數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析與排除

宋慶環(huán)

(唐山學(xué)院，河北 唐山063000)

0 引言

數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，由于數(shù)控系統(tǒng)的復(fù)雜性使其故障具有復(fù)雜性和特殊性，引起數(shù)控系統(tǒng)故障的因素又很多，不能只看故障的表像，要透過(guò)現(xiàn)象去檢查引起故障的綜合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法給予排除。

1 數(shù)控系統(tǒng)的常見(jiàn)故障分析

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理和特點(diǎn)［1］，結(jié)合在維修中的經(jīng)驗(yàn)，將常見(jiàn)的故障部位及故障現(xiàn)象分析如下。

1.1 位置環(huán)

這是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令，并與位置檢測(cè)系統(tǒng)的反饋值相比較，進(jìn)一步完成控制任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它具有很高的工作頻度，并與外設(shè)相聯(lián)接，所以容易發(fā)生故障。

常見(jiàn)的故障及引起故障的原因:①位控環(huán)報(bào)警的起因可能是測(cè)量回路開(kāi)路，測(cè)量系統(tǒng)損壞或位控單元內(nèi)部損壞。②不發(fā)指令就運(yùn)動(dòng)，可能是漂移過(guò)高，正反饋、位控單元故障。測(cè)量元件損壞。③測(cè)量元件故障，一般表現(xiàn)為無(wú)反饋值;機(jī)床回不了基準(zhǔn)點(diǎn);高速時(shí)漏脈沖產(chǎn)生報(bào)警可能的原因是光柵或讀頭臟了;光柵壞了。

1.2 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電源電網(wǎng)、機(jī)械系統(tǒng)等相關(guān)聯(lián)，而且在工作中一直處于頻繁的啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)，因而這也是故障較多的部分。

其主要故障原因:①系統(tǒng)損壞。一般由于網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)太大，或電壓沖擊造成。我國(guó)大部分地區(qū)電網(wǎng)質(zhì)量不好，會(huì)給機(jī)床帶來(lái)電壓超限，尤其是瞬間超限，如無(wú)專門(mén)的電壓監(jiān)控儀，則很難測(cè)到，在查找故障原因時(shí)，要加以注意，還有一些是由于特殊原因造成的損壞。②無(wú)控制指令，而電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。這種故障的原因是速度環(huán)開(kāi)環(huán)或正反饋。③加工時(shí)工件表面達(dá)不到要求，走圓弧插補(bǔ)軸換向時(shí)出現(xiàn)凸臺(tái)，或電機(jī)低速爬行或振動(dòng)，這類故障一般是由于伺服系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)，各軸增益系統(tǒng)不相等或與電機(jī)匹配不合適引起，解決辦法是進(jìn)行最佳化調(diào)節(jié)。④保險(xiǎn)燒斷，或電機(jī)過(guò)熱，以至燒壞，這類故障一般是機(jī)械負(fù)載過(guò)大或卡死。

1.3 電源部分

電源是維持系統(tǒng)正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結(jié)果是造成系統(tǒng)的停機(jī)或毀壞整個(gè)系統(tǒng)。由于電源波動(dòng)較大，質(zhì)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(jiān)控或損壞。另外，數(shù)控系統(tǒng)部分運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)定數(shù)據(jù)以及加工程序等一般存貯在RAM 存貯器內(nèi)，系統(tǒng)斷電后，靠電源的后備蓄電池或鋰電池來(lái)保持。因而，停機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)，拔插電源或存貯器都可能造成數(shù)據(jù)丟失，使系統(tǒng)不能運(yùn)行。

1.4 可編程序控制器邏輯接口

數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制，如刀庫(kù)管理、液壓?jiǎn)?dòng)等，主要由PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)，要完成這些控制就必須采集各控制點(diǎn)的狀態(tài)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(hào)源和執(zhí)行元件相連接，變化頻繁，所以發(fā)生故障的可能性就比較多，而且故障類型亦千變?nèi)f化。

1.5 其他

由于環(huán)境條件，如干擾，溫度，濕度超過(guò)允許范圍，操作不當(dāng)，參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，亦可能造成停機(jī)或故障。在操作者使用設(shè)備時(shí)，不按操作規(guī)程拔插線路板，或無(wú)靜電防護(hù)措施等，都可能造成停機(jī)故障甚至毀壞系統(tǒng)。

