數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修技術(shù)探討

張 波，段蘭蘭

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 懷化 418000）

數(shù)控機(jī)床融合機(jī)、電、光、液于一身，具有高、精、尖的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在眾多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備相比，數(shù)控機(jī)床控制精度高，加工質(zhì)量可靠，生產(chǎn)效率高，靈活性好，得到了各行業(yè)的好評(píng)。但由于機(jī)械的磨損、失效、銹蝕等問題，在使用過程中會(huì)出現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的內(nèi)部元件老化、控制電流和電壓穩(wěn)定性降低、溫度過高過低、軟件丟失等問題，都可能使機(jī)床產(chǎn)生故障。當(dāng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的某個(gè)部分出現(xiàn)故障時(shí)，就必須停機(jī)停產(chǎn)，進(jìn)行維修，從而影響了生產(chǎn)進(jìn)度。因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床的有效診斷和搶修就成為了生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵。

1 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修界定

機(jī)床是人類進(jìn)行生產(chǎn)勞動(dòng)的重要工具，也是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。普通機(jī)床已經(jīng)經(jīng)歷了200多年的歷史，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化、精密機(jī)械與測(cè)量等技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。在我國現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)中，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。

數(shù)控機(jī)床采用了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，因此也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床或CNC機(jī)床。數(shù)控機(jī)床綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量、現(xiàn)代機(jī)械制造和數(shù)據(jù)通信等多種技術(shù)，是機(jī)械加工領(lǐng)域中典型的機(jī)電一體化設(shè)備，適用于多品種、中小批量的復(fù)雜零件的加工。要保持?jǐn)?shù)控機(jī)床的完好率，就要求對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性、可維修性和可用性提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，衡量可靠性的主要指標(biāo)是平均故障間隙時(shí)間MTBF（Mean Time Between Failure），MTBF就是數(shù)控機(jī)床在使用過程發(fā)生了N次故障，每次故障修復(fù)后又投入使用。測(cè)其每次故障前工作持續(xù)時(shí)間為T1、T2……TN0，其平均故障間隙時(shí)間 MTBF=T/N。（T為T1、T2、TN0之和）?？删S修性的衡量指標(biāo)是平均修復(fù)時(shí)間（MTTR），MTTR是規(guī)定的條件蝦和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，機(jī)床在任一規(guī)定的維修級(jí)別上，修復(fù)性維修時(shí)間與在該級(jí)別上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)之比。簡(jiǎn)單地說就是排除故障所需實(shí)際直接維修時(shí)間的平均值，MTBF=TI/N。（T1為第I次修復(fù)時(shí)間，N修復(fù)次數(shù)），可用性是在要求的外部資源得到保證的前提下機(jī)床在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)刻或時(shí)間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定的功能狀態(tài)的能力。

2 數(shù)控機(jī)床故障的診斷

（1）功能程序測(cè)試法。這種方法是通過編制一個(gè)新的程序，該程序中包含了數(shù)控系統(tǒng)的特殊功能和常用功能，將該程序輸入數(shù)控系統(tǒng)，檢測(cè)在系統(tǒng)運(yùn)行該程序時(shí)，機(jī)床運(yùn)行這些功能的準(zhǔn)確度和可靠性，以此來檢測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，并判斷故障出現(xiàn)的原因。

（2）系統(tǒng)自診斷法。數(shù)控系統(tǒng)具有自診斷功能，可以時(shí)刻監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的工作情況。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)馬上在CRT上出現(xiàn)警告信息，操作人員可以通過發(fā)光二極管的相關(guān)指示找出故障原因，這在維修中起到了非常重要的作用。

（3）模塊備件替換法。隨著現(xiàn)代電路技術(shù)的發(fā)展，電路技術(shù)向集成電路方向發(fā)展，變得越來越復(fù)雜。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，往往不能將故障鎖定在一個(gè)固定的、相對(duì)小的范圍內(nèi)，當(dāng)缺少診斷所需備件時(shí)，可以用其他相同備件進(jìn)行替換，從而達(dá)到檢測(cè)目的。對(duì)于現(xiàn)在的數(shù)控檢修技術(shù)，采用替換檢修的方法，將大大縮短故障停機(jī)時(shí)間，讓系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常工作。

（4）接口信號(hào)檢查。利用可編程序控制器在線檢測(cè)機(jī)床控制系統(tǒng)的接回信號(hào)，并與接口手冊(cè)的正確信號(hào)對(duì)比，就可以查找出故障出現(xiàn)的部位。

3 數(shù)控機(jī)床的故障維修技術(shù)

數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)部分是強(qiáng)弱電一體的，是數(shù)控機(jī)床中最易出現(xiàn)故障的部分。如，數(shù)控機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，主軸有時(shí)不能回到原有的參考點(diǎn)；在數(shù)控操作面板上，主軸轉(zhuǎn)速顯示時(shí)有時(shí)無，但主軸運(yùn)轉(zhuǎn)正常。由于機(jī)床采用的是變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)速信號(hào)是由編碼器決定的，因此，對(duì)于這些問題，故障出現(xiàn)的可能原因應(yīng)從以下兩個(gè)方面考慮。①與數(shù)控系統(tǒng)連接的 ECU連接是否出現(xiàn)故障。②主軸的機(jī)械在連接上是否出現(xiàn)問題。具體來說，應(yīng)先檢測(cè)主軸與 ECU的連接是否正常，如果連接是正常，就把編碼器拆下來，檢查主傳動(dòng)與編碼器的連接鍵是否脫離鍵槽，如果出現(xiàn)故障，只需將故障元件修好并重新安裝，即可解決問題。

機(jī)床可靠性是幫故障出現(xiàn)的頻率加以度量的，對(duì)機(jī)床可靠性的分析，評(píng)價(jià)和改進(jìn)都離不開故障信息。建立故障報(bào)告，分析和糾正措施系統(tǒng)的目的是保證故障信息的正確性、完整性，并及時(shí)利用故障信息進(jìn)行分析、改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)。故障報(bào)告：機(jī)床任何功能級(jí)在規(guī)定的檢查和運(yùn)行期間發(fā)生的故障均應(yīng)向規(guī)定級(jí)別的管理部門報(bào)告。故障報(bào)告應(yīng)以故障卡片、文件等書畫形式進(jìn)行，以便審查和存檔。故障報(bào)告系統(tǒng)可充分利用已有的信息管理系統(tǒng)，以避免不必要的重復(fù)。故障工作要及時(shí)、正確，故障報(bào)告應(yīng)具有良好的可追蹤性。

故障分析：故障發(fā)生后，負(fù)責(zé)檢查和運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人，應(yīng)及時(shí)通知有關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)故障進(jìn)行核實(shí)并進(jìn)行工程分析和統(tǒng)計(jì)分析，以便有針對(duì)性采取糾正措施。故障糾正：糾正措施要經(jīng)過分析，計(jì)算和必要的試驗(yàn)驗(yàn)證，證明是可行的并且有效的，方可付諸實(shí)施。故障糾正活動(dòng)完成后，應(yīng)編寫故障分析和糾正報(bào)告，匯集故障分析和糾正過程形成的各種數(shù)據(jù)和資料，對(duì)故障件應(yīng)妥善保管，以便進(jìn)一步研究分析。

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