周　昕

摘要 數(shù)控機床是一種集各種高科技于一身的精密加工設備。任何一部分發(fā)生故障都會造成設備運轉異常。以數(shù)控機床的MDI(手動數(shù)據(jù)輸入裝置)面板為例,介紹數(shù)控機床MDI面板產生故障的原因及解決方法。

關鍵詞 數(shù)控機床控制面板;輕觸按鍵;薄膜開關

中圖分類號:TG519.1 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)27-0097-02

Numerical Control Machine MDI Panel Failures Solution//Zhou Xin

Abstract Numerical control machine is a various high technology integrated precision finishing equipment. any one part out of order all will result in equipment running abnormally. This paper take numerical control machine MDI (manual data input installation) panel as an example, introduce numerical control machine MDI panel failure production reasons and solutions.

key words numerical control machine control panel; touch key; thin-film switch

Authors address School of Mechatronics Engineering and Automation of Shanghai University, Shanghai 200444, China

數(shù)控機床是集高、精、尖技術于一體,集機械、電子、光學、液壓和氣動于一身的高技術產品。數(shù)控機床有加工精度高、加工質量穩(wěn)定可靠、生產效率高、適應性強、靈活性好等眾多優(yōu)點,在各個行業(yè)受到廣泛應用。因此,學校為了加強學生的工程實踐能力,培養(yǎng)更多掌握數(shù)控加工技術的高級人才,投入大量資金購置各種數(shù)控加工設備。

訓練中心加工設備的操作者有別于工廠。工廠加工設備的操作者都是經過嚴格培訓的熟練操作工人,對機床性能都有一定的了解,對機床操作比較熟悉。而學校參加數(shù)控機床實習的大學生都是一、二年級的學生,從來沒有使用過數(shù)控機床,沒有經過系統(tǒng)訓練,更談不上操作經驗。因此,學生按機床面板按鈕時生怕機床沒有反應,故很多學生按按鈕時用力過大,長期如此會造成機床操作面板失靈。

1 MDI面板失靈的狀態(tài)及檢測方法

1)當按按鈕時,機床沒有任何反應,不響應輸入的指令。通過調用數(shù)控機床PMC的梯形圖進行診斷,可以發(fā)現(xiàn)此按鈕對應的觸點沒有接通(在梯形圖中,當觸點接通時,該觸點應高亮顯示)。

2)若機床被鎖定在某種狀態(tài),則對其他操作不響應。通過PMC梯形圖進行診斷,可以發(fā)現(xiàn)該功能鍵的觸點始終處于高亮導通狀態(tài)。

3)操作者沒有按下按鈕,機床自動運轉。該故障的危險很大,該機床不能使用。

機床操作人員和維護人員都要經常檢查數(shù)控機床的操作面板,對操作面板的故障應有足夠的警覺,及時維護保養(yǎng),消除事故隱患。

2 MDI面板故障分析與解決方法

在數(shù)控機床MDI面板的故障中,機床面板按鈕與機床NC連線之間的短路、斷路或對地短路等故障維修相對簡單,通過檢查各接線端子排可能的脫焊、接觸不良,采用萬用表測量各線段之間阻值即可查出故障點。若按鈕與NC連線沒有故障,則可把故障鎖定在按鈕上。根據(jù)多年的檢修經驗,發(fā)現(xiàn)按鈕損壞占絕大多數(shù)。

如圖1所示,數(shù)控機床上的按鈕一般有2種,即輕觸按鍵與薄膜開關。

2.1 輕觸按鍵輕觸按鍵(如圖1a所示)一般都是焊接在印刷電路板上,表面貼上薄膜面板。輕輕按下按鍵應該有明顯清晰的“咔嗒”聲。正常狀態(tài)下用萬用表測量,按下時顯示阻值接近0,斷開時應為無窮大;當按下按鍵時斷時通時則需更換。

2.2 薄膜開關數(shù)控機床的控制按鍵除采用輕觸按鍵以外,大量采用薄膜開關。薄膜開關在數(shù)控機床上兼有面板和開關的雙重作用(如圖1b所示)。

1)薄膜開關的結構。薄膜開關具有結構簡單、外形美觀和密封性好的優(yōu)點,所以能抵抗氧化、油污等對開關的侵蝕,使用壽命比輕觸按鍵長,理論壽命可達100萬次以上?，F(xiàn)在已廣泛應用于各類微電腦控制的電子設備儀器中。

薄膜開關按基材不同可以分為軟性和硬性2類;按按鍵類型不同可分為有手感和無手感2類;按面板結構可分為平面型和凹凸型2類。

薄膜開關結構上由多層薄膜組成(如圖2所示),每層薄膜功能如下。

①面板層:主要用于按鍵功能指示及裝飾美觀。

②控制電路上層:在與電路下層對應的位置上用絲網印刷的方法,用銀漿或炭漿印有一個個觸盤。

③控制電路下層:在與電路上層對應的位置上用絲網印刷的方法,用銀漿或炭漿印有一個個觸點和正反面的走線。觸點常常設計成迷宮狀(如圖3所示)。

④墊膠層與夾膠層:在電路上層和電路下層觸點對應的位置上開有10到12毫米的圓形小孔,用于控制電路上下層的絕緣隔離。當電路上層按鍵受到外力作用時,電路上層的觸盤與電路下層的觸點瞬間接通,輸出控制信號;當去除外力后,由于薄膜開關基材夾膠層的彈性,觸點迅速分離、復位,完成一次信號輸入過程。

