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浅谈数控机床诊断与维修的方法
高白川
科技信息
2010-08-15
数控技术是先进制造技术领域的核心技术。数控机床将电力电子
技术、电机技术、自动检测技术、计算机控制技术、传感器技术、机床、
液压及气压传动技术和加工工艺等多项技术集于一体的自动化设备。
目前,我国在“操作、维修、管理”这三大数控机床推广应用的难题中,
维修已经成为制约数控行业发展的瓶颈问题。要解决这一难题就必须
有一批成熟的维修人员。
数控诊断与维修具有很强的理论性、实践性,维修人员需要具备
熟练掌握数控设备故障诊断与维修的能力。 由于数控技术发展很快,
市场上的数控系统种类又繁多,因此数控诊断与维修应紧跟数控技术
的发展,必须学习有关数控技术应用方面的新知识、新技术。对数控维
修人员的具体要求是:一是要有较高的思想素质。工作勤恳,具有良好
的职业道德,能够刻苦的钻研技术,有较丰富的实践经验。熟悉各种操
作与编程,深入了解机床特性,掌握机床运行规律。二是有敏锐的观察
力及清晰的头脑和思路。善于从各种复杂的现象中找出故障的脉络和
本质。 不要只停留在现象的表面轻易下结论,甚至误判,造成扩大故
障,造成不必要的损失。 不做分析的更换备件,非但找不到故障原因,
还要浪费人力和物力。三是要注重汲取近期先进制造技术和数控技术
的最新研究成果。 作为维修人员,必须不断地学习,更新知识结构,了
解当今世界数控技术的动态。
数控机床的故障种类繁多,同一故障症状对应着多种引起故障的
原因;同一种故障原因又可以起多种故障症状,这时故障信号提供的
信息非常有限。 因此,用简单的方法往往难以排出,如何透过故障现
象,在较短时间内找到故障症结所在,这是衡量一个数控维修人员水
平的重要标志。数控机床采用了先进的控制技术,结构复杂,一旦出现
故障后,诊断也比较困难。 以下是一些行之有效的数控机床故障诊断
的方法。
1
了解故障发生的过程
,
观察故障的现象
当数控机床出现故障时,首先要搞清楚故障现象,要向操作人员
询问故障是在什么情况下发生的,怎样发生及发生的过程。 如果故障
可以再现,应该观察故障发生的过程,只有了解到第一手情况,才有利
于故障的排出。搞清楚故障后,然后根据机床和数控系统的工作原理,
就可以很快地确诊问题所在,并将故障排除,是设备恢复正常使用。
2
直观观察法
即利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官来查找故障原因,这种方法
在数控机床故障诊断时是非常实用的。
2.1 视觉检查 观察有无机械性损伤;有无烧灼痕迹,电阻及导线是
否变色;运转和密封部位有无异常的飞溅物、脱落物、溢出物,如油、
烟、火星等;断路器、继电器是否跳闸,熔断器是否熔断;电源是否缺
相,三相是否严重不平横,电压是否正常;电气器件上的零件有无脱
落、断线、卡死、接头松动等情况;开关是否合适;操作者的加工程序是
否正确等。
2.2 嗅觉检查 辨别有无异味,机床运动部件发生剧烈摩擦 ,电气绝
缘烧损,会产生油、烟气、绝缘材料的焦糊味;放电会产生臭氧味,还会
听到放电声音。
2.3 触觉检查 用手的触觉判别机床旋转部位及电动机有无异常振
动,运动时有无冲击。冲击也是机床发出来的一种二次信息,可以判别
故障范围及故障零部件。 触觉还能检查机床及电气设备升温是否正
常,温度在 50°C 时手感较烫;60°C 手感很烫,一般只能容忍 10s;70°C
时只能容忍 3s;80°C 时只能瞬间接触一下。
3
根据报警信息诊断故障
现在数控机床的自诊断功能越来越强,数控机床的大部分故障都
能诊断出来,并采取相应的措施。当数控机床出现故障时,有时在显示
器上显示报警信息, 有时在数控装置上、PLC 装置上和驱动装置上还
会有报警装置。
4
机床参数检查法
系统参数的丢失、不正确设置会引起机床性能的改变或故障。 因
此,发生故障时,要及时核对、修正系统参数。例如,在测量机床的往返
