王靜

【摘要】數(shù)控機(jī)床維修中的故障是復(fù)雜多樣的。本文從維修中需注意的問(wèn)題、電氣故障排除等幾方面進(jìn)行了分析論述，以期對(duì)該學(xué)科理論的發(fā)展以及學(xué)生將來(lái)實(shí)習(xí)操作有所裨益。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；維修；問(wèn)題及對(duì)策

一、數(shù)控機(jī)床維修中的相關(guān)問(wèn)題

1.維修中的故障分類

首先是硬故障與軟故障，數(shù)控機(jī)床的電氣故障可按故障的性質(zhì)、表象、原因及后果等，分為硬故障和軟故障。硬故障是指電子、電器件、印制電路板、電線電纜、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。而軟故障般是指PLC邏輯控制程序中產(chǎn)生的故障，需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)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(yán)重的軟件故障則是數(shù)控系統(tǒng)軟件的缺損甚至丟失，這就只能與數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠商或其服務(wù)機(jī)構(gòu)聯(lián)系解決了。

其次是以故障出現(xiàn)的或然性，分為系統(tǒng)性故障和隨機(jī)性故障。系統(tǒng)性故障是指只要滿足一定的條件則一定會(huì)產(chǎn)生的確定故障。而隨機(jī)性故障是指在相同的條件下偶爾發(fā)生的故障，這類故障的分析較為困難，通常多與機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的局部松動(dòng)錯(cuò)位、部分電氣工件特性漂移或可靠性降低、電氣裝置內(nèi)部溫度過(guò)高。

再次是機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性下降的故障。在這種情況下，機(jī)床雖能正常運(yùn)轉(zhuǎn)卻加工不出合格的工件。例如機(jī)床定位精度超差、反向死區(qū)過(guò)大、坐標(biāo)運(yùn)行不平穩(wěn)等。這類故障必須使用檢測(cè)儀器確診產(chǎn)生誤差的機(jī)、電環(huán)節(jié)，然后通過(guò)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的最佳化調(diào)整來(lái)排除。

有時(shí)一種故障的產(chǎn)生往往是多種類型的混合，這就要求維修人員具體分析，參照上述分類型采取相應(yīng)的分析、排除。

2.維修中需要注意的事項(xiàng)

大、中型數(shù)控機(jī)床的主軸一般都具有齒輪變速傳動(dòng)方式。這是為了保證低速時(shí)可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)又能擴(kuò)大恒功率區(qū)域的變速范圍。

齒輪變速存在一個(gè)“掛檔”的問(wèn)題。在掛檔時(shí)為預(yù)防頂齒現(xiàn)象常采取電機(jī)瞬動(dòng)來(lái)完成，因此要注意：大慣量部件的延時(shí)需要用時(shí)間繼電器檢測(cè)。掛檔限位開(kāi)關(guān)應(yīng)回答計(jì)算機(jī)掛檔成功與否，由于掛檔的瞬間點(diǎn)動(dòng)需向接口輸出短時(shí)運(yùn)動(dòng)命令，因此在PLC中很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镻AL系統(tǒng)無(wú)法處理電機(jī)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，所以在面板上要保留手動(dòng)掛檔按鈕開(kāi)關(guān)，對(duì)這種問(wèn)題需要特別注意。在某些情況下，用戶可自定義一些G碼與M碼，實(shí)際是調(diào)用一個(gè)專用子程序完成特定功能。此外，夾緊、放松問(wèn)題在大型專用設(shè)備中比較突出，為了在大慣量條件下準(zhǔn)確定位，坐標(biāo)軸在到達(dá)目的位置時(shí)應(yīng)立即夾緊，運(yùn)動(dòng)時(shí)立即放松。為了避免夾緊時(shí)抖動(dòng)，有時(shí)需要對(duì)坐標(biāo)軸分成低夾及高夾兩個(gè)程度。這些功能的要求會(huì)增加接口軟件編寫(xiě)的難度。對(duì)數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。

二、數(shù)控機(jī)床維修中的電氣故障排除

1.電氣故障排除

電源是維修系統(tǒng)乃至整個(gè)機(jī)床正常工作的能量來(lái)源，它的失效或故障會(huì)丟失數(shù)據(jù)造成停機(jī)，重者則會(huì)毀壞系統(tǒng)局部甚至全部。西方國(guó)家由于電力充足，電網(wǎng)質(zhì)量高，因此其電氣系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)考慮較少，這對(duì)于我國(guó)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，加之一些人為因素，難免出現(xiàn)由電源而引起的故障。