⑤背面膠層:用于將薄膜開關面板黏帖在安裝位置上。

薄膜開關主要用于弱電控制線路中,正常情況下開關的2觸點呈斷開狀態(tài),當有外力施于薄膜開關觸點上時,常開觸點瞬時接通,外力消失后,開關觸點回復常開狀態(tài)。

2)薄膜開關產生故障的原因。薄膜開關產生故障的原因很多,主要表現(xiàn)在2個方面。

①薄膜開關本身質量問題。薄膜開關一般采用多層薄膜黏合而成,故障會出現(xiàn)2種可能:若黏合工藝問題,可能出現(xiàn)觸點受潮、受油污侵蝕等情況,造成觸點氧化、接觸電阻變大等異?，F(xiàn)象;又因為控制電路下層是采用絲網印刷的銀漿、炭漿做成的電路,當遇到銀漿、炭漿的質量不佳、調和不均勻、印刷工藝質量等問題時,長期使用后會導致銀遷移、電路斷裂、電阻升高等現(xiàn)象。

②使用者用力按鍵超過規(guī)定(理論操作力0.5 N～1 N)。按按鍵力量過大,一方面可能造成控制電路上層觸盤與控制電路下層觸點接觸后,因附著力不強,觸盤上的炭漿、銀漿殘渣黏附在觸點表面,長期積累造成按鍵短路;另一方面控制電路上下層是通過中間夾膠層來隔離絕緣的,夾膠層上對應按鍵上下觸點、觸盤位置有一個小洞,用力過大也會造成小洞邊緣的切口對控制電路下層上用絲網印刷的銀質或碳質電路施壓,長期使用造成電路斷裂,致使按鍵開路。

3)薄膜開關故障的修復方法。薄膜開關雖小,一旦發(fā)生故障,將嚴重影響數(shù)控機床的使用,不能實現(xiàn)機床功能的切換,給實踐教學工作帶來不便。曾嘗試采用直接購買方式解決薄膜開關面板的修復,但是這種產品的薄膜開關面板廠家已經不生產;若要,只能采用定制產品,因此價格昂貴。面對這樣一種情況,經過長期探索,總結出如下修復方法。

①當發(fā)現(xiàn)按鍵始終處于接通狀態(tài)時,用萬用表測量處于低阻狀態(tài)。其故障是控制電路上層的觸盤有殘渣掉落,黏附在控制電路下層的觸點表面使觸點短路。解決方法:從設備上卸下薄膜開關面板(卸下時不要彎折面板),用電吹風或烘箱慢慢加熱薄膜開關的邊緣至黏合薄膜分離,用手術刀揭開控制電路上層和夾膠層,直到發(fā)生故障的按鍵為止?？梢赃M行控制電路上層缺損觸盤的修補,也可采用手術刀剝離觸點上的殘渣。根據(jù)多年的經驗,不宜撕開夾膠層與控制電路下層,其原因是很可能會使控制電路下層的銀質或碳質電路剝離、斷裂,導致薄膜開關面板報廢。清理完觸點后用萬用表檢測其阻值,若阻值變大則短路故障基本修復。將薄膜開關重新黏好,再次用萬用表測量電阻,若阻值隨按鍵接通和斷開變化說明故障已經排除。

②若按下按鍵,用萬用表測量處于高阻狀態(tài),則可能是控制電路上層的觸盤磨損氧化,電阻變大,需要修復觸盤。修復觸盤必須采用導電涂料。市場上的導電涂料有2種,即用導電石墨制成的碳漿和用銀微粒制成的銀漿,銀漿效果較好。解決方法:用刀片將控制電路上層的觸盤刮掉(注意:不能破壞基材)。涂抹銀漿前一定要均勻攪拌,涂抹銀漿的厚薄只能憑經驗。涂抹銀漿太薄則接觸電阻大,會發(fā)生接觸不良的現(xiàn)象;涂抹銀漿太厚則雖然電阻正好,但附著力、黏合力和柔軟性不佳,會再次發(fā)生薄膜開關觸點短路。涂好刮平后,按照銀漿使用要求放入烘箱,按指定溫度和規(guī)定時間加熱固化。如ED427的導電銀漿就要在93攝氏度的烘箱中放置30分鐘固化。觸盤修復后,可按照上述檢測方法檢驗。

③若用力按按鍵,造成夾膠層小洞邊緣出現(xiàn)切口,切斷控制電路下層走線。對于這種情況,只能更換薄膜開關。解決方法:在市場上尋找專業(yè)面板制造商,按照提供的報廢薄膜開關復制一些薄膜開關,其費用相對設備廠家便宜得多;并且備份一些薄膜開關,以便快速修復機床薄膜開關。

3 結論

本文是長期維護數(shù)控機床MDI控制面板時總結的一些經驗。通過上述方法,已經成功地修復多臺數(shù)控機床的面板故障。此方法還可推廣到到其他使用薄膜開關的電氣設備上。在設備的維護中,只要認真研究、仔細觀察故障的狀態(tài),分析故障產生的原因及所處的部位,就可以用最少的費用修復設備。