输出过程存在异常，导致加工信息传达到驱动伺服系统的过程存在故障，机床未按预期执行动作。

对于软件系统的故障问题，主要通过两种方式进行调整，一是利用系统的程序自动修复功能，通过系统复位或初始化的方法使系统程序恢复正常状态；二是针对故障问题的特征，重新设置程序参数，或对参数进行校对和重新调整，对可能存在故障问题的位置进行调整，使机床功能恢复正常。

3 数控机床故障修复的合理性分析

数控机床的故障维修过程有多种方式，例如经验分析、故障码分析、仪器检测、综合检测等。对于数控机床的故障问题，要采用合理的方式进行维修，才能既保证维修质量又节省维修成本。总体来讲为保证数控机床维修的合理性，要注意以下几方面问题，一是根据故障问题的表征合理选择维修方式，对于简单的表面故障则不必采用仪器设备进行检测确定，而对于复杂的机械结构或系统问题，不能单纯采用简单的判断就加以处理，对于故障问题的判断与检测要做到科学合理；二是对于机械零件的损坏故障，要先针对故障产生的原因进行分析，然后判断故障零件的合理处置方式，对于可以修复的零件，在修复成本相对合理的条件下，则应选择修复，而对于难以修复或修复成本过高的零件，则应选择优质零件进行更换；三是数控机床故障的维修过程要遵循规范操作程序，并由专业的维修人员完成，确保维修过程零件拆装的合理性，避免零件拆装过程中造成新的损伤或结构不合理问题；四是软件系统故障应由专业的软件维护人员执行，不专业的软件调整可能造成更严重的故障问题。