数控机床的电气维修与故障的排除

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[摘　要]　本文主要讲述了数控机床常见电气故障的分类,遇到电气故障时的检查与分析方法,常见电气故障的维修与排除办法。

[关键词]　数控机床;电气维修;故障　 　随着电子技术和自动化技术的高速发展,数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础,以大规模集成电路为标志的数控设备,给机械制造业的发展创造了条件,并带来了很大的效益。但同时,由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点,在故障诊断、维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。本文针对数控机床的电气维修与故障的排除进行简要的探讨。　 　1　常见电气故障分类数控机床的电气故障可按故障的表象、性质、原因或后果等分类。 1. 1　以故障发生的部位,可分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子元器件、电线电缆、印制电路板、接插件等的不正常状态甚至损坏,这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软件故障一般是指PLC程序中产生的故障,需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序才可排除的故障。 1. 2　以故障出现时有无报警,分为有诊断报警故障和无诊断报警故障。当今的数控系统都设计有自诊断程序,结合故障指示灯,实时监控整个系统的软、硬件性能,一旦发现故障则会立即报警或者有文字说明在屏幕上显示出来,结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位,而且还有排除的方法提示。机床厂家也会针对具体机床设计有相关的故障报警及诊断说明书。这两部分有诊断报警的故障加上各电气装置上的各类报警指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障,这类故障的排除比较困难。则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果,并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。以故障出现的或然性,分为系统性故障和随机性故障;以故障有无破坏性,分为破坏性故障和非破坏性故障等多种分类方式。但不管怎么样,任一种故障的产生往往是多种类型的混合,这就要求维修人员进行具体问题具体分析,采取相应的分析、排除法,最终解决故障。 2　故障的检查与分析这是排除故障的第一步,是关键的一部份。 2. 1　故障处理前的工作 2. 1. 1　询问调查在接到机床现场出现故障要求排除的信息时,首先应要求操作者尽量保持现场故障状态,不做任何处理,这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况及故障产生的背景情况,依此做出初步判断。 2. 1. 2　现场检查到达现场后,首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性,从而核实初步判断的准确度。不要急于动手处理,仔细调查各种情况,以免破坏了现场,使排除故障增加难度。 2. 1. 3　故障分析根据已知的故障状况分析故障类型,从而确定排除故障原则。由于大多数故障是有指示的,所以一般情况下,对照机床配套的诊断手册和使用说明书,可以列出产生该故障的多种可能的原因。 2. 1. 4　确定原因对多种可能的原因中找出本次故障的真正原因,当然可能需要多次测试,这是对维修人员对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。 2. 2　电气故障的常用诊断方法数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程,在排除故障期间,应充分利用数控系统的自诊断功能来进行判断,同时还要灵活运用电气故障的常用诊断方法。 2. 2. 1　直观法这是分析故障最初采用的方法,就是利用感官的检查。它主要是利用人的感官对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及察看系统的每一处,遵循“先外后内”的原则,诊断故障采用望、闻、问、摸等方法,由外向内逐一检查,往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验,要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。 2. 2. 2　接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中,而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的,这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示,有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示,而所有的接口信号都可以用PLC编程器或者相应的PC调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号,又要熟悉PLC编程器的应用。 2. 2. 3　参数调整法众所周知,数控参数能直接影响数控机床的性能。数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配,而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此,任何参数的变化甚至丢失都是不允许的;而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的,不仅要对具体系统主要参数十分了解,既知晓其地址熟悉其作用,而且要有较丰富的电气调试经验。 2. 2. 4　交换法交换法是一种简单易行的方法。当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下,可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查。