淺談數控設備常見故障分析及維修方法

淺談數控設備常見故障分析及維修方法

　　論文關鍵詞:數控設備；故障；維修

　　論文摘要:近年來，隨著國民和科學技術的不斷發展，我國各制造行業紛紛采用數控設備。它們在加工現場發揮出了強大的技術優勢。在高效率的自動化生產中，如果數控設備出現了故障，輕則影響設備的利用率，重則影響企業的興衰。所以，加強數控設備使用，降低數控機床故障發生率已是一個必須要解決的重要問題。
　　　　
　　一、數控系統的構成與特點
　　
　　控制系統主要由總線、CPU、電源、存貯器、操作面板和顯示屏、位控單元、可編程序控制器控制單元以及數據輸入/輸出接口等組成。最新一代的數控系統還包括一個通訊單元，它可完成CNC、PLC的內部數據通訊和外部高次網絡的連接。伺服驅動系統主要包括伺服驅動裝置和電機。位置測量系統主要是采用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。
　　數控系統的主要特點是：可靠性要求高：因為一旦數控系統發生故障，即造成巨大經濟損失；有較高的適應能力，因為數控系統一般為控制機，其工作環境為車間環境，要求它具有在震動，高溫，潮濕以及各種工業干擾源的環境條件下工作的能力；接口電路復雜，數控系統要與各種數控設備及外部設備相配套，要隨時處理生產過程中的各種情況，適應設備的各種工藝要求，因而接口電路復雜，而且工作頻繁。
　　
　　二、數控系統的常見故障分析
　　
　　根據數控系統的構成，工作原理和特點，我們將常見的故障部位及故障現象分析如下：
　　位置環。這是數控系統發出控制指令，并與位置檢測系統的反饋值相比較，進一步完成控制任務的關鍵環節。它具有很高的工作頻度，并與外設相聯接，所以容易發生故障。
　　常見的故障有：①位控環報警：可能是測量回路開路；測量系統損壞，位控單元內部損壞。②不發指令就運動，可能是漂移過高，正反饋，位控單元故障；測量元件損壞。③測量元件故障，一般表現為無反饋值；機床回不了基準點；高速時漏脈沖產生報警可能的原因是光柵或讀頭臟了；光柵壞了。
　　伺服驅動系統。伺服驅動系統與電源電網，機械系統等相關聯，而且在工作中一直處于頻繁的啟動和運行狀態，因而這也是故障較多的部分。
　　其主要故障有：①系統損壞。一般由于網絡電壓波動太大，或電壓沖擊造成。我國大部分地區電網質量不好，會給機床帶來電壓超限，尤其是瞬間超限，如無專門的電壓監控儀，則很難測到，在查找故障原因時，要加以注意，還有一些是由于特殊原因造成的損壞。如華北某廠由于雷擊中工廠變電站并竄入電網而造成多臺機床伺服系統損壞。②無控制指令，而電機高速運轉。這種故障的原因是速度環開環或正反饋。如在東北某廠，引進的西德WOTAN公司轉子銑床在調試中，機床X軸在無指令的情況下，高速運轉，經分析我們認為是正反饋造成的。因為系統零點漂移，在正反饋情況下，就會迅速累加使電機在高速下運轉，而我們按標簽檢查線路后完全正確，機床廠技術人員認為不可能接錯，在充分分析與檢測后我們將反饋線反接，結果機床運轉正常。機床廠技術人員不得不承認德方工作失誤。還有一例子，我們在天津某廠培訓講學時，應廠方要求對他們廠一臺自進廠后一直無法正常工作的精密磨床進行維修，其故障是：機床一啟動電機就運轉，而且越來越快，直至最高轉速。我們分析認為是由于速度環開路，系統漂移無法抑制造成。經檢查其原因是速度反饋線接到了地線上造成。③加工時工件表面達不到要求，走圓弧插補軸換向時出現凸臺，或電機低速爬行或振動，這類故障一般是由于伺服系統調整不當，各軸增益系統不相等或與電機匹配不合適引起，解決辦法是進行最佳化調節。④燒斷，或電機過熱，以至燒壞，這類故障一般是機械負載過大或卡死。
