數(shù)控機床典型故障與維修

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數(shù)控機床典型故障與維修

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數(shù)控機床典型故障與維修

　　摘要：數(shù)控機床維修較普通設(shè)備維修相對復雜，主要體現(xiàn)在不僅需要解決線路方面的問題，還要考慮數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動等部件的參數(shù)設(shè)置問題，這要求維修人員能正確理解數(shù)控機床控制原理及控制過程，會運用相關(guān)資料采取正確的步驟進行檢修。本文將從數(shù)控機床的特點和數(shù)控機床使用中出現(xiàn)典型故障進行說明。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;工作原理;數(shù)控系統(tǒng);維修

　　科學技術(shù)的發(fā)展對機械產(chǎn)品提出了高精度、高質(zhì)量的要求，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快，這對機床設(shè)備提出了精度和效率的要求，而且也提出了通用性和靈活性的要求。數(shù)控機床集微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)及伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機械技術(shù)于一體，是高度機電一體化的典型產(chǎn)品。它本身又是機電一體化的重要組成部分，是現(xiàn)代機床技術(shù)水平的重要標志。數(shù)控機床體現(xiàn)了當前世界機床技術(shù)進步的主流，是衡量機械制造工藝水平的重要指標，在柔性生產(chǎn)和計算機集成制造等先進制造技術(shù)中起著重要的基礎(chǔ)核心作用。由于數(shù)控機床是一種價格昂貴的精密設(shè)備，因此，其維修和維護更是不容忽視。我國在數(shù)控維修調(diào)試方面更是人才短缺，經(jīng)驗匱乏，導致國內(nèi)許多高檔數(shù)控機床都要聘請國外專家維修調(diào)試[1]。

　　一、數(shù)控機床

　　(一) 數(shù)控機床的組成

　　1.主機。主機是數(shù)控機床的機械部件，包括床身、主軸箱、刀架、尾座、導軌等。

　　2.數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的控制核心，其主體是一臺計算機(包括CPU、存儲器、CRT等)。

　　3.伺服驅(qū)動系統(tǒng)。伺服驅(qū)動系統(tǒng)時數(shù)控車床切削工作的動力部分，主要實現(xiàn)主運動和進給運動。它由伺服驅(qū)動電路和驅(qū)動裝置組成。驅(qū)動裝置主要有主軸電動機、進給系統(tǒng)的步進電動機或交、直流伺服電動機等。

　　4.輔助裝置。輔助裝置是指數(shù)控機床的一些配套部件，包括液壓、氣動裝置及冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和排屑裝置

　　(二)數(shù)控機床的基本原理

　　按照零件加工的技術(shù)要求和工藝要求，編寫零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，通過數(shù)控裝置控制機床的主軸運動、進給運動、更換刀具，以及工件的夾緊與松開，冷、潤滑泵的開與關(guān)，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴格按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。

　　數(shù)控機床的工作原理可以歸納為：

　　①控制介質(zhì) 控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和刀具運動等，將這些信息輸入到數(shù)控裝置，控制數(shù)控機床對零件切削加工。

　　②數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件和邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應的脈沖，并通過伺服系統(tǒng)控制機床運動部件按加工程序指令運動。

　�、鬯欧到y(tǒng) 伺服系統(tǒng)由伺服電機和伺服驅(qū)動裝置組成，通常所說數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的集成，因此說伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進給速度和進給方向位移。每個進給運動的執(zhí)行部件都配備一套伺服系統(tǒng)，有的伺服系統(tǒng)還有位置測量裝置，直接或間接測量執(zhí)行部件的實際位移量，并反饋給數(shù)控裝置，對加工的誤差進行補償。

　　④機床本體數(shù)控機床的本體與普通機床基本類似，不同之處是數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠代替普通機床的絲杠和齒條傳動，主軸變速系統(tǒng)簡化了齒輪箱，普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制[5]。

　　(三)FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點

　　日本FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)具有高質(zhì)量、高性能，適用于各種機床和生產(chǎn)機械的特點，在市場的占有率遠遠超過其他的數(shù)控系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