因此在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的供電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量做到：提供獨(dú)立的配電箱而不與其他設(shè)備串用；電網(wǎng)供電質(zhì)量較差的地區(qū)應(yīng)配備三相交流穩(wěn)壓裝置；電源始端有良好的接地；進(jìn)入數(shù)控機(jī)床的三相電源應(yīng)采用三相五線制，中線（N）與接地（PE）嚴(yán)格分開(kāi)；電柜內(nèi)電器件的布局和交、直流電線的敷設(shè)要相互隔離，更不能亂接中線至PE。國(guó)標(biāo)GB/T 52261中明確規(guī)定“在電氣設(shè)備內(nèi)部，中線和保護(hù)接地電路之間不應(yīng)相連。也不應(yīng)把PE兼用端子在機(jī)械電柜內(nèi)部使用?！钡诂F(xiàn)場(chǎng)維修翻新工作中，改造后的數(shù)控機(jī)床，由于增加器件，需要AC220V電源，就直接將三相380V中的一相與機(jī)床PE接地端構(gòu)成AC220V。顯然，當(dāng)P處因機(jī)械故障斷開(kāi)時(shí)，此時(shí)設(shè)備就成為一個(gè)對(duì)地有AC220V電壓帶電體。也有在增加三相用電的器件后，將找出的中線接到了PE端子上。這樣就對(duì)操作者或任何接近機(jī)床的人員構(gòu)成直接電擊的危險(xiǎn)。

有些數(shù)控設(shè)備經(jīng)過(guò)維修、改造后增加了一些機(jī)構(gòu)，因走線方便，或與其他設(shè)備有動(dòng)作聯(lián)系，新增部分的機(jī)構(gòu)不是從該設(shè)備的電源切斷開(kāi)關(guān)下方引線，而另外引線，違反了“把機(jī)械電氣設(shè)備連接到單一電源上”的規(guī)定。緊急情況時(shí)，切斷設(shè)備上的電源開(kāi)關(guān)，卻不可能切斷設(shè)備的全部電流，造成對(duì)人員危害的潛在隱患。

2.數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)故障分析

（1）位置環(huán)報(bào)警。

可能是位置測(cè)量回路開(kāi)路、測(cè)量元件損壞，位置控制建立的接口信號(hào)不存在等。

（2）坐標(biāo)軸在沒(méi)有指令的情況下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

可能是漂移過(guò)大，位置環(huán)或速度環(huán)接成正反饋，反饋接線開(kāi)路，測(cè)量元件損壞。

（3）機(jī)床坐標(biāo)找不到零點(diǎn)。

可能是零方向在遠(yuǎn)離零點(diǎn)，編碼器損壞或接線開(kāi)路，光柵零點(diǎn)標(biāo)記移位，回零減速開(kāi)關(guān)失靈。

（4）機(jī)床動(dòng)態(tài)特性變差。

機(jī)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(jī)床發(fā)生振動(dòng)。這其中有很大一種可能是，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)間隙過(guò)大，甚至磨損嚴(yán)重或者導(dǎo)軌潤(rùn)滑不充分、磨損造成的。對(duì)于電氣控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)則可能是速度環(huán)、位置環(huán)和相關(guān)參數(shù)已不在最佳匹配狀態(tài)，應(yīng)在機(jī)械故障基本排除后重新進(jìn)行最佳化調(diào)整。

（5）偶發(fā)性停機(jī)故障。

這里有兩種可能情況：一種情況是相關(guān)軟件設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，造成在某些特定的操作與功能運(yùn)行組合下的停機(jī)故障，一般情況下機(jī)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(qiáng)力干擾（電網(wǎng)或周邊設(shè)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，這點(diǎn)一定要注意。數(shù)控機(jī)床等設(shè)備的電氣柜通風(fēng)，必須采取“正壓”方式。有的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床采用負(fù)壓通風(fēng)，刀架上的切削液沿蛇皮管流入電柜，并使電纜地溝中的潮氣、切削時(shí)的粉塵等皆沿著各通道、縫隙進(jìn)入電柜之中。使電氣柜內(nèi)線路板及各電氣件上留有一層污垢和明顯的水汽（凝露）痕跡，機(jī)床故障頻繁，嚴(yán)重影響機(jī)器的正常進(jìn)行。在GB/T 5226.1中的13.3明確規(guī)定控制裝置的外殼一般應(yīng)具備不低于IP54的防護(hù)等級(jí)。

有些數(shù)控機(jī)床的改造，尤其是一些局部小改動(dòng)，卻不在相關(guān)的技術(shù)文件中作出相應(yīng)的修訂或說(shuō)明，造成文件與實(shí)際狀況不符。一些設(shè)備經(jīng)幾次修理改動(dòng)后某些部分變成了無(wú)線號(hào)、無(wú)器件標(biāo)識(shí)、無(wú)電路或機(jī)械圖樣的“三無(wú)”產(chǎn)品。

而一般企業(yè)的設(shè)備管理部門往往對(duì)制造廠提供的技術(shù)文件管理比較嚴(yán)格，卻對(duì)維修改動(dòng)后的記錄不予重視。這種狀況持續(xù)時(shí)間越久，問(wèn)題就越嚴(yán)重，數(shù)控設(shè)備對(duì)“具體人”或具體維修單位的依賴性就越明顯。從而降低了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

因此，對(duì)擁有數(shù)控設(shè)備的學(xué)校和企業(yè)，在設(shè)備維修過(guò)程中要特別重視改造一方所提供的資料，是否確實(shí)符合GB的要求。