梁肇文,陳曉琪
(肇慶市技師學(xué)院,廣東肇慶 526060)
某學(xué)院共有130 臺(tái)數(shù)控電火花線切割機(jī),是利用高速運(yùn)行的鉬絲作為直流高頻脈沖功率電源的負(fù)極,被加工的工件作為正極,運(yùn)行時(shí)正負(fù)極放電,高溫電蝕工件,循環(huán)皂化液作冷卻劑。計(jì)算機(jī)或單片微機(jī)控制器控制X、Y 拖板運(yùn)動(dòng),形成編程需要的精準(zhǔn)形狀、尺寸[1],以電蝕切割面積衡量工效。線切割機(jī)由計(jì)算機(jī)及數(shù)模電子系統(tǒng)主控,整機(jī)與皂化液水溶液密切接觸,使得機(jī)床機(jī)電器件容易老化、擊穿,機(jī)電故障率非常高,嚴(yán)重影響教學(xué)與生產(chǎn)。因此對線切割機(jī)(以DK77xx 電火花線切割機(jī)為例)的故障進(jìn)行分析及處理顯得十分重要。研究線切割整機(jī)機(jī)電故障的處理看似十分復(fù)雜,但其基本特征是由3 大系統(tǒng)組成,須一一對應(yīng)清晰處理,才能盡快保障整機(jī)正常運(yùn)行,為企事業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
電火花線切割機(jī)機(jī)電系統(tǒng)由床身機(jī)電系統(tǒng)、高頻脈沖電源系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)與步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3 大系統(tǒng)組成,如圖1所示。
圖1 線切割機(jī)電系統(tǒng)組成及框圖
(1)床身機(jī)電系統(tǒng)包括卷絲筒限位與正反轉(zhuǎn)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、換向切斷高頻電脈沖器件、斷絲保護(hù)停機(jī)、冷卻泵、照明指示燈、卷絲電機(jī)、主軸、卷絲筒、軸承[2]等,主要功能是驅(qū)動(dòng)卷絲筒電機(jī)與鉬絲高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
(2)獨(dú)立的高頻脈沖電源系統(tǒng),其主要功能是輸出直流70 V左右的高頻脈沖電壓,正極接工件,負(fù)極接鉬絲。鉬絲高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)放電電蝕工件[3],冷卻液起冷卻沖洗作用。
(3)計(jì)算機(jī)與步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由專用單片微機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)加X、Y 軸運(yùn)動(dòng)控制卡或?qū)S脝伟逵?jì)算機(jī)控制器輸出X、Y進(jìn)給信號(hào),經(jīng)過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器放大驅(qū)動(dòng)X、Y拖板,即帶動(dòng)工件作X、Y 方向或復(fù)合方向運(yùn)動(dòng),形成切割軌跡。機(jī)械部分的核心器件是拖板(X、Y 工作臺(tái))、絲桿螺母副、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等[4]。
