徐恩成

（天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300131）

近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床大量用于制造業(yè)中，成為企業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)控機(jī)床技術(shù)集機(jī)械制造技術(shù)、控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量、數(shù)據(jù)通信等各項(xiàng)技術(shù)于一體，是機(jī)加工領(lǐng)域中典型的機(jī)電一體化技術(shù)。由于數(shù)控機(jī)床能按程序自動(dòng)加工零件，無(wú)須使用復(fù)雜和專用的工模夾具，能比較好地解決中小批量、多品種和復(fù)雜零件的自動(dòng)化加工問(wèn)題，生產(chǎn)率高，加工零件一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定，便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時(shí)具有柔性、高精、高速的特點(diǎn)，因而在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是，數(shù)控機(jī)床在使用過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些故障。因此，數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修，是在使用過(guò)程中的重要組成部分，是長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的重要保障。這也使數(shù)控機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)工作要求較高,出現(xiàn)的故障種類增多,診斷較為困難。

1 數(shù)控機(jī)床的合理使用

1.1 工作場(chǎng)的選擇

（1）避免陽(yáng)光的直接照射和其他熱輻射，避免太潮濕或粉塵過(guò)多的場(chǎng)所，盡量在空調(diào)環(huán)境中使用，保持室溫20℃左右。由于我國(guó)處于溫帶氣候，受季風(fēng)影響，溫度差異大，對(duì)于精度高、價(jià)格貴的數(shù)控機(jī)床，應(yīng)置于有空調(diào)的房間中使用。

（2）要避免有腐蝕氣體的場(chǎng)所。因腐蝕氣體易使電子元件變質(zhì)，或造成接觸不良，或造成元件短路，影響機(jī)床的正常運(yùn)行。

（3）要遠(yuǎn)離振動(dòng)大的設(shè)備(如沖床、鍛壓設(shè)備等)。對(duì)于高精度的機(jī)床，還應(yīng)采用防振措施(如防振溝等)。

（4）要遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁干擾源，使機(jī)床工作穩(wěn)定。

1.2 電源

數(shù)控系統(tǒng)對(duì)電源要求較嚴(yán)，一般要求工作電壓為220V±10%。針對(duì)我國(guó)供電工況，對(duì)于有條件的企業(yè)，可為數(shù)控機(jī)床采取專線供電或增設(shè)穩(wěn)壓裝置，以減少供電品質(zhì)差的影響，為數(shù)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供有力保證。

1.3 配置合適的自動(dòng)編程系統(tǒng)

手工編程對(duì)于外形不太復(fù)雜或編程量不大的零件程序，簡(jiǎn)單易行。當(dāng)工件比較復(fù)雜時(shí)(如凸輪或多維空間曲面等)，手工編程周期長(zhǎng)(數(shù)天或數(shù)周)，精度差，易出錯(cuò)。因此，快速、準(zhǔn)確地編制程序，就成為提高數(shù)控機(jī)床使用率的重要環(huán)節(jié)。為此,有條件的用戶，最好配置必要的自動(dòng)編程系統(tǒng)，提高編程效率。

1.4 配置必要的附件和刀具

為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的加工能力，必須配備必要的附件和刀具。切忌花了數(shù)十萬(wàn)元錢買來(lái)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，因缺少一個(gè)數(shù)十元或數(shù)百元的附件或刀具，而影響整機(jī)的正常運(yùn)行。由于單獨(dú)簽訂合同購(gòu)買附件的單價(jià)大大高于隨同主機(jī)一起供貨的附件單價(jià)，因此有條件的企業(yè)盡量在購(gòu)買主機(jī)時(shí)，一并購(gòu)置易損部件及其他附件。

1.5 加工前的準(zhǔn)備

加工前要審查工件的數(shù)控加工工藝性，應(yīng)重視生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作(包括工件數(shù)控加工工藝分析、加工程序編制、工裝與刀具配置、原材料準(zhǔn)備及試切加工等)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，充分提高數(shù)控機(jī)床的使用效率。合理安排適合在數(shù)控機(jī)床加工的各種工件，安排好數(shù)控機(jī)床加工運(yùn)轉(zhuǎn)所需的節(jié)拍。

1.6 為維修保養(yǎng)做好準(zhǔn)備

建立一支高水平的維修隊(duì)伍，保證設(shè)備的完好性。

2 數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障

2.1 故障發(fā)生階段

故障是指設(shè)備或系統(tǒng)因自身原因而喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象。發(fā)生故障具有相同的規(guī)律，一般分為3個(gè)區(qū)域:

