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數(shù)控車床的故障分析及診斷
數(shù)控車床的故障分析及診斷【1】
摘 要: 隨著我國對先進(jìn)制造技術(shù)的不斷重視,數(shù)控車床在生產(chǎn)中扮演著越來越重要的角色,但操作者所遇到的故障也在不斷增多,這對生產(chǎn)造成了很大的影響。
本文通過對數(shù)控車床工作原理的介紹,詳細(xì)描述了目前數(shù)控車床所出現(xiàn)的常見故障、診斷方法與診斷原則,并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞: 數(shù)控車床 故障 診斷
數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高柔性、高效率的自動化機(jī)床,由于其投資比普通的機(jī)床高得多,因此降低數(shù)控機(jī)床的故障率、縮短故障修復(fù)時間,對提高機(jī)床利用率具有十分重要的意義。
目前,數(shù)控機(jī)床的故障診斷一直是困擾操作、維修人員的難題。
由于數(shù)控機(jī)床的安全性和工作可靠性會對生產(chǎn)單位的效益產(chǎn)生直接的影響,因此對數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時的診斷十分重要。
1.數(shù)控車床的構(gòu)成與基本工作原理
詳細(xì)地了解數(shù)控車床的基本構(gòu)成及其工作原理,是提高數(shù)控車床故障的分析診斷能力的必要條件。
下圖是數(shù)控車床加工工件的過程圖。
在數(shù)控車床上加工工件時,操作者首先根據(jù)零件圖制定出加工方案,編寫出零件加工程序,然后在控制裝置編輯狀態(tài)(EDIT)下,輸入加工程序,存入數(shù)控裝置的存儲器中。
數(shù)控裝置對信息代碼進(jìn)行譯碼、寄存,經(jīng)處理和運(yùn)算,把結(jié)果以數(shù)字信號的形式分配給機(jī)床各坐標(biāo)的伺服機(jī)構(gòu)。
由數(shù)控裝置發(fā)出的信號,通過伺服機(jī)構(gòu)經(jīng)傳動裝置驅(qū)動機(jī)床各運(yùn)動部件,使機(jī)床按規(guī)定的順序、速度和位移量進(jìn)行工作,從而加工出符合圖紙要求的零件。
2.常見故障介紹
按照數(shù)控車床發(fā)生故障的部件分類,我們一般把故障的類型分為以下兩大類。
2.1主機(jī)故障
數(shù)控車床的主機(jī)部分包括機(jī)械、冷卻、潤滑、液壓等裝置。
常見的主機(jī)故障有以下幾種。
2.1.1功能性故障是指在工件加工精度方面所出現(xiàn)的故障,表現(xiàn)為加工精度不穩(wěn)定,加工誤差大,運(yùn)動反向誤差大,工件表面粗糙度高。
2.1.2動作型故障是指機(jī)床各種動作故障,表現(xiàn)為主軸不轉(zhuǎn)動,工件夾不緊,刀架轉(zhuǎn)動失調(diào),等等。
2.1.3結(jié)構(gòu)型故障是指主軸發(fā)熱,主軸箱噪聲大,產(chǎn)生切削振動,等等。
2.1.4使用型故障是指使用及操作不當(dāng)引起的故障,如過載引起的機(jī)件損壞、撞車等。
2.2電氣故障
數(shù)控機(jī)床的電氣故障可一般可分為弱電故障和強(qiáng)電故障。
弱電故障主要指CNC裝置、伺服單元、輸入和輸出裝置、檢測裝置等電子電路發(fā)生故障;強(qiáng)電故障是指繼電器、接觸器、開關(guān)、熔斷器、電源變壓器、電動機(jī)、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣元器件及其所組成的電路發(fā)生故障。
3.常見故障的診斷
3.1常用的診斷方法
數(shù)控車床出現(xiàn)故障后,我們要從主機(jī)和電氣兩方面進(jìn)行分析,先判斷出到底是主機(jī)故障還是電氣故障,再深入分析、檢查,找出故障點(diǎn),最后予以排除。
3.1.1對設(shè)備維修人員的要求
維修人員須具備一定的專業(yè)素質(zhì)。
對特定的維修對象,維修人員首先要分解掌握系統(tǒng)每一部分的工作原理和車床的機(jī)械結(jié)構(gòu);其次要了解設(shè)備的操作方法,動作順序;最后就是對可能造成故障的各種因素進(jìn)行全面分析并進(jìn)行實(shí)際檢查維修。
每次維修后應(yīng)建立詳細(xì)的設(shè)備檔案,記錄好故障發(fā)生的時間、現(xiàn)象,以及故障分析、診斷方法、排除故障的方法,如有遺留問題也應(yīng)詳盡記錄,這樣不僅能使每次故障都有據(jù)可查,而且可積累維修經(jīng)驗(yàn),為以后的故障維修打好基礎(chǔ)。
3.1.2主機(jī)故障的診斷
對于常見的主機(jī)故障,診斷的方法比較多,如利用先進(jìn)測試手段的“現(xiàn)代診斷技術(shù)”和傳統(tǒng)的“實(shí)用診斷技術(shù)”等。
3.1.2.1實(shí)用診斷技術(shù)
此診斷是由維護(hù)人員通過自己的感覺器官和經(jīng)驗(yàn)對數(shù)控機(jī)床的故障進(jìn)行診斷。