以DK77xx為例,DK77 系列數(shù)控線切割機(jī)床應(yīng)用廣泛,是高速走絲線切割機(jī)床的代表。DK77xx 數(shù)控線切割機(jī)床床身電氣原理及卷絲筒機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2 所示。圖2(b)中的傳動(dòng):運(yùn)絲電機(jī)C—聯(lián)軸節(jié)—運(yùn)絲筒高速旋轉(zhuǎn)—齒輪/齒輪—絲杠3——螺母3 帶動(dòng)拖板—行程開關(guān)。運(yùn)絲裝置帶動(dòng)電極絲運(yùn)行,并將電極絲圍繞在運(yùn)絲筒上,行程開關(guān)控制運(yùn)絲筒的正反轉(zhuǎn)。
圖2 DK77xx數(shù)控線切割機(jī)床床身電氣原理及卷絲筒機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
DK77xx 數(shù)控線切割機(jī)床高頻脈沖功率電源如圖3所示。
圖3 DK77xx數(shù)控線切割機(jī)床高頻脈沖功率電源
直流高頻脈沖功率電源由主振電路、脈寬調(diào)節(jié)電路、間隔調(diào)節(jié)電路、功率放大電路和整流電源等構(gòu)成[5]。X、Y步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖4 所示。脈沖發(fā)生器主件由時(shí)基電路構(gòu)成,經(jīng)過脈沖分配器驅(qū)動(dòng),放大輸給步進(jìn)電機(jī)。機(jī)械部分的核心部件是X、Y絲桿螺母副,傳動(dòng)機(jī)構(gòu),軸承,拖板等。
圖4 X、Y步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)
X、Y拖板機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如圖5 所示。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng),工作臺(tái)的傳動(dòng):X 向控制系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)給脈沖—步進(jìn)電機(jī)A—齒輪/齒輪—絲杠1—螺母1。Y向控制系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)給脈沖—步進(jìn)電機(jī)B—齒輪/齒輪—絲杠2—螺母2??刂葡到y(tǒng)每發(fā)出1脈沖,工作臺(tái)移動(dòng)0.001 mm。
圖5 X、Y拖板機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)
DK77xx數(shù)控線切割機(jī)床常見的機(jī)電故障、原因及處理,可從線切割電氣系統(tǒng)的3 大系統(tǒng)組成的方框圖、原理圖、操作習(xí)慣入手。首先總結(jié)其床身機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)電故障現(xiàn)象、原因及處理方法。
2.1.1 走絲電機(jī)M1不正常工作
對付走絲電機(jī)M1 不正常工作,與兩個(gè)回路相關(guān),要回到其具體控制圖,分為控制回路和主回路(動(dòng)力)進(jìn)行分析。
出現(xiàn)這種情況,見圖2,先用萬用表測量機(jī)床開停KM初次級(jí)觸頭都有強(qiáng)電進(jìn)入,觀察KM 吸合中,相應(yīng)指示燈亮,確認(rèn)機(jī)床通電狀態(tài)。然后分析:M1 工作正常否與控制回路的SB5 停鈕觸點(diǎn)、SB6 正轉(zhuǎn)啟動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開鈕觸點(diǎn)、正轉(zhuǎn)撞壓行程開關(guān)SQ1-1 觸點(diǎn)、反轉(zhuǎn)撞壓行程開關(guān)SQ1-2 觸點(diǎn)、停絲筒斷高頻中間繼電器KA1 觸點(diǎn)與線圈、正轉(zhuǎn)中間繼電器KA3 觸點(diǎn)與線圈、反轉(zhuǎn)中間繼電器KA4 觸點(diǎn)與線圈、相關(guān)接線點(diǎn)松動(dòng)等相關(guān)。