數控機床維修與排故技術(shù)
數控機床的電氣故障可按故障的性質(zhì)、表象、原因或后果等分類(lèi)。
(1)以故障發(fā)生的部位，分為硬件故障和軟件故障。硬件故障是指電子、電器件、印制電路板、電線(xiàn)電纜、接插件等的不正常狀態(tài)甚至損壞，這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟件故障一般是指plc邏輯控制程序中產(chǎn)生的故障，需要輸入或修改某些數據甚至修改plc程序方可排除的故障。零件加工程序故障也屬于軟件故障。最嚴重的軟件故障則是數控系統軟件的缺損甚至丟失，這就只有與生產(chǎn)廠(chǎng)商或其服務(wù)機構聯(lián)系解決了。
(2)以故障出現時(shí)有無(wú)指示，分為有診斷指示故障和無(wú)診斷指示故障。當今的數控系統都設計有完美的自診斷程序，時(shí)實(shí)監控整個(gè)系統的軟、硬件性能，一旦 發(fā)現故障則會(huì )立即報警或者還有簡(jiǎn)要文字說(shuō)明在屏幕上顯示出來(lái)，結合系統配備的診斷手冊不僅可以找到故障發(fā)生的原因、部位，而且還有排除的方法提示。機床制 造者也會(huì )針對具體機床設計有相關(guān)的故障指示及診斷說(shuō)明書(shū)。上述這兩部分有診斷指示的故障加上各電氣裝置上的各類(lèi)指示燈使得絕大多數電氣故障的排除較為容 易。無(wú)診斷指示的故障一部分是上述兩種診斷程序的不完整性所致(如開(kāi)關(guān)不閉合、接插松動(dòng)等)。這類(lèi)故障則要依靠對產(chǎn)生故障前的工作過(guò)程和故障現象及后果， 并依靠維修人員對機床的熟悉程度和技術(shù)水平加以分析、排除。
(3)以故障出現時(shí)有無(wú)破壞性，分為破壞性故障和非破壞性故障。對于破壞性故障，損壞工 件甚至機床的故障，維修時(shí)不允許重演，這時(shí)只能根據產(chǎn)生故障時(shí)的現象進(jìn)行相應的檢查、分析來(lái)排除之，技術(shù)難度較高且有一定風(fēng)險。如果可能會(huì )損壞工件，則可 卸下工件，試著(zhù)重現故障過(guò)程，但應十分小心。
(4)以故障出現的或然性，分為系統性故障和隨機性故障。系統性故障是指只要滿(mǎn)足一定的 條件則一定會(huì )產(chǎn)生的確定的故障；而隨機性故障是指在相同的條件下偶爾發(fā)生的故障，這類(lèi)故障的分析較為困難，通常多與機床機械結構的局部松動(dòng)錯位、部分電氣 工件特性漂移或可靠性降低、電氣裝置內部溫度過(guò)高有關(guān)。此類(lèi)故障的分析需經(jīng)反復試驗、綜合判斷才可能排除。
(5)以機床的運動(dòng)品質(zhì)特性來(lái)衡量，則是機床運動(dòng)特性下降的故障。在這種情況下，機床雖 能正常運轉卻加工不出合格的工件。例如機床定位精度超差、反向死區過(guò)大、坐標運行不平穩等。這類(lèi)故障必須使用檢測儀器確診產(chǎn)生誤差的機、電環(huán)節，然后通過(guò) 對機械傳動(dòng)系統、數控系統和伺服系統的最佳化調整來(lái)排除。
此處故障的分類(lèi)是為了便于故障的分析排除，而一種故障的產(chǎn)生往往是多種類(lèi)型的混合，這 就要求維修人員具體分析，參照上述分類(lèi)采取相應的分析、排除法。
2.故障的調查與分析
這是排故的第一階段，是非常關(guān)鍵的階段，主要應作好下列工作：
?、僭?xún)問(wèn)調查 在接到機床現場(chǎng)出現故障要求排除的信息時(shí)，首先應要求操作者盡量保持現場(chǎng) 故障狀態(tài)，不做任何處理，這樣有利于迅速精確地分析故障原因。同時(shí)仔細詢(xún)問(wèn)故障指示情況、故障表象及故障產(chǎn)生的背景情況，依此做出初步判斷，以便確定現場(chǎng) 排故所應攜帶的工具、儀表、圖紙資料、備件等，減少往返時(shí)間。
?、诂F場(chǎng)檢查 到達現場(chǎng)后，首先要驗證操作者提供的各種情況的準確性、完整性，從而核實(shí) 初步判斷的準確度。由于操作者的水平，對故障狀況描述不清甚至完全不準確的情況不乏其例，因此到現場(chǎng)后仍然不要急于動(dòng)手處理，重新仔細調查各種情況，以免 破壞了現場(chǎng)，使排故增加難度。
