黃智華

(云浮市技工學(xué)校,廣東云浮 527300)

淺談數(shù)控機床故障診斷及維修

黃智華

(云浮市技工學(xué)校,廣東云浮 527300)

隨著機械加工行業(yè)的迅猛發(fā)展,數(shù)控加工技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,數(shù)控機床的使用率也越來越高。然而在數(shù)控機床的使用率越來越高的同時,機床出現(xiàn)故障就成了數(shù)控機床使用者最頭痛的問題,也成為制約數(shù)控機床推廣的因素之一。本文就本人多年從事數(shù)控機床操作與維修的工作實踐,淺談數(shù)控機床的一般故障診斷及維修方法,希望能對從事相關(guān)工種的人員有一定借鑒作用。

數(shù)控機床 故障診斷 維修

數(shù)控機床是集光、機、電一體的新一代高新技術(shù)的產(chǎn)品，生產(chǎn)效率比普通機床要高上幾倍。雖然數(shù)控機床及系統(tǒng)的可靠性得到很大的提高，但由于各相關(guān)方面的影響，如因操作者的操作的不當(dāng)，維護不合理等而產(chǎn)生故障，造成停機待修等故障，往往給企業(yè)或工廠所造成的直接和間接損失。

圖1

1 數(shù)控機床維修步驟

數(shù)控機床主要由加工程序、輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床本體等幾大部件組成，如圖1所示。

對數(shù)控機床的故障維修一般采用先觀察出現(xiàn)故障時數(shù)控車床外部表現(xiàn)特征；然后從故障表現(xiàn)特征判斷故障出現(xiàn)的大致模塊；再針對故障模塊進行逐一檢測，查找出故障部件；最后排除故障。具體細致可以分為如下面的幾個步驟：(1)詢問：向數(shù)控車床的操作者詢問故障出現(xiàn)的具體現(xiàn)象，在故障出現(xiàn)前操作者的全部操作過程以及出現(xiàn)故障時數(shù)控車床外部表現(xiàn)特征，通過出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，初步確診數(shù)控車床的出現(xiàn)故障的可能性。(2)故障分析：判斷故障出現(xiàn)的大致模塊(系統(tǒng)內(nèi)部模塊、控制電路模塊、機械模塊、人為因素等)。這是一個非常重要的環(huán)節(jié)，只有正確的確定了故障模塊，才可能在最短的時間內(nèi)、最準(zhǔn)確地排除故障。如不能判斷故障模塊，就需要對各個模塊逐一檢測、判斷。(3)深入對故障檢測，排除故障：對具體的故障模塊進行有針對性的、細致的檢測，找出出現(xiàn)故障的具體的元器件和出現(xiàn)故障的原因，排除故障。

圖2 編碼器、手輪以及電源連接圖

圖3 進給控制框圖

2 典型故障分析

案例1我學(xué)校(云浮市技工學(xué)校)使用CJK6140數(shù)控車床，配GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)(DA98交流伺服驅(qū)動)。學(xué)生反映開機后出現(xiàn)以下情況：(1)數(shù)控系統(tǒng)的液晶顯示在通電后，幾分鐘內(nèi)會慢慢的變暗，最后看不到顯示；(2)換刀時，刀架轉(zhuǎn)不停。

故障排除過程：

(1)詢問：學(xué)生上課時直接通電后就出現(xiàn)這種情況，而且在這之前沒有出現(xiàn)過類似的情況。判斷：系統(tǒng)故障是非人為因素造成，屬于機床硬件故障。

(2)故障分析：故障現(xiàn)象1產(chǎn)生的原因是由于系統(tǒng)背光電源出現(xiàn)故障引起的，但引起背光電路故障的因素又可能為：系統(tǒng)背光電路中的X9313芯片出現(xiàn)老化或損壞，如果是這個原因則系統(tǒng)對應(yīng)輸出端口的+5V端子沒有電壓；外部與系統(tǒng)+5V連接的電路中出現(xiàn)短路故障，其中與系統(tǒng)+5V連接的電路最常見的有編碼器電路、手輪電路以及電源電路(如圖2)。

故障現(xiàn)象2產(chǎn)生的原因可能為：系統(tǒng)電路中的ULN2803A芯片損壞，如ULN2803A損壞時進行換刀操作，對應(yīng)刀位的輸出電壓與實際不相符；換刀時電壓過低(正常電壓高于+23V)；從刀架控制電路到系統(tǒng)的電路出現(xiàn)故障，通過系統(tǒng)的故障診斷參數(shù)可以判斷刀架信號是否反饋回電腦；刀架發(fā)信盤故障，測量發(fā)信盤霍爾元件是否損壞。

(3)深入檢測，故障排除：對于故障現(xiàn)象1根據(jù)故障分析進行檢測發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)與背光電路相關(guān)的端子的輸出均正常，手輪電路也正常，編碼器的0V與+5V短路，檢查編碼器，編碼器內(nèi)部的0V與+5V短路；判定車床的主軸編碼器損壞，更換編碼器后系統(tǒng)液晶顯示正常，故障得到解決。對于故障現(xiàn)象2根據(jù)故障分析進行檢測：檢查系統(tǒng)診斷參數(shù)——沒有信號反饋到電腦；檢測系統(tǒng)在換刀時相應(yīng)端子輸出的24V電壓——正常；檢測刀架發(fā)信盤時，發(fā)現(xiàn)換刀時反饋電壓只有+16V；進一步的查看換刀電壓，發(fā)現(xiàn)電壓過低是由于上拉電阻老化引起的，更換新的2KΩ/0.5W上拉電阻，試機一切正常，故障排除。