精度时发现,X 轴在从正向向反向转换时,让其走 0.01mm,而从千分
表上没有变化,X 轴在从反向到正向转换时,也是如此。 因此怀疑滚珠
丝杆的反向间隙有问题,从系统说明书上可以得知,数控系统本身对
滚珠丝杆的反向间隙具有补偿功能,根据说明书调整机床数据反向间
隙的补偿数值,使机床恢复了正常工作。
5
测量法
测量法是诊断设备故障的基本方法,使用万用表、示波器、逻辑测
试仪等仪器对电子线路进行测量。 例如,确定数控系统三相电源的相
序时可以采用相序表测量,即将三相电源线接到相序表,当相序正确
时,相序表按顺时针方向旋转。也可以采用双通道示波器测量,如果相
序正确,每两相的波形在相位上相差 120°。
6
备件置换法
对于一些涉及控制系统的故障,有时不容易确认是哪一部分有问
题,在确保没有进一步损坏的情况下,对怀疑有故障的部件或元、器件
用相同的备件或同型号机床上或本机床上其他部分的相同部件或元、
器件来替换,以确定是否发生故障。一台采用 FANUC 0TC 系统的数控
车床启动后,数控系统屏幕没有显示,检查数控装置,发现所有的指示
灯都不亮,检查其上所有的熔断器,都没有损坏,检查其输入电源也正
常没问题,可以肯定是电源模块出现了问题,更换系统电源后机床恢
复了正常使用。
7
原理分析法
当其他维修方法难以奏效时, 可以从机床工作的工作原理出发,
一步一步进行检查,最终查出故障原因。 例如,一台采用 FANUC 0TC
系统的数控车床在执行自动加工程序时,程序执行不下去。 观察程序
的运行发现程序执行到 G01 Z-19.5 F0.2 时,程序就不往下运行了。 因
为机床回零点, 手动移动 X、Z 轴和在这段程序开头时的 G00 指令正
常执行时都没有问题,并且也没有报警,所以,伺服系统应该没有问
题。 用 MDI 功能测试,G00 快移也没有问题。 但 G01、G02、G03 都不运
行, 因为这几个指令都必须指定进给速度 F, 故障现象很像设定的 F
数值为“0”。 F 为“0”有以下几种原因:(1)在程序中 F 设定为“0”,如果
是这种故障,检查加工程序时很容易排出。 (2)进给倍率开关设置为
“0”,或倍率开关坏了,但检查这开关并没有发现问题。 当旋转旋钮时,
PMC 的输入 X21.0~X21.3 都变化,G121.0~G121.3 的状态也跟随变化,
说明倍率开关正常没有问题。另外诊断差数 700 号的第 5 位 COVE 为
“0”,也指示倍率开关没在“0”上。 (3)在机床数据设定中,将切削速度
的上限设定为最小, 但检查机床数据 No.527 号, 发现设定的数值是
5000 为正常值,也没有问题。 (4)CNC 的控制部分出现问题,但将机床
设定到空运行时,程序还能运行,这是速度很慢,说明控制系统也没有
问题。 进一步研究机床的工作原理发现,这台机床 X 轴和 Z 轴的进给
速度与主轴速度有关,检查主轴在进给之前确实已经旋转,主轴达速
信号也已经置“1”,没有问题。 再仔细观察显示器上主轴的速度显示,
在主轴旋转时发现 S 的值为“0”,没有显示主轴的实(下转第 142 页)
(
上接第
106
页
)际转速,为此确认没有主轴速度反馈。 当打开机箱主
轴编码器时发现,主轴与编码器连接的牙带断开了,主轴旋转时,主轴
编码器并没有旋转。通过以上分析,最终只需更换新的牙带,机床故障
消除,恢复正常工作。
以上介绍了维修数控机床故障的一些方法,在维修数控机床出现
的故障时这些方法往往需要综合使用。有时单纯使用某一方法很难奏
效。当然,在诊断和排除数控机床故障时还应掌握一些原则,如先简单
后复杂,先静态后动态,先外部后内部,先机械后电气等等。 这就要求
维修人员具有一定的维修经验,合理的使用这些方法,遵循原则,使数
控机床能尽快的恢复正常使用。数控维修人员可以凭借自身良好的业
务素质,高超的维修技术为我国的数控技术空前发展提供保障。 数控
机床的维修行业也会成为一热门行业,其发展空间也将是远大的。
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