?、酃收戏治觥「鶕阎墓收蠣顩r按上節所述故障分類(lèi)辦法分析故障類(lèi)型，從而確定排故原 則。由于大多數故障是有指示的，所以一般情況下，對照機床配套的數控系統診斷手冊和使 用說(shuō)明書(shū)，可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。
?、艽_定原因 對多種可能的原因進(jìn)行排查從中找出本次故障的真正原因，這時(shí)對維修人員是 一種對該機床熟悉程度、知識水平、實(shí)踐經(jīng)驗和分析判斷能力的綜合考驗。
?、菖殴蕼蕚洹∮械墓收系呐懦椒赡芎芎?jiǎn)單，有些故障則往往較復雜，需要做一系列的準 備工作，例如工具儀表的準備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購甚至排故計劃步驟的制定等等。
數控機床電氣系統故障的調查、分析與診斷的過(guò)程也就是故障的排除過(guò)程，一旦查明了原因 ，故障也就幾乎等于排除了。因此故障分析診斷的方法也就變得十分重要了。下面把電氣故障的常用診斷方法綜列于下。
(1)直觀(guān)檢查法 這是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的檢查。
?、僭?xún)問(wèn) 向故障現場(chǎng)人員仔細詢(xún)問(wèn)故障產(chǎn)生的過(guò)程、故障表象及故障后果，并且在整個(gè)分析 判斷過(guò)程中可能要多次詢(xún)問(wèn)。
?、谀恳暋】傮w查看機床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(例如各坐標軸位置、主軸狀態(tài)、 刀庫、機械手位置等)，各電控裝置(如數控系統、溫控裝置、潤滑裝置等)有無(wú)報警指示，局部查看有無(wú)保險燒煅，元器件燒焦、開(kāi)裂、電線(xiàn)電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等 。
?、塾|摸 在整機斷電條件下可以通過(guò)觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、 各功率及信號導線(xiàn)(如伺服與電機接觸器接線(xiàn))的聯(lián)接狀況等來(lái)發(fā)現可能出現故障的原因。
?、芡姟∵@是指為了檢查有無(wú)冒煙、打火、有無(wú)異常聲音、氣味以及觸摸有無(wú)過(guò)熱電動(dòng)機和元件存在而通電，一旦發(fā)現立即斷電分析。
(2)儀器檢查法 使用常規電工儀表，對各組交、直流電源電壓，對相關(guān)直流及脈沖信號等 進(jìn)行測量，從中找尋可能的故障。例如用萬(wàn)用表檢查各電源情況，及對某些電路板上設置的 相關(guān)信號狀態(tài)測量點(diǎn)的測量，用示波器觀(guān)察相關(guān)的脈動(dòng)信號的幅值、相位甚至有無(wú)，用plc 編程器查找plc程序中的故障部位及原因等。
(3)信號與報警指示分析法
?、儆布缶甘尽∵@是指包括數控系統、伺服系統在內的各電子、電器裝置上的各種狀態(tài)和故障指示燈，結合指示燈狀態(tài)和相應的功能說(shuō)明便可獲知指示內容及故障原因與排除方法。
?、谲浖缶甘尽∪缜八龅南到y軟件、plc程序與加工程序中的故障通常都設有報警顯示，依據顯示的報警號對照相應的診斷說(shuō)明手冊便可獲知可能的故障原因及故障排除方法。
(4)接口狀態(tài)檢查法 現代數控系統多將plc集成于其中，而cnc與plc之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號錯誤或丟 失相關(guān)的，這些接口信號有的可以在相應的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示，有的可以通過(guò)簡(jiǎn)單操作在crt屏幕上顯示，而所有的接口信號都可以用plc 編程器調出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機床的接口信號，又要熟悉plc編程器的應用。