2 故障排除方法

2.1 初始化復(fù)位法

一般情況下，由于瞬時(shí)故障引起的系統(tǒng)報(bào)警，可用硬件復(fù)位或開(kāi)關(guān)系統(tǒng)電源依次來(lái)清除故障，若系統(tǒng)工作存貯區(qū)由于掉電，拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化清除，清除前應(yīng)注意作好數(shù)據(jù)拷貝記錄，若初始化后故障仍無(wú)法排除，則進(jìn)行硬件診斷。

2.2 自診斷法

數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)都具備較強(qiáng)的自診斷功能，并能隨時(shí)監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件的工作狀態(tài)。利用自診斷功能，能顯示出系統(tǒng)與主機(jī)之間的接口信息的狀態(tài)，從而判斷出故障發(fā)生在機(jī)械部分還是數(shù)控部分，并顯示出故障的大體部位(故障代碼)。

1)硬件報(bào)警指示:是指包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)在內(nèi)的各電氣裝置上的各種狀態(tài)和故障指示燈，結(jié)合指示燈狀態(tài)和相應(yīng)的功能說(shuō)明便可獲知指示內(nèi)容及故障原因與排除方法。

2)軟件報(bào)警指示:系統(tǒng)軟件、PLC 程序與加工程序中的故障通常都設(shè)有報(bào)警顯示，依據(jù)顯示的報(bào)警號(hào)對(duì)照相應(yīng)的診斷說(shuō)明手冊(cè)便可獲知可能的故障原因及排除方法［2］。

2.3 參數(shù)更改［3］

系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)，參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤就可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無(wú)效。有時(shí)由于用戶程序錯(cuò)誤亦可造成故障停機(jī)，對(duì)此可以采用系統(tǒng)的塊搜索功能進(jìn)行檢查，改正所有錯(cuò)誤，以確保其正常運(yùn)行。

2.4 備件替換法

用好的備件替換診斷出壞的線路板，并做相應(yīng)的初始化啟動(dòng)，使機(jī)床迅速投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后將壞板修理或返修，這是目前最常用的排故辦法。

對(duì)于數(shù)控設(shè)備的維修，越來(lái)越多的情況采用這種方法進(jìn)行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作。盡最大可能縮短故障停機(jī)時(shí)間，使用這種方法在操作時(shí)注意一定要在停電狀態(tài)下進(jìn)行，還要仔細(xì)檢查線路板的版本、型號(hào)、各種標(biāo)記、跨接是否相同，若不一致則不能更換。拆線時(shí)應(yīng)做好標(biāo)志和記錄。

一般不要輕易更換CPU 板、存儲(chǔ)器板及電地，否則有可能造成程序和機(jī)床參數(shù)的丟失，使故障擴(kuò)大。

2.5 交叉換位法

當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障板或者個(gè)能確定是否是故障板而又沒(méi)有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個(gè)板互換檢查，例如兩個(gè)坐標(biāo)的指令板或伺服板的交換，從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應(yīng)特別注意，不僅要硬件接線的正確交換，還要將一系列相應(yīng)的參數(shù)交換，否則不僅達(dá)不到目的，反而會(huì)產(chǎn)生新的故障造成思維混亂，一定要事先考慮周全，設(shè)計(jì)好軟、硬件交換方案，準(zhǔn)確無(wú)誤再行交換檢查。

2.6 改善電源質(zhì)量法

目前一般采用穩(wěn)壓電源，來(lái)改善電源波動(dòng)。對(duì)于高頻干擾可以采用電容濾波法，通過(guò)這些預(yù)防性措施來(lái)減少電源板的故障。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，故障千變?nèi)f化，維修方法也不盡相同，這里只是把一些基本方法與思路寫(xiě)出來(lái)，希望能在維修中對(duì)故障的分析起到拋磚引玉的作用。

［1］ 鄧三鵬.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］ 李攀峰.數(shù)控機(jī)床維修工必備手冊(cè)［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］ FAUNC oi Mate-TC 參數(shù)說(shuō)明書(shū)［P］.