（1）初期運(yùn)行區(qū)。故障率較高，故障曲線呈上升趨勢(shì)，此區(qū)故障多數(shù)屬于設(shè)計(jì)制造和裝配缺陷造成的。

（2）正常運(yùn)行區(qū)。此時(shí)故障曲線趨近水平，故障率低，此區(qū)故障一般是由操作和維護(hù)不良造成的偶發(fā)事故。

（3）衰老區(qū)。此區(qū)故障率大，故障曲線上升快，主要原因是運(yùn)行過(guò)久、機(jī)件老化和磨損過(guò)度造成。

2.2 故障分類和判斷

按結(jié)構(gòu)可分為機(jī)械和電氣兩類，按故障源分為機(jī)械故障和控制故障兩類，就其數(shù)控系統(tǒng)而言，可分為硬件故障、軟件故障、干擾故障3類。

要判斷是機(jī)械方面故障還是控制系統(tǒng)故障，其分析方法是：先檢查控制系統(tǒng)，看程序能否正常運(yùn)行，顯示和其他功能鍵是否正常，有無(wú)報(bào)警現(xiàn)象等；再檢查電機(jī)和檢測(cè)元件是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有無(wú)間歇或抖動(dòng)現(xiàn)象，有無(wú)定位不準(zhǔn)等問(wèn)題。如果沒(méi)有上述問(wèn)題，則可初步判斷故障原因在機(jī)械方面，著重檢查傳動(dòng)環(huán)節(jié)。檢查傳動(dòng)環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)使電機(jī)斷電，用手動(dòng)并配合打表檢查機(jī)器。

3 數(shù)控系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成、故障部位及故障現(xiàn)象、工作原理和特點(diǎn)，結(jié)合在維修中的經(jīng)驗(yàn)，將常見(jiàn)的故障部位及故障現(xiàn)象分析如下：

（1）位置環(huán)。這是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令，并與位置檢測(cè)系統(tǒng)的反饋值相比較，進(jìn)一步完成控制任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有很高的工作頻度，并與外設(shè)相聯(lián)接，所以容易發(fā)生故障。常見(jiàn)的故障有：

位控環(huán)報(bào)警，可能是測(cè)量回路開(kāi)路；測(cè)量系統(tǒng)損壞，位控單元內(nèi)部損壞。

不發(fā)指令就運(yùn)動(dòng)，可能是漂移過(guò)高，正反饋，位控單元故障；測(cè)量元件損壞。

測(cè)量元件故障，一般表現(xiàn)為無(wú)反饋值；機(jī)床回不了基準(zhǔn)點(diǎn)；高速時(shí)漏脈沖產(chǎn)生報(bào)警可能的原因，是光柵測(cè)量元件內(nèi)燈泡壞了，光柵或讀頭臟了，是光柵損壞。

（2）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與電源電網(wǎng)、機(jī)械系統(tǒng)等相關(guān)聯(lián)，而且在工作中一直處于頻繁的啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)，因而這也是故障較多的部分。

加工時(shí)工件表面達(dá)不到要求，走圓弧插補(bǔ)軸換向時(shí)出現(xiàn)凸臺(tái)，或電機(jī)低速爬行或振動(dòng)，這類故障一般是由于伺服系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)，各軸增益系統(tǒng)不相等或與電機(jī)匹配不合適引起，解決辦法是進(jìn)行最佳化調(diào)節(jié)。

保險(xiǎn)燒斷或電機(jī)過(guò)熱，以至燒壞，這類故障可能的原因一般是機(jī)械負(fù)載過(guò)大或卡死。

（3）電源部分。電源部分是維持系統(tǒng)正常工作的能源支持部分，其失效或故障的直接結(jié)果，是造成系統(tǒng)的停機(jī)或毀壞整個(gè)系統(tǒng)。一般在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，電力充足，電源質(zhì)量比較好，這類問(wèn)題比較少，因而在設(shè)計(jì)上這方面的因素考慮的不是很多。在中國(guó)由于電力緊張，造成電源波動(dòng)較大，而且質(zhì)量差，還隱藏有如高頻脈沖這一類的干擾，還有一些人為的因素，如突然拉閘斷電等。

另外，數(shù)控系統(tǒng)部分運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)定數(shù)據(jù)以及加工程序等，一般存貯在RAM存貯器內(nèi)，系統(tǒng)斷電后，靠電源的后備電池或鋰電池來(lái)保持。因而，停機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)，拔插電源或存貯器，都可能造成數(shù)據(jù)丟失，使系統(tǒng)不能運(yùn)行。

（4）可編程序控制器邏輯接口。數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制如刀庫(kù)管理、液壓?jiǎn)?dòng)等，主要由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。要完成這些控制，就必須采集各控制點(diǎn)的狀態(tài)信息，如斷電器、伺服閥、指示燈等。因而，其與外界種類繁多的各種信號(hào)源和執(zhí)行元件相連接，變化頻繁，所以發(fā)生故障的可能性就比較多，而且故障類型亦千變?nèi)f化。