同時(shí)M1 工作正常否又與主回路的高頻脈沖電源開關(guān)(開關(guān)是否按下有關(guān))、FU2 保險(xiǎn)絲斷否、正轉(zhuǎn)的中間繼電器KA3 主觸點(diǎn)、反轉(zhuǎn)的中間繼電器KA4 主觸點(diǎn)、三相電機(jī)M1 擊穿燒壞燒斷(或局部短路)、相關(guān)接線點(diǎn)松動(dòng)等相關(guān)。另外,操作者通常以實(shí)際卷絲在絲筒的寬度與正轉(zhuǎn)撞壓行程開關(guān)SQ1-1、反轉(zhuǎn)撞壓行程開關(guān)SQ1-2 間距離等寬度,目測調(diào)節(jié)兩行程開關(guān)距離。有了以上資料及理解基礎(chǔ),結(jié)合斷電用電阻法、通電用電壓法等測量,輕松解決走絲電機(jī)M1 不正常工作故障[6]。
(1)故障現(xiàn)象1:卷絲電機(jī)M1 不能正轉(zhuǎn)啟動(dòng)。
原因分析及故障處理(在斷電情況下電阻法檢修,通電用電壓法檢修)。出現(xiàn)這種故障現(xiàn)象,與正轉(zhuǎn)啟動(dòng)電路密切相關(guān)。須檢查對應(yīng)的正轉(zhuǎn)回路元件,包括以下元部件:采用電阻測量法檢查控制回路的SB5、SB6 或KA4 的觸點(diǎn)與線圈和KA3 的觸點(diǎn)與線圈是否接觸不良,線圈是否燒斷等。用電阻法、電壓法測量、判斷、拆卸、清洗、更換等方法使設(shè)備恢復(fù)正常。
如果控制回路正常,卷絲電機(jī)M1 不能正轉(zhuǎn)啟動(dòng),應(yīng)結(jié)合萬用表電阻及電壓擋檢查主回路的高頻電源開關(guān)是否打開;要按下高頻電源開關(guān),檢查FU2 是否損壞、KA3 的主觸點(diǎn)是否接觸不良、電機(jī)M1 與接線端子接觸是否良好、三相電機(jī)各相電阻是否相同等等。斷電下,用萬用表檢測FU2 電阻,若接近無窮大則更換,強(qiáng)行讓KA3 吸合;若電阻接近零則完好,若接近無窮大,則拆卸、清洗、緊固或更換;還有M1 的接線可能接觸不良,用電阻測量法檢測、拆卸、清洗、擰緊再測,保證電阻為0 左右,檢查電機(jī)電阻正常、電機(jī)沒有擊穿絕緣漆異味,測380 V電壓,則通電試機(jī),設(shè)備能運(yùn)行正常。通過上述檢測、維修,定能排除走絲電機(jī)M1 不能正轉(zhuǎn)啟動(dòng)的故障。
(2)故障現(xiàn)象2:卷絲M1 正轉(zhuǎn)啟動(dòng)或點(diǎn)動(dòng)但不能自保持運(yùn)行。
M1 能正轉(zhuǎn)啟動(dòng),卻不能自鎖(自保持)。分析其控制回路,相關(guān)的器件包括SQ 1-1的常閉觸點(diǎn)、KA3 的自保觸點(diǎn),與主回路(動(dòng)力回路)無關(guān)。但是M1 能正轉(zhuǎn)啟動(dòng),證明SQ 1-1的常閉觸點(diǎn)正常,只有一種可能就是正轉(zhuǎn)自保觸點(diǎn)KA3 有接觸不良。用電阻測量法檢測,發(fā)現(xiàn)該觸點(diǎn)氧化、接觸不良,換上新元件,故障排除。
(3)故障現(xiàn)象3:M1 不能自動(dòng)正反轉(zhuǎn)。
出現(xiàn)這種情況,根據(jù)床身電氣原理圖分析,應(yīng)重點(diǎn)檢測與自動(dòng)正反轉(zhuǎn)相關(guān)的控制回路的元件,無須考慮主回路器件及線路問題。