案例2一臺CJK6140O數(shù)控車床配置GSK980TD+DA98A伺服系統(tǒng)，X軸驅(qū)動器出現(xiàn)ERR4報警。

故障排除過程：

(1)故障分析。通過查詢DA98A說明書，ERR4報警解釋為：位置超差。引起這報警是由于位置偏差計數(shù)器的脈沖個數(shù)值超過“位置超差檢測范圍”這個參數(shù)設(shè)定的值。GSK980TD+DA98A的配置的控制框圖如圖3所示，從系統(tǒng)發(fā)出來的位置指令脈沖與伺服電機光電編碼器反饋回來的脈沖在驅(qū)動器進行運算，位置指令脈沖到來進行加法運算，伺服電機光電編碼器反饋回來的脈沖進行減法運算，得到的偏差值即為位置偏差計數(shù)器的計數(shù)值。由此可以判定故障有可能由以下原因引起：1)系統(tǒng)或伺服相關(guān)的參數(shù)設(shè)置異常，引起指令脈沖頻率過高，轉(zhuǎn)矩不足等；2)光電編碼器故障或電纜引線接錯，使當(dāng)前位置脈沖反饋失效；3)伺服電機或絲杠機械卡死，光電編碼器轉(zhuǎn)不起來；4)轉(zhuǎn)矩不足；5)驅(qū)動器損壞；6)電機U，V，W引線接錯。

(2)故障排除。排除故障步驟圖如圖4，由于原因有可能是電氣故障，也有可能是機械故障，所示先上電觀察X軸驅(qū)動是否報警；如有，一般是驅(qū)動器電路板故障，只能更換同型號的驅(qū)動器。如沒有報警，可檢查系統(tǒng)和驅(qū)動器相關(guān)的參數(shù)是否設(shè)置正確，如系統(tǒng)的電子齒輪比、快速定位速度、加減速時間常數(shù)等；伺服驅(qū)動器的位置超差檢測范圍，位置比例增益、轉(zhuǎn)矩限制值等。然后再按圖4步驟進行排除。在維修過程中，當(dāng)斷開伺服電機與絲桿時，發(fā)現(xiàn)絲桿機械卡死，同時其表面附有一層鐵粉，懷疑有鐵粉進入了螺母座里面使?jié)L珠卡死無法傳動，從而絲桿機械卡死，拆下絲桿和螺母座用柴油清洗，重新安裝后工作正常。

圖4 故障排除步驟圖

3 結(jié)語

數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，故障千變?nèi)f化，維修方法也不盡相同，一篇短文很難盡述。從以上兩個例子，我們知道，在進行數(shù)控機床的維修時，要多思多想，認真仔細，注意合理使用逐層深入、層層分析的方法。遇到問題時要先想、問、再分析、然后深入分析、最后動手解決問題，切忌盲目動手，這樣才有利于更快、更準(zhǔn)的解決問題。為推動數(shù)控事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻。

[1]孫漢卿,主編.《數(shù)控機床維修技術(shù)》.機械工業(yè)出版社,2004(1).

[2]龔仲華,主編.《數(shù)控機床故障診斷與維修500例》.機械工業(yè)出版社,2004.

[3]GSK980TA、GSK980TD車床CNC操作說明書,2007(5).

[4]GSKDA98系列電機驅(qū)動器說明書,艾默生EV1000系列通用變頻器用戶手冊.

[5]《GSK數(shù)控系統(tǒng)維修手冊》,2006(5).

表2 電流速斷保護計算表

表3 過負荷保護計算表

表4 低電壓保護計算表

5 結(jié)語

采用縱聯(lián)差動保護、過負荷保護、低電壓保護及單相接地保護這四種保護的實例，可在以后的設(shè)計中根據(jù)實際情況進行選擇和使用。

在進行水泵電機供電設(shè)計時，可將水泵工作接地、保護接地與整個系統(tǒng)的聯(lián)合接地系統(tǒng)可靠連接，盡量將其接地電阻值減小，輔以供電電源系統(tǒng)進行中性點經(jīng)小電阻接地，以增大發(fā)生單相接地故障時的故障電流，使單相接地保護跳閘更加可靠性。

瑞鋼工業(yè)有限公司電爐冷卻水泵功率大，保護采用了相間短路保護(電流速斷保護)、過負荷保護、低電壓保護及單相接地保護共四種，整定值計算在保證保護靈敏度滿足要求，保護可靠的前提下，從工程投資方面考慮，選擇了電流速斷保護。在其他工程設(shè)計中，也有

參考文獻:

[1]卓樂友，編.電力工程電氣設(shè)計手冊(電氣二次部分).中國電力出版社.

[2]呂繼紹，編.電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)計原理.水利電力出版社.

[3]電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范,GB50062-2008.

[4]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院 任元會主編.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊.中國電力出版社,2005.

[5]鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊.冶金工業(yè)出版社.