　　①系統(tǒng)在設(shè)計中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易于拆裝，各個控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。

　�、诰哂泻軓姷牡挚箰毫迎h(huán)境影響的能力。其工作環(huán)境溫度為0～45℃，相對濕度為75%。

　�、塾休^完善的保護措施。FANUC對自身的系統(tǒng)采用比較好的保護電路。

　�、蹻ANUC系統(tǒng)所配置的系統(tǒng)軟件具有比較齊全的基本功能和選項功能。對于一般的機床來說，基本功能完全能滿足使用要求。

　�、萏峁┐罅控S富的PMC信號和PMC功能指令。這些豐富的信號和編程指令便于用戶編制機床側(cè)PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。

　　⑥具有很強的DNC功能。系統(tǒng)提供串行RS232C傳輸接口，使通用計算機PC和機床之間的數(shù)據(jù)傳輸能方便、可靠地進行，從而實現(xiàn)高速的DNC操作。

　�、咛峁┴S富的維修報警和診斷功能。

　　系統(tǒng)在硬件上采用兩種數(shù)字總線：在軸控制部分采用FANUC專用的FSSB串行伺服總線聯(lián)接所有的伺服驅(qū)動器;在機床面板等機床外圍設(shè)備部分采用Fanuc I/O Link總線聯(lián)接。通過兩種總線將實時性要求不同的數(shù)據(jù)分離開[2]。

　　(四)伺服驅(qū)動及伺服電機的特點

　　1.高可靠性。完善的可靠性設(shè)計方案：如冗余設(shè)計，降額設(shè)計等，所有元器件全部采用工業(yè)或軍工等級，關(guān)鍵元器件全部采用進口元件，如三菱IPM模塊、EPCOS電容、fuji整流橋等。

　　2.高節(jié)電率。采用先進的微電腦控制技術(shù)，使定量泵變?yōu)楣?jié)能型的變量泵，液壓系統(tǒng)與整機運行所需要的功率相匹配，無高壓節(jié)流溢流能量之損失，提高油泵電機功率因素至0.96以上，節(jié)電率一般可達40%～60%。

　　3.軟啟動。采用伺服器控制可以減小數(shù)控機床震動，延長數(shù)控機床的使用壽命，同時數(shù)控系統(tǒng)發(fā)熱量減小，油溫穩(wěn)定，延長液壓系統(tǒng)的使用壽命，為用戶節(jié)省了維護的費用。

　　4.超強的過載能力和動態(tài)響應速度。采用先進的矢量控制算法和獨特的限流技術(shù)，確保在機床操作過程中，能承受啟停重負載的沖擊而不跳閘，以確保生產(chǎn)過程的連續(xù)性。高速的動態(tài)響應，最大限度減小零件周期的延遲現(xiàn)象。

　　5.完善的EMC設(shè)計。采用完善的EMC設(shè)計方案，內(nèi)部布局優(yōu)化設(shè)計，采用多種EMI對策，確保對數(shù)控機床電氣系統(tǒng)的干擾減小到最小，保證其工作的工作穩(wěn)定性[4]。

　　二、數(shù)控機床故障維修

　　(一)數(shù)控機床使用中注意事項

　　使用數(shù)控機床之前，應仔細閱讀機床使用說明書以及其他有關(guān)資料，以便正確操作使用機床，并注意以下幾點：① 機床操作、維修人員必須是掌握相應機床專業(yè)知識的專業(yè)人員或經(jīng)過技術(shù)培訓的人員，且必須按安全操作規(guī)程及安全操作規(guī)定操作機床;②非專業(yè)人員不得打開電柜門，打開電柜門前必須確認已經(jīng)關(guān)掉了機床總電源開關(guān)。只有專業(yè)維修人員才允許打開電柜門，進行通電檢修;③ 除一些供用戶使用并可以改動的參數(shù)外，其它系統(tǒng)參數(shù)、主軸參數(shù)、伺服參數(shù)等，用戶不能私自修改，否則將給操作者帶來設(shè)備、工件、人身等傷害;④修改參數(shù)后，進行第一次加工時，機床在不裝刀具和工件的情況下用機床鎖住、單程序段等方式進行試運行，確認機床正常后再使用機床;⑤機床的PLC程序是機床制造商按機床需要設(shè)計的，不需要修改。不正確的修改，操作機床可能造成機床的損壞，甚至傷害操作者;⑥ 建議機床連續(xù)運行最多24小時，如果連續(xù)運行時間太長會影響電氣系統(tǒng)和部分機械器件的壽命，從而會影響機床的精度;⑦機床全部連接器、接頭等，不允許帶電拔、插操作，否則將引起嚴重的后果。