在交换前一定要注意所要模板是否完好,而且状态是否一致,故不仅硬件接线要正确交换,还要将一系列相应的参数交换,否则不仅达不到目的,反而会产生新的故障造成思维的混乱,一定要事先考虑周全,设计好软、硬件交换方案,准确无误再行交换检查。　　 3　电气维修与故障的排除这是排除故障的第二步,是实施阶段。电气故障的分析过程也就是故障的排除过程,此列举几个常见电气故障做一简要介绍,供大家参考。 3. 1　数控系统位置环故障 3. 1. 1　位置环报警。可能是位置测量回路开路;测量元件损坏;位置控制建立的接口信号不存在等。 3. 1. 2　坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大;位置环或速度环接成正反馈;反馈接线开路;测量元件损坏。 3. 2　机床坐标找不到参考点主要是回参考点减速开关产生的信号或者零标志信号失效。诊断时,先搞清方式,再对照故障现象,从外到内和信号追踪法查找故障部位。外可能是零方向在远离零点,检查机床外部的挡块和开关,主要是参考点开关挡块的位置设置不当引起,需重新调整,可通过查PLC或接口状态。内为零标志失效,是否是编码器损坏或接线开路,光栅零点标记移位使回零减速开关失灵,通过示波器检查信号即可。 3. 3　偶然性停机故障。这里有两种可能的情况:一种情况是由环境条件引起的,如强力干扰(电网或周边设备)、湿度过大、温度过高等。这种环境因素往往被人们所忽视,如很多机械厂将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近,电控柜长时间开门运行,附近有大量产生粉尘、铁屑或水雾的设备等等;另一种情况是如前所述的相关软件设计中的问题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障,一般情况下机床断电后重新通电便会消失。这些因素不仅会造成故障,严重的还会损坏系统与机床,务必注意改善。　 4　故障举例分析一台处于正常使用期的FANUC-3MA系统的XK5040数控铣床,在运行过程中, Z轴产生31号报警。 4. 1　维修前准备查看维修手册,#31报警内容:误差寄存器的内容大于规定值。故障特征为: Z轴跟随误差软件报警。分析现象:跟随误差涉及的是位置环问题,又因为是驱动Z轴时出现的报警,故可预估:故障大定位在Z轴位置环。分析闭环工作原理:位置环系统,是由控制单元与驱动单元为主链、位置检测反馈回路为副链的闭环。 4. 2　罗列故障成因导致报警条件成立有以下三种可能,现采用排他法来选出最有可能的成因。 4. 2. 1　工作/控制指令值过大或过小。可能是CNC装置或控制器损坏或受干扰,但是可能性很小。可以排除。 4. 2. 2　允差值过小。可能成因有:a.参数设置错误。这不可能,因为机床并非处于调试阶段。b.参数被修改了。可能是外界干扰或存储器失电。若干扰导致参数混乱的结果,那么被修改的参数就不止一个。故首先查参数。 4. 2. 3　实测值过小或过大,而工作指令正常。可能成因有:a.反馈信号线接反而成了“正反馈”,根随误差过大。不可能,因为并非维修或调试后的机床。b.反馈信号的增加或丢失。因为信号线及监测系统的屏蔽与接地不良、周围有感性负载的干扰、传感器松动与摆动安装不良等原因。故应检查位置检测装置系统的屏蔽与接地,并调查环境。c.反馈信号的滞后,在规定的监测时间内信号未到达而使实测值为0。用久的机床上易发生:位置传感器的污染、信号线的损坏以及接触不良、位置偏移或损坏等。故应检查位置检测装置系统及其接线系统。d.没有反馈信号。a)传感器未安装或连接、传感器损坏而不工作。故应检查位置检测装置中传感器系统。b)伺服单元故障不工作/伺服轴不动作。分析判断得出:最可能故障类型:硬件故障。最可能的故障成因出于位置检测装置系统(故障大定位),也不能排除环境干扰因素。 4. 3确定诊断步骤 4. 3. 1　现场工作步骤:环境调查→接口信号法检查位置环参数→信号追踪法检查位检系统,进行故障定位。查找相关参数的正常状态值。查维修手册中有关X、Y与Z三轴的位置环诊断参数号(地址)及诊断的对象与内容:三轴分别对应于800、801与802号状态参数,正常工作状态下它们应该在-1与+1间变化。现场工作环境、电网与外观调查:周围无干扰源、没有电网波动,环境与机床外貌无异常。 4. 3. 2　检查相关参数的实时状态值:启动系统后,分别调出参数设置画面与诊断画面中相关参数的实时状态画面。参数设置画面上:参数并没有发生混乱,表明无干扰与掉电。以手扳动各个伺服轴,在诊断画面上观察实时参数的状态变化。发现:参数800与801的值可以随机床动作而在正常区间变化,而802保持为0不变。参数状态对比:正常/标准/理论状态值与实时状态值进行对比,仅802参数不随动作进行实时变化。故障大定位: Z轴位置环内。由先外后内、先查输入后查输出、先一般后特殊的原则,采用信号追踪法检查。4. 3. 3　观察检查先从接线与传感器开始。经查:机床的Z轴反馈信号线良好。以手扳动Z轴电机轴,仔细听得有异常声音。怀疑位置编码器松动。 4. 4　故障排除 4. 4. 1　故障点检查:打开Z轴电机,发现编码器与电机间的十字连接块脱落。 4. 4. 2　故障成因:编码器上的固定螺丝折断导致Z轴编码器处于未与电机连接,故不工作而无反馈信号发出。重新完好连接编码器,排除故障。　 　5　维修排除故障后的总结故障排除以后,维修工作还不能算完成,尚需从技术与管理两方面分析故障产生的深层次原因,采取适当措施避免故障再次发生。必要时可根据现场条件使用成熟技术对设备进行改造与改进。最后,对此次维修的故障现象、原因分析、解决过程、更换元件、遗留问题等要做好记录。如果有改造,还应在设备资料中配置符合国家有关标准的完整准确的补充图纸和相关资料。同时从排除故障过程中发现自己欠缺的知识,制定学习计划,最终充实自己。　　 6　结论 数控机床是机械、液压、电气一体化的设备,其故障的发生必然机械、液压、电气这三部份综合反映出来。但在数控机床的故障中,电气故障比例是比较高的,只有正确的使用并加强维护保养,对出现的问题进行深入的分析,同时进行不断的总结学习,才能提高维修者的理论水平和维修能力,才能迅速解决设备故障,才能降低故障率,保证设备的正常运行。 [参考文献] [1]王贵成.数控机床故障诊断技术[M].北京:化学工业出版社,2005(第1版). [2]潘海丽.数控机床故障分析与维修[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2006(第1版). [3]王侃夫.数控机床故障诊断及维护[M].北京:机械工业出版社, 2002(第1版).