（5）其他。由于環(huán)境條件，如干擾、溫度、濕度超過(guò)允許范圍，操作不當(dāng)，參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，亦可能造成停機(jī)或故障。有一工廠的數(shù)控設(shè)備，開(kāi)機(jī)后不久便失去數(shù)控準(zhǔn)備好信號(hào)，系統(tǒng)無(wú)法工作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)體溫度很高，原因是通氣過(guò)濾網(wǎng)已堵死，引起溫度傳感器動(dòng)作。更換濾網(wǎng)后，系統(tǒng)正常工作。

不按操作規(guī)程拔插線路板，或無(wú)靜電防護(hù)措施等，都可能造成停機(jī)故障甚至毀壞系統(tǒng)。

一般在數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用和維修中，必須考慮對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)故障的部位給予報(bào)警。報(bào)警電路工作后，一方面在屏幕或操作面板上給出報(bào)警信息，另一方面發(fā)出保護(hù)性中斷指令，使系統(tǒng)停止工作，以便查清故障和進(jìn)行維修。

4 故障排除方法

(1)初始化復(fù)位法。一般情況下，由于瞬時(shí)故障引起的系統(tǒng)報(bào)警，可用硬件復(fù)位或開(kāi)關(guān)系統(tǒng)電源依次來(lái)清除故障，其系統(tǒng)工作存貯區(qū)由于掉電、拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化清除，清除前應(yīng)注意做好數(shù)據(jù)拷貝記錄，若初始化后故障仍無(wú)法排除，則進(jìn)行硬件診斷。

(2)參數(shù)更改程序更正法。系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)，參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤就可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無(wú)效。有時(shí)由于用戶程序錯(cuò)誤亦可造成故障停機(jī)，對(duì)此可以采用系統(tǒng)的塊搜索功能進(jìn)行檢查，改正所有錯(cuò)誤，以確保其正常運(yùn)行。

(3)最佳化調(diào)整法。調(diào)節(jié)是一種最簡(jiǎn)單易行的辦法。通過(guò)對(duì)電位計(jì)的調(diào)節(jié)，修正系統(tǒng)故障。如在某軍工廠維修中，其系統(tǒng)顯示器畫面混亂，經(jīng)調(diào)節(jié)后正常，在山東某廠，其主軸在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)發(fā)生皮帶打滑，原因是由于主軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，而驅(qū)動(dòng)裝置的斜升時(shí)間設(shè)定過(guò)小，經(jīng)調(diào)節(jié)后正常。

最佳化調(diào)整，是系統(tǒng)地對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與被拖動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳匹配的綜合調(diào)節(jié)方法，辦法很簡(jiǎn)單：用一臺(tái)多線記錄儀或具有存貯功能的雙蹤示波器，分別觀察指令和速度反饋或電流反饋的響應(yīng)關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分時(shí)間，來(lái)使伺服系統(tǒng)達(dá)到既有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，而又不振蕩的最佳工作狀態(tài)。在現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有示波器或記錄儀的情況下，可采用一種經(jīng)驗(yàn)的辦法，即調(diào)節(jié)使電機(jī)起振，然后向反向慢慢調(diào)節(jié)，直到消除震蕩即可。

(4)備件替換法。用好的備件替換診斷出壞的線路板，并做相應(yīng)的初始化啟動(dòng)，使機(jī)床迅速投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后將壞板進(jìn)行修理或返修，這是目前最常用的排故辦法。

(5)改善電源質(zhì)量法。目前我國(guó)的電源質(zhì)量較差，解決這一問(wèn)題的辦法，一般采用穩(wěn)壓電源，來(lái)改善電源波動(dòng)。對(duì)于高頻干擾，可以采用電容濾波法，通過(guò)這些預(yù)防性措施來(lái)減少電源板的故障。

(6)維修信息跟蹤法。一些大的制造公司根據(jù)在實(shí)際工作中由于設(shè)計(jì)缺陷而造成的偶然故障，不斷修改和完善系統(tǒng)軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式，不斷提供給維修人員。這些信息可以做為故障排除的依據(jù)，以正確徹底排除故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析總結(jié)了大量實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，為解決、排除故障列舉了一些方法，保證機(jī)床長(zhǎng)期安全平穩(wěn)運(yùn)行,發(fā)揮更大效益。

[1]馬嘵青.沖擊動(dòng)力學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1992.

[2]Kolsky H.An investigation of the mechanical properties of materials at veryhigh rates of loading[C].Proc.Phys.Soc.B62,1949,676-700.