運(yùn)用實(shí)用診斷技術(shù)的診斷過程因故障類型而異,各種方法無先后之分,可穿插或同時進(jìn)行,應(yīng)綜合分析,方能取得更好的效果。
實(shí)用診斷技術(shù)不需要復(fù)雜昂貴的儀器,可隨時隨地進(jìn)行診斷,且快速、便捷、準(zhǔn)確性較高,特別適合對機(jī)床進(jìn)行初步診斷。
3.1.2.2現(xiàn)代診斷技術(shù)
此診斷是利用診斷儀器和數(shù)據(jù)處理對機(jī)床機(jī)械裝置的某些特征參數(shù),如振動、噪聲和溫度等進(jìn)行測量,將測量值與規(guī)定的正常值進(jìn)行比較,以判斷機(jī)械裝置的工作狀態(tài)是否正常,從而對機(jī)械裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報和預(yù)測;并可進(jìn)一步對機(jī)械裝置的故障原因、部位和故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行定性和定量的分析。
利用現(xiàn)代診斷技術(shù)可在機(jī)械裝置發(fā)生故障的初期,及時發(fā)現(xiàn)故障的部位,并進(jìn)行維護(hù),從而可避免機(jī)械零件的進(jìn)一步損壞。
現(xiàn)代診斷技術(shù)如今已得到了不斷的推廣和應(yīng)用。
3.1.3電氣系統(tǒng)故障的診斷
對于數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)的故障,其調(diào)查、分析與診斷故障的過程,也就是故障的排除過程,因此其故障診斷的方法就特別重要。
下面簡單介紹一些常用的診斷方法。
3.1.3.1直觀法
主要采用目測、手摸、通電等方法。
3.1.3.2自診斷功能法
利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能,給出報警信息,指示故障的大致起因。
3.1.3.3交換法
將相同的模塊和單元互相交換,觀察故障轉(zhuǎn)移的情況,從而快速確定故障的部位。
3.1.3.4儀器測量比較法
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后,采用常規(guī)電工檢測儀器,對故障部分的電壓、電源、脈沖信號等進(jìn)行實(shí)測,將正常值與故障時的值相比較,可以分析出故障的原因與所在部位。
3.1.3.5敲擊法
數(shù)控系統(tǒng)由各種電路板組成,每塊電路板上有很多焊點(diǎn),任何虛焊或接觸不良都可能出現(xiàn)故障可用絕緣物輕輕敲打有虛焊或接觸不良的疑點(diǎn)處,若故障出現(xiàn),則故障很可能就在敲擊的部位。
上述幾種方法同時采用,進(jìn)行故障綜合分析,可快速診斷出故障的部位,從而能快速排除故障。
3.2故障診斷的原則
故障的診斷是排除數(shù)控車床故障非常重要的階段。
在進(jìn)行故障的診斷時應(yīng)遵循以下原則。
3.2.1先外部后內(nèi)部
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床本身的故障率已變得越來越低,大部分故障的發(fā)生是非系統(tǒng)本身原因引起的。
維修人員應(yīng)由外向內(nèi)逐一排查,盡量避免隨意啟封、拆卸,否則會擴(kuò)大故障,使機(jī)床精度喪失、性能降低。
3.2.2先主機(jī)后電氣
一般來說,主機(jī)故障較易發(fā)覺,而數(shù)控系統(tǒng)與電氣故障的診斷難度較大。
從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看,數(shù)控機(jī)床的故障中有很大部分是由于主機(jī)部分的失靈而引起的。
所以在故障檢修之前,首先應(yīng)注意排除機(jī)械性的故障,這樣往往可以達(dá)到事半功倍的效果。
3.2.3先靜態(tài)后動態(tài)
在車床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)下,通過了解、觀察、測試、分析,確認(rèn)通電后不會造成故障擴(kuò)大或發(fā)生事故,方可給車床通電。
在運(yùn)行狀態(tài)下,進(jìn)行動態(tài)的觀察、檢驗(yàn)和測試,查找故障。
而對通電后可能會發(fā)生破壞性故障的,必須先排除危險后,方可通電。
3.2.4先簡單后復(fù)雜
當(dāng)出現(xiàn)多種故障互相交織,應(yīng)先解決容易的問題,后解決難度較大的問題。
簡單問題解決后,難度大的問題也可能變得容易。
3.2.5先一般后特殊
在排除某一故障時,要先考慮最常見的可能原因,然后分析很少發(fā)生的特殊原因。
4.實(shí)例分析
故障一:程序運(yùn)行結(jié)束刀具不回零點(diǎn)。
(1)故障原因分析:上述故障可能是控制系統(tǒng)故障所致。
刀具在進(jìn)給或在加工時,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低,而程序回零點(diǎn)時,則要求快速退回。
電機(jī)高速運(yùn)行,需采用高壓驅(qū)動電源,使輸出轉(zhuǎn)矩增大。