　　(二)數(shù)控機床故障診斷維修

　　我們要學習車床的診斷首先要了解兩個概念：系統(tǒng)的可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能能力，故障是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下合規(guī)定的時間內(nèi)失去規(guī)定的功能。

　　(1)診斷的方法：

　�、賱幼髟\斷：監(jiān)視車床動作部分，判斷個不良的部位。

　　②狀態(tài)診斷：當機床電機動負載時，觀察運行狀態(tài)。

　�、埸c檢診斷：定期點檢液壓元件，氣動元件。

　�、懿僮髟\斷：監(jiān)視操作錯誤和程序錯誤。

　�、輸�(shù)控系統(tǒng)故障自診斷[3]。

　　(2)典型數(shù)控機床常見故障診斷及維修實例

　�、僦鬏S出現(xiàn)噪聲的故障維修.故障現(xiàn)象：主軸噪聲較大，主軸無載荷情況下，負載表指示超過40%。分析診斷：首先檢查主軸參數(shù)設(shè)定，包括放大器型號、電動機型號及伺服增益等，在確認無誤后，則將檢查重點放在機械側(cè)。發(fā)現(xiàn)主軸軸承損壞，經(jīng)更換軸承后，在脫開機械側(cè)的情況下檢查主軸電動機旋轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)負載表指示已正常但仍有噪聲。隨后，講主軸參數(shù)00號設(shè)定為1，即讓主軸驅(qū)動系統(tǒng)開環(huán)運行，結(jié)果噪聲消失，說明速度檢測元件有問題。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)安裝不正，調(diào)整位置之后再運行主軸電動機，噪聲消失，機床能正常工作。

　�、诮z杠竄動引起的故障維修.故障現(xiàn)象：TH6380臥式加工中心，啟動液壓后，手動運行Y軸時，液壓自動中斷，CRT顯示報警，驅(qū)動失效，其他各軸正常。分析診斷：該故障涉及電氣、機械、液壓等部分。任一環(huán)節(jié)有問題均可導致驅(qū)動失效，因此檢查的順序大致如下。伺服驅(qū)動裝置→電動機及測量器件→電動機與絲杠連接部分→液壓平衡裝置→開螺母和滾珠絲杠→軸承→其他機械部分。

　　(1)檢查驅(qū)動裝置外部接線及內(nèi)部元器件的狀態(tài)良好，電動機與測量系統(tǒng)正常。

　　(2)拆下Y軸液壓抱閘后情況同前，將電動機與絲杠的同步傳動帶脫離，手搖Y軸絲杠，發(fā)現(xiàn)絲杠上下竄動。

　　(3)拆開滾珠絲杠上軸承座正常。

　　(4)拆開滾珠絲杠下軸承座后發(fā)現(xiàn)軸向推力軸承的緊固螺母松動，導致滾珠絲杠上下竄動。

　　參考文獻

　　1.吳國經(jīng).數(shù)控機床故障診斷與維護[M].北京：電子工業(yè)出版社出版，2005：50—56.

　　2.鄭曉峰.數(shù)控原理與系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：35—40.

　　3.蔣洪平.數(shù)控設(shè)備故障診斷與維修[M].北京：理工大學出版社，2006：80—95.

　　4.鄭曉峰，陳少艾.數(shù)控機床及其使用和維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008：10—13.

　　5.夏風芳.數(shù)控機床[M].大連：高等教育出版社出版，2005：60—70.23～235.

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