與自動(dòng)正反轉(zhuǎn)相關(guān)器件有SQ 1-1的常開常閉觸點(diǎn)、SQ 1-2的常開常閉觸點(diǎn)、KA1 兩組常開觸點(diǎn)、正轉(zhuǎn)繼電器KA3 自保觸點(diǎn)、互鎖觸點(diǎn)與線圈好壞、反轉(zhuǎn)繼電器KA4 自保觸點(diǎn)、互鎖觸點(diǎn)與線圈好壞。不能使其常閉觸點(diǎn)斷開、常開觸點(diǎn)閉合或線圈局部短路或開路失效,從而導(dǎo)致不能切斷正轉(zhuǎn),啟動(dòng)反轉(zhuǎn)。交叉使用電阻法、電壓法檢查判斷、修復(fù)、更換壞器件,進(jìn)行故障排除。如果故障不能排除,要注意反復(fù)仔細(xì)調(diào)節(jié)三角排列或一字排列的正轉(zhuǎn)撞壓行程開關(guān)SQ1-1、反轉(zhuǎn)撞壓行程開關(guān)SQ1-2、急停行程開關(guān)SQ3 等與2 個(gè)撞塊位置的尺寸。通過上述處理,定能徹底修復(fù)M1 不能自動(dòng)正反轉(zhuǎn)的故障。
(4)故障現(xiàn)象4:M1 不能停轉(zhuǎn)。
根據(jù)床身電氣原理圖,出現(xiàn)這種情況要考慮控制回路和主回路的問題。目測、表測SB5,仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)SB5 的觸點(diǎn)熔焊。斷電、拆卸SB5,按下SB5,用萬用表檢測其兩端電阻,若接近零則證明已熔焊,更換之,通電試機(jī),設(shè)備運(yùn)行正常,故障排除。個(gè)別特殊的的M1 不能停轉(zhuǎn),也有可能因?yàn)橹骰芈稫A3或KA4 三組觸點(diǎn)熔焊造成,不過概率較小。
(5)故障現(xiàn)象5:卷絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出異?!斑沁沁恰表懧暋?/p>
出現(xiàn)這種情況,按照卷絲筒傳動(dòng)圖,判斷是機(jī)械發(fā)出的響聲,尤其是主軸或軸承磨損造成。停電、拆卷絲筒、手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)卷絲筒,發(fā)現(xiàn)是軸承發(fā)出響聲。用“拉馬”拆下軸承,換上新軸承,整機(jī)恢復(fù)正常[7]。
2.1.2 冷卻泵電機(jī)M2不正常工作
冷卻泵電機(jī)M2 不正常工作的故障現(xiàn)象、原因分析及故障排除如下。
(1)故障現(xiàn)象1:冷卻液供液不足影響工件冷卻。
冷卻泵電機(jī)在運(yùn)行時(shí)無異常響聲,但供水不足,參考原理圖2,檢查M2 三線間電壓是否接近380 V,檢查冷卻泵電機(jī)是否反轉(zhuǎn),接反則換接一下電機(jī)的相序。如果都不是,則只可能是皂化液使用過長,其中的臟物堵塞了水管,換新皂化液、新管,通電試機(jī)一切正常,故障排除。
(2)故障現(xiàn)象2:鉬絲冷卻泵電機(jī)M2 不運(yùn)轉(zhuǎn)。
根據(jù)床身電氣原理圖,出現(xiàn)這種情況,應(yīng)檢測冷卻泵電機(jī)M2 控制回路、主回路器件及連接、更換相應(yīng)元件。
故障與控制回路相關(guān)器件有電源通斷KM、冷卻泵停SB3、冷卻泵開SB4、KA2 線圈好壞及自保觸點(diǎn)。SQ3、SQ4、SQ2、SB1、SB2、KM的自保觸點(diǎn)及KM 的線圈由于存在接觸不良,從而導(dǎo)致KM不能吸合,無法給M2 供給三相交流電。故障與主回路相關(guān)器件有KM、KA2 的主觸點(diǎn)、電機(jī)M2 接觸點(diǎn)、電機(jī)壞(電阻不平衡局部短路)等原因。采用電阻測量法和電壓法檢測修復(fù)或更換相應(yīng)元件,通電試機(jī),運(yùn)行正常,故障排除。
高頻功率電脈沖部分也是DK77xx線切割的3 大重要組成部分之一,通常出現(xiàn)以下故障。
高頻功率電脈沖與鉬絲系統(tǒng)故障現(xiàn)象與處理如下。
(1)故障現(xiàn)象1:自動(dòng)加工無高頻,手動(dòng)試火花正常,輸入程序時(shí),無切割加工。