控制高壓輸出電源輸出的有一個開關(guān)三極管,當(dāng)開關(guān)三極管損壞后,高速回零點(diǎn)時高壓電源打不開,電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不夠,致使刀具回不到零點(diǎn)。
(2)故障處理:更換開關(guān)三極管。
故障二:數(shù)控機(jī)床加工的工件尺寸誤差很大。
(1)故障原因分析:發(fā)生上述故障可能的原因有:絲杠或者絲母與車床連接松動,空走時沒有吃刀阻力,溜板運(yùn)行正常,加工時切削阻力增大,若絲杠或絲母與車床連接松動,會造成加工的工件尺寸漂移;X軸、Z軸絲杠反向間隙過大,也會造成工件尺寸漂移;電動刀架故障也會造成工件尺寸漂移。
(2)故障處理:先檢查絲杠或者絲母與車床連接部位,若松動,緊固連接部分。
再檢查X軸、Z軸絲杠反向間隙,重新調(diào)整并確定間隙。
還要檢查刀架鎖緊裝置及刀架控制箱,最后根據(jù)情況予以排除。
5.結(jié)語
數(shù)控車床是高度機(jī)電一體化的設(shè)備,數(shù)控車床所產(chǎn)生的故障種類繁多,其原因也往往比較復(fù)雜。
因此,我們必須對出現(xiàn)的故障進(jìn)行廣泛的研究,探索故障發(fā)生的規(guī)律,并采取有效的診斷方法。
在今后的工作中,我們必須不斷研究、深入探討,只有這樣才能不斷提高數(shù)控車床的故障診斷技術(shù)。
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數(shù)控車床故障診斷方法【2】
摘 要：數(shù)控車床一旦出現(xiàn)故障，診斷方法便是數(shù)控車床維修的關(guān)鍵。
總之，故障類型有不同，應(yīng)采取不同診斷故障的方法。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 故障 診斷方法
數(shù)控車床應(yīng)用的越來越廣泛，效利用率的要求也越來越高，要求其可靠性高的同時當(dāng)數(shù)控車床出現(xiàn)故障要盡快維修，所以要求其維修人員要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
以下有關(guān)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)和常見故障的常用排除方法。
1. 數(shù)控車床的組成
數(shù)控車床由：程序編制及程序載體、輸入裝置 、 數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動、位置檢測裝置、輔助控制裝置、車床本體等幾部分組成。
在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，加工零件時操作者根據(jù)圖樣的要求，通過不斷改變刀具的運(yùn)動軌跡，運(yùn)動速度等參數(shù)，使刀具對工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。
2.工作原理
數(shù)控車床的加工其實(shí)質(zhì)是應(yīng)用了“微分”原理。
其工作原理與過程可簡述如下：
2.1. 只要數(shù)控車床的最小移動量(脈沖當(dāng)量)足夠小，所用的擬合折線就完全可以等效代替理論曲線;
2.2.只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達(dá)到改變加工軌跡的目的;
2.3. 只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標(biāo)軸(刀具)的運(yùn)動速度。
這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控車床控制刀具移動軌跡的根本目的。
2.4.只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達(dá)到改變加工軌跡的目的;
2.5. 只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標(biāo)軸(刀具)的運(yùn)動速度。
這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控車床控制刀具移動軌跡的根本目的。
3.數(shù)控車床故障診斷的方法
3.1.直觀檢查法
維修人員在故障診斷時首先使用的方法是直觀檢查法。
首先要咨詢，向出現(xiàn)故障的現(xiàn)場人員詳細(xì)咨詢故障產(chǎn)生的經(jīng)過、故障現(xiàn)象和故障后果，而且要在整個的分析、判斷過程中多次詢問;第二是認(rèn)真檢查，依據(jù)故障診斷原則從外向內(nèi)逐步進(jìn)行排查。