(5)參數調整法 數控系統、plc及伺服驅動(dòng)系統都設置許多可修改的參數以適應不同機床、 不同工作狀態(tài)的要求。這些參數不僅能使各電氣系統與具體機床相匹配，而且更是使機床各項功能達到最佳化所必需的。因此，任何參數的變化(尤其是模擬量參 數)甚至丟失都是不允許的；而隨機床的長(cháng)期運行所引起的機械或電氣性能的變化會(huì )打破最初的匹配狀態(tài)和最佳化狀態(tài)。此類(lèi)故障多指故障分類(lèi)一節中后一類(lèi)故障， 需要重新調整相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數方可排除。這種方法對維修人員的要求是很高的，不僅要對具體系統主要參數十分了解，既知曉其地址熟悉其作用，而且要有較 豐富的電氣調試經(jīng)驗。
(6)備件置換法 當故障分析結果集中于某一印制電路板上時(shí)，由于電路集成度的不斷擴大而要把故障落實(shí)于其上某一區域乃至某一元件是十分困難的，為了縮短停機時(shí)間，在有相同備件的條件下可以先將備件換上，然后再去檢查修復故障板。備件板的更換要注意以下問(wèn)題。
?、俑鼡Q任何備件都必須在斷電情況下進(jìn)行。
?、谠S多印制電路板上都有一些開(kāi)關(guān)或短路棒的設定以匹配實(shí)際需要，因此在更換備件板上一 定要記錄下原有的開(kāi)關(guān)位置和設定狀態(tài)，并將新板作好同樣的設定，否則會(huì )產(chǎn)生報警而不能工作。
?、勰承┯≈齐娐钒宓母鼡Q還需在更換后進(jìn)行某些特定操作以完成其中軟件與參數的建立。這 一點(diǎn)需要仔細閱讀相應電路板的使用說(shuō)明。
?、苡行┯≈齐娐钒迨遣荒茌p易拔出的，例如含有工作存儲器的板，或者備用電池板，它會(huì )丟 失有用的參數或者程序。必須更換時(shí)也必須遵照有關(guān)說(shuō)明操作。
鑒于以上條件，在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細閱讀相關(guān)資料，弄懂要求和操作步驟 之后再動(dòng)手，以免造成更大的故障。
(7)交叉換位法 當發(fā)現故障板或者不能確定是否故障板而又沒(méi)有備件的情況下，可以將系統中相同或相兼容的兩個(gè)板互換檢查，例如兩個(gè)坐標的指令板或伺 服板的交換從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應特別注意，不僅硬件接線(xiàn)的正確交換，還要將一系列相應的參數交換，否則不僅達不到目的，反而會(huì )產(chǎn)生 新的故障造成思維的混亂，一定要事先考慮周全，設計好軟、硬件交換方案，準確無(wú)誤再行交換檢查。
(8)特殊處理法 當今的數控系統已進(jìn)入pc基、開(kāi)放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來(lái)越豐富，有系統軟件、機床制造者軟件、甚至還有使用者自己的軟 件，由于軟件邏輯的設計中不可避免的一些問(wèn)題，會(huì )使得有些故障狀態(tài)無(wú)從分析，例如死機現象。對于這種故障現象則可以采取特殊手段來(lái)處理，比如整機斷電，稍 作停頓后再開(kāi)機，有時(shí)則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長(cháng)期實(shí)踐中摸索其規律或者其他有效的方法。
3.電氣維修與故障的排除
這是排故的第二階段，是實(shí)施階段。
如前所述，電氣故障的分析過(guò)程也就是故障的排除過(guò)程，因此電氣故障的一些常用排除方法 在上一節的分析方法中已綜合介紹過(guò)了，本節則列舉幾個(gè)常見(jiàn)電氣故障做一簡(jiǎn)要介紹，供維修者參考。
(1)電源 電源是維修系統乃至整個(gè)機床正常工作的能量來(lái)源，它的失效或者故障輕者會(huì )丟 失數據、造成停機。重者會(huì )毀壞系統局部甚至全部。西方國家由于電力充足，電網(wǎng)質(zhì)量高，因此其電氣系統的電源設計考慮較少，這對于我國有較大波動(dòng)和高次諧波的電力供電網(wǎng)來(lái)說(shuō)就略顯不足，再加上某些人為的因素，難免出現由電源而引起的故障。我們在設計數控機床的供電系統時(shí)應盡量做到：