自動(dòng)加工無高頻,手動(dòng)試火花正常,輸入程序時(shí),無切割加工,主要有3 個(gè)原因,一是機(jī)床面板高頻開關(guān)失靈??蓹z查機(jī)床電器接線柱21、22 是否相通,刮凈、清洗、擰緊使其恢復(fù)正常,故障排除。二是鉬絲與工件短路,如果冷卻液使用時(shí)間長、發(fā)黑、含金屬元素高,造成絕緣電阻大大下降,鉬絲與工件短路。換新冷卻液,故障排除。三是生手操作不正確導(dǎo)致無法無切割加工,需要退出程序重新操作,設(shè)備正常運(yùn)行。
(2)故障現(xiàn)象2:加工過程中設(shè)備儀表顯示工作脈沖電流過大。
加工過程中設(shè)備儀表顯示工作脈沖電流過大,原因是脈沖電源的功放管被擊穿,導(dǎo)致電流過大??赏ㄟ^萬用表檢測、切換功放管開關(guān),判別出哪塊功放板損壞,更換功放管并加大或加厚功率管的散熱片,整機(jī)即恢復(fù)正常。若暫時(shí)無功放管,則關(guān)掉該功放管開關(guān),脈沖電源仍可繼續(xù)使用。
(3)故障現(xiàn)象3:無脈沖電壓,即無直流高頻脈沖輸出。
無脈沖電壓,即無直流高頻脈沖輸出,通常是功放管開關(guān)未打開,或者是主振電路中的諧振器無脈沖波形產(chǎn)生??蓹z查功放管開關(guān)是否打開,若已打開仍無輸出,可用示波器檢查主振電路機(jī)的諧振器有無脈沖波形產(chǎn)生。若主振蕩多諧振蕩器有方波輸出,而開關(guān)管無輸出,通常是開關(guān)管壞,換之則通電試機(jī),整機(jī)工作正常[8]。
(4)故障現(xiàn)象4:設(shè)備其他運(yùn)行正常,無火花。
通電測量各功放級(jí)、推動(dòng)級(jí)各主電壓正常,懷疑最前面的主振級(jí)IC,發(fā)現(xiàn)其輸出第3 腳明顯低于其他正常機(jī)2 伏。換上新的IC,火花正常,設(shè)備正常。
(5)故障現(xiàn)象5:電火花線切割機(jī)床頻繁斷絲。
頻繁斷絲的故障,其產(chǎn)生原因及處理主要包括如下幾點(diǎn):一是電火花線切割機(jī)床頻繁斷絲,須檢查所有機(jī)電部件,均無異常。詢問、目測皂化液使用時(shí)間過長、過臟、發(fā)黑,金屬含量高導(dǎo)致絕緣破壞,排屑困難所造成的斷絲,須換上新的皂化冷卻液。二是目測發(fā)現(xiàn)鉬絲與導(dǎo)電塊接觸不良,加工時(shí)鉬絲與導(dǎo)電塊產(chǎn)生不正常的電火花,因高溫?zé)o冷卻熱熔斷鉬絲,更換導(dǎo)電塊故障排除。三是兩拖板進(jìn)給速度過快,造成鉬絲前進(jìn)速度早于火花電蝕速度,鉬絲自動(dòng)斷線,降低。須X、Y 拖板進(jìn)給速度,問題解決。四是拖板進(jìn)給過慢,過分放電,使鉬絲自動(dòng)斷線,須將拖板進(jìn)給速度提高,問題解決。五是導(dǎo)輪加工時(shí)間長時(shí),V型槽有明顯缺陷或噴水嘴有雜物堵塞所造成的卡絲斷絲。換上新的金鋼石導(dǎo)輪及清理噴嘴。
工作臺(tái)X、Y拖板步進(jìn)電機(jī)與功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障如下。
(1)故障現(xiàn)象1:Y拖板正常工作,X拖板無進(jìn)給反應(yīng)。
檢查X拖板機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)正常,測量X 拖板主驅(qū)動(dòng)硬件器件本身及其工作電壓正常,只有懷疑X 軸步進(jìn)電機(jī)問題。測量其線間電阻果然有一個(gè)繞組開路,換一個(gè)新電機(jī),工作正常。
(2)故障現(xiàn)象2:步進(jìn)電機(jī)失靈。