整體檢查機(jī)床各電控裝置(如潤滑裝置、數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置等)有無報警指示，各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(比如機(jī)械手位置、主軸狀態(tài)、各坐標(biāo)軸位置、刀庫等)，機(jī)床局部要觀察電路板上是否有短路、斷路，電路板元器件及線路是否有裂痕、燒傷等現(xiàn)象，芯片是否接觸不良等現(xiàn)象，對維修過的電路板，更要檢查有無缺件、錯件及斷線等情況;第三是觸摸，在整機(jī)斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、 各功率及信號導(dǎo)線(如伺服與電機(jī)接觸器接線)的聯(lián)接狀況等來發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障的原因。
3.2. 儀器檢查法
儀器檢查法是使用常規(guī)的電工儀表，對相關(guān)直流及脈沖信號及各組交、直流電源電壓等進(jìn)行測量，從而找出可能的故障問題。
例如：拿萬用表來檢查各電源情況，和對其中一些電路板上布置的相關(guān)信號狀態(tài)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行測量，拿示波器觀察其脈動信號的幅值、相位或者有、無，拿PLC 編程器檢測PLC程序中的故障點(diǎn)及原因。
3.3. 功能程序測試法
功能程序測試法是把數(shù)控系統(tǒng)的G、M、S、T、F功能用編程法編成一個功能試驗(yàn)程序，并存儲在相應(yīng)的介質(zhì)上。
運(yùn)行這個程序來完成故障診斷，可快速判定故障發(fā)生的起因。
功能程序測試法可以適用于以下場合：
3.3.1.當(dāng)機(jī)床加工造成廢品時，難以確定是數(shù)控系統(tǒng)、還是由于編程操作不當(dāng)故障引起的。
3.3.2.當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機(jī)性故障時，無法判斷是系統(tǒng)穩(wěn)定性差，還是外來干擾的。
3.3.3.當(dāng)對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢修或閑置很長時間的數(shù)控機(jī)床在投入使用前時。
還有接口狀態(tài)檢查法、信號與報警指示分析法、試探交換法、參數(shù)檢查法、 診斷備件替換法、特殊處理法、測量比較法等。
4.數(shù)控機(jī)床故障診斷實(shí)例
數(shù)控機(jī)床最容易發(fā)生問題的部分是驅(qū)動部分，因?yàn)樗菑?qiáng)弱電一體的。
驅(qū)動部分有伺服驅(qū)動器和主軸驅(qū)動器，驅(qū)動模塊和電源模塊兩部分構(gòu)成，電源模塊是把三相交流電通過變壓器升壓為高壓直流，而事實(shí)驅(qū)動部分是個逆變換，把高壓支流轉(zhuǎn)換為三相交流，而且驅(qū)動伺服電機(jī)是完成主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)和伺服軸的運(yùn)動。
所以這部分最容易出現(xiàn)故障。
以802S數(shù)控系統(tǒng)和CJK6136數(shù)控機(jī)床的故障現(xiàn)象為例，分析一下控制電路與機(jī)械傳動接口的故障診斷與維修。
數(shù)控機(jī)床在加工過程中，主軸經(jīng)常不能回參考點(diǎn)。
則在數(shù)控操作面板上，主軸轉(zhuǎn)速顯示也不確定主軸運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。
經(jīng)分析，由于該機(jī)床采用的是變頻調(diào)速，其轉(zhuǎn)速信號由編碼器提供，可以排除編碼器損壞的可能，因?yàn)檫@樣根本就無法傳遞轉(zhuǎn)速信號，只有是編碼器與其連接單元出現(xiàn)問題。
從兩個方面考慮，一是數(shù)控系統(tǒng)連接的ECU連接有可能松動，二是和主軸的機(jī)械連接有可能出現(xiàn)問題。
然后著手解決故障。
第一檢查編碼器與ECU的連接。
如果不存在問題，就拆卸編碼器檢查是否是主傳動與編碼器之間的連接鍵脫離鍵槽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)就是這個故障。
維修恢復(fù)并重新安裝問題就解決了。
產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床故障的原因有很多，有數(shù)控系統(tǒng)本身的問題、驅(qū)動元件的問題、機(jī)械問題、傳感元件的問題、線路連接的問題、強(qiáng)電部分的問題等。
檢修過程中，重要的是分析故障產(chǎn)生原因的可能性和范圍，然后逐一排除，直到找出故障點(diǎn)，千萬不可盲目的下手，否則，不但問題解決不了，還可能造成故障范圍的擴(kuò)大。
總之，在解決數(shù)控機(jī)床故障和維修問題時，第一要防患于未燃，在數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)問題之提早去發(fā)現(xiàn)解決問題，要了解機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)和工作原理，做好日常的維護(hù)保養(yǎng)工作，這樣就能做到有的放矢，更好的解決問題。
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