?、偬峁┆毩⒌?/span>配電箱而不與其他設備串用。
?、陔娋W(wǎng)供電質(zhì)量較差的地區應配備三相交流穩壓裝置。
?、垭娫词级擞辛己玫慕拥?。
?、苓M(jìn)入數控機床的三相電源應采用三相五線(xiàn)制，中線(xiàn)(n)與接地(pe)嚴格分開(kāi)。
?、蓦姽駜入娖骷牟季趾徒?、直流電線(xiàn)的敷設要相互隔離。
(2)數控系統位置環(huán)故障
?、傥恢铆h(huán)報警?？赡苁俏恢脺y量回路開(kāi)路；測量元件損壞；位置控制建立的接口信號不存在等。
?、谧鴺溯S在沒(méi)有指令的情況下產(chǎn)生運動(dòng)?？赡苁瞧七^(guò)大；位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋；反饋接線(xiàn)開(kāi)路；測量元件損壞。
(3)機床坐標找不到零點(diǎn)?？赡苁橇惴较蛟谶h離零點(diǎn)；編碼器損壞或接線(xiàn)開(kāi)路；光柵零點(diǎn)標 記移位；回零減速開(kāi)關(guān)失靈。
(4)機床動(dòng)態(tài)特性變差，工件加工質(zhì)量下降，甚至在一定速度下機床發(fā)生振動(dòng)。這其中有很 大一種可能是機械傳動(dòng)系統間隙過(guò)大甚至磨損嚴重或者導軌潤滑不充分甚至磨損造成的；對于電氣控制系統來(lái)說(shuō)則可能是速度環(huán)、位置環(huán)和相關(guān)參數已不在最佳匹配狀態(tài)，應在機械故障基本排除后重新進(jìn)行最佳化調整。
(5)偶發(fā)性停機故障。這里有兩種可能的情況：一種情況是如前所述的相關(guān)軟件設計中的問(wèn)
題造成在某些特定的操作與功能運行組合下的停機故障，一般情況下機床斷電后重新通電便會(huì )消失；另一種情況是由環(huán)境條件引起的，如強力干擾(電網(wǎng)或周邊設
備)、溫度過(guò)高、濕度過(guò)大等。這種環(huán)境因素往往被人們所忽視，例如南方地區將機床置于普通廠(chǎng)房甚至靠近敞開(kāi)
的大門(mén)附近，電柜長(cháng)時(shí)間開(kāi)門(mén)運行，附近有大量產(chǎn)生粉塵、金屬屑或水霧的設備等等。這些因素不僅會(huì )造成故障，嚴重的還會(huì )損壞系統與機床，務(wù)必注意改善。
本文由于篇幅所限不做更多的介紹，讀者可參閱數控機床的隨機資料及其他專(zhuān)門(mén)介紹各種故障的文章。
4.維修排故后的總結提高工作
對數控機床電氣故障進(jìn)行維修和分析排除后的總結與提高工作是排故的第三階段，也是十分重要的階段，應引起足夠重視。
總結提高工作的主要內容包括：
?、僭敿氂涗洀墓收系陌l(fā)生、分析判斷到排除全過(guò)程中出現的各種問(wèn)題，采取的各種措施，涉 及到的相關(guān)電路圖、相關(guān)參數和相關(guān)軟件，其間錯誤分析和排故方法也應記錄并記錄其無(wú)效的原因。除填入維修檔案外，內容較多者還要另文詳細書(shū)寫(xiě)。
?、谟袟l件的維修人員應該從較典型的故障排除實(shí)踐中找出常有普遍意義的內容作為研究課題 進(jìn)行理論性探討，寫(xiě)出論文，從而達到提高的目的。特別是在有些故障的排除中并未經(jīng)由認真系統地分析判斷而是帶有一定地偶然性排除了故障，這種情況下的事后總結研究就更加必要。
?、劭偨Y故障排除過(guò)程中所需要的各類(lèi)圖樣、文字資料，若有不足應事后想辦法補濟，而且在 隨后的日子里研讀，以備將來(lái)之需。
?、軓呐殴蔬^(guò)程中發(fā)現自己欠缺的知識，制定學(xué)習計劃，力爭盡快補課。
?、菡页龉ぞ?、儀表、備件之不足，條件允許時(shí)補齊。
總結提高工作的好處是：
?、傺杆偬岣呔S修者的理論水平和維修能力。
?、谔岣咧貜托怨收系木S修速度。
?、劾诜治鲈O備的故障率及可維修性，改進(jìn)操作規程，提高機床壽命和利用率。
?、芸筛倪M(jìn)機床電氣原設計之不足。
?、葙Y源共享?？偨Y資料可作為其他維修人員的參數資料、學(xué)習培訓教材。
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