　　電源部分。電源是維持系統正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結果是造成系統的停機或毀壞整個系統。一般在歐美國家，這類問題比較少，在設計上這方面的因素考慮的不多，但在中國由于電源波動較大，質量差，還隱藏有如高頻脈沖這一類的干擾，加上人為的因素（如突然拉閘斷電等）。這些原因可造成電源故障監控或損壞。另外，數控系統部分運行數據，設定數據以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器內，系統斷電后，靠電源的后備蓄電池或鋰電池來保持。因而，停機時間比較長，拔插電源或存貯器都可能造成數據丟失，使系統不能運行。 可編程序控制器接口。數控系統的邏輯控制，如刀庫，液壓啟動等，主要由PLC來實現，要完成這些控制就必須采集各控制點的狀態信息，如斷電器，伺服閥，指示燈等。因而它與外界種類繁多的各種信號源和執行元件相連接，變化頻繁，所以發生故障的可能性就比較多，而且故障類型亦千變萬化。
　　其他。由于條件，如干擾，溫度，濕度超過允許范圍，操作不當，參數設定不當，亦可能造成停機或故障。有一工廠的數控設備，開機后不久便失去數控準備好信號，系統無法工作，經檢查發現機體溫度很高，原因是通氣過濾網已堵死，引起溫度傳感器動作，更換濾網后，系統正常工作。不按操作規程拔插線路板，或無靜電防護措施等，都可能造成停機故障甚至毀壞系統。
　　一般在數控系統的設計、使用和維修中，必須考慮對經常出現故障的部位給予報警，報警電路工作后，一方面在屏幕或操作面板上給出報警信息，另一方面發出保護性中斷指令，使系統停止工作，以便查清故障和進行維修。
　　
　　三、故障排除方法
　　
　　初始化復位法一般情況下，由于瞬時故障引起的系統報警，可用硬件復位或開關系統電源依次來清除故障，若系統工作存貯區由于掉電，拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統進行初始化清除，清除前應注意作好數據拷貝記錄，若初始化后故障仍無法排除，則進行硬件診斷。
　　參數更改，程序更正法系統參數是確定系統功能的依據，參數設定錯誤就可能造成系統的故障或某功能無效。例如，在哈爾濱某廠轉子銑床上采用了測量循環系統，這一功能要求有一個背景存貯器，調試時發現這一功能無法實現。檢查發現確定背景存貯器存在的數據位沒有設定，經設定后該功能正常。有時由于用戶程序錯誤亦可造成故障停機，對此可以采用系統的塊搜索功能進行檢查，改正所有錯誤，以確保其正常運行。
　　調節，最佳化調整法調節是一種最簡單易行的辦法。通過對電位計的調節，修正系統故障。如某軍工廠維修中，其系統顯示器畫面混亂，經調節后正常。在山東某廠，其主軸在啟動和制動時發生皮帶打滑，原因是其主軸負載轉矩大，而驅動裝置的斜升時間設定過小，經調節后正常。
　　最佳化調整是系統地對伺服驅動系統與被拖動的系統實現最佳匹配的綜合調節方法，其辦法很簡單，用一臺多線記錄儀或具有存貯功能的雙蹤示波器，分別觀察指令和速度反饋或電流反饋的響應關系。通過調節速度調節器的比例系數和積分時間，來使伺服系統達到即有較高的動態響應特性，而又不振蕩的最佳工作狀態。在現場沒有示波器或記錄儀的情況下，根據經驗，即調節使電機起振，然后向反向慢慢調節，直到消除震蕩即可。 備件替換法用好的備件替換診斷出壞的線路板，并做相應的初始化啟動，使機床迅速投入正常運轉，然后將壞板修理或返修，這是目前最常用的排故辦法。
　　改善電源質量法目前一般采用穩壓電源，來改善電源波動。對于高頻干擾可以采用電容濾波法，通過這些性措施來減少電源板的故障。
　　維修信息跟蹤法一些大的制造公司根據實際工作中由于設計缺陷造成的偶然故障，不斷修改和完善系統軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式不斷提供給維修人員。以此做為故障排除的依據，可正確徹底地排除故障。

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