當(dāng)現(xiàn)象表現(xiàn)為X手輪“抖動(dòng)”,則測量X 電機(jī)正常,測量判斷計(jì)算機(jī)控制器輸出正常,判斷該X 系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)處于缺相狀態(tài),原因發(fā)生在接口板驅(qū)動(dòng)器部分,檢測順序?yàn)橛?jì)算機(jī)控制器輸出、接口板驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī),換上新的驅(qū)動(dòng)器,整機(jī)工作正常。當(dāng)現(xiàn)象表現(xiàn)為編程預(yù)置的長度,時(shí)達(dá)時(shí)不達(dá),檢測相關(guān)電路,其中測量兩驅(qū)動(dòng)器的主24 V電源電壓偏低,結(jié)果是原電源濾波電容失效,更換電容(6 800 μF/50 V),故障排除。
(3)故障現(xiàn)象3:Y拖板步進(jìn)電機(jī)鎖不住。
步進(jìn)電機(jī)鎖不住有很多原因,如驅(qū)動(dòng)板的功放板出現(xiàn)了故障,多半懷疑功放管擊穿,斷電用萬用表檢測功放管三極之間,發(fā)現(xiàn)電阻均為0 Ω,換新管并加厚散熱片,幾年未發(fā)現(xiàn)功率管熱擊穿,該類故障根除。
(4)故障現(xiàn)象4:X拖板工作正常,Y拖板無位移反應(yīng)。
X拖板工作正常,Y 拖板無位移反應(yīng),應(yīng)重點(diǎn)檢查Y 拖板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電部件。用萬用表檢測驅(qū)動(dòng)級(jí)、功放級(jí)管子、步進(jìn)電機(jī)電阻等均正常,右手搖動(dòng)Y軸絲桿拖板無反應(yīng),仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)Y絲桿有近200 mm 長螺牙被“掃平”,換上一條新絲桿,整機(jī)正常工作。
綜合故障現(xiàn)象表現(xiàn)為燒熔斷器,具體表現(xiàn)為開機(jī)床總電源開關(guān)時(shí),機(jī)床強(qiáng)電板上的熔斷器立即燒毀。熔斷器通常設(shè)置在設(shè)備電路前面,后面的每一個(gè)電路系統(tǒng)出現(xiàn)輕度、重度短路問題,都會(huì)引起強(qiáng)電板上的熔斷器立即燒毀。可檢查機(jī)床20 芯接口,是否是由于進(jìn)水或進(jìn)油等原因而造成短路,或者是床身電氣供電系統(tǒng)、高頻脈沖電源供電系統(tǒng)或步進(jìn)信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)功率放大等電路的供電系統(tǒng)短路造成??刹捎们袛嚯娐贩ㄅ懦?]。
將平時(shí)的機(jī)電維修經(jīng)驗(yàn)與線切割整臺(tái)機(jī)的方框原理、具體原理相結(jié)合,熟識(shí)其床身機(jī)電系統(tǒng)、直流高頻電脈沖系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)與步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等3 個(gè)系統(tǒng)的原理,用原理指導(dǎo)維修實(shí)踐,并分別對應(yīng)從線切割機(jī)3 個(gè)系統(tǒng)的故障現(xiàn)象、原因分析與檢測、故障處理等方面,三步式處理其機(jī)電故障。其結(jié)果必能高效分析、檢測并處理好故障,完成維修任務(wù),保障企事業(yè)設(shè)備正常運(yùn)行,對其他機(jī)電設(shè)備故障排查及處理也具有普遍性指導(dǎo)意義,解決了過去漫無目的地處理復(fù)雜的電火花線切割設(shè)備的機(jī)電故障難題。