中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 郭渝萍 王德林 卜怡生

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數(shù)控機(jī)床故障分析與診斷方法

中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 郭渝萍 王德林 卜怡生

【摘要】本文主要以數(shù)控機(jī)床故障診斷方法為研究對(duì)象，介紹了數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障的診斷過(guò)程與分析方法，歸納總結(jié)了數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修方法，為從事數(shù)控設(shè)備維修工作者提供技術(shù)儲(chǔ)備及寶貴經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；診斷方法

1 數(shù)控機(jī)床的概念及工作原理

1.1 數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)

用數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)稱為數(shù)控技術(shù)，數(shù)控機(jī)床是采用數(shù)控系統(tǒng)控制，即裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)械加工設(shè)備。

當(dāng)前數(shù)控機(jī)床采用的數(shù)控系統(tǒng)種類很多，國(guó)內(nèi)外很多公司及本公司的數(shù)控機(jī)床主要配置德國(guó)西門子和日本發(fā)那科兩大數(shù)控系統(tǒng)。

1.2 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成

數(shù)控機(jī)床一般由CNC系統(tǒng)，輸入/輸出設(shè)備，伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置，可編程控制器（PLC），機(jī)床本體和測(cè)量反饋元件組成。如圖1所示。

圖1　數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成

2 數(shù)控機(jī)床的診斷方法

2.1 故障診斷的基本概念

數(shù)控系統(tǒng)故障診斷技術(shù)，是在系統(tǒng)中，在不拆卸機(jī)床的情況下，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)顯示的現(xiàn)行狀態(tài)，明確機(jī)床故障產(chǎn)生的原因及部位，采取相應(yīng)的解決方法和相應(yīng)的預(yù)防措施的技術(shù)。

2.2 機(jī)床故障的診斷原則

1)首先外部然后內(nèi)部；現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、液壓、電氣一體化的設(shè)備，這就要求維修人員以此為原則，在維修數(shù)控設(shè)備時(shí)采用望、聽(tīng)、聞等方法，由機(jī)床外部向內(nèi)部逐一進(jìn)行排查。

2)首先機(jī)械然后電氣；數(shù)控機(jī)床是技術(shù)復(fù)雜自動(dòng)化程度高的機(jī)械加工設(shè)備，一般情況下，機(jī)床機(jī)械部分的故障比較容易發(fā)現(xiàn)，而數(shù)控系統(tǒng)及電氣故障的分析難度就比較大。

3)首先靜然后動(dòng)；維修人員本身要做到先靜后動(dòng)，不可盲目動(dòng)手。應(yīng)先向設(shè)備操作者詢問(wèn)故障是如何發(fā)生的，當(dāng)時(shí)設(shè)備的加工狀態(tài)等。查閱機(jī)床電氣圖紙及相關(guān)資料，大致確定故障原因后，方可動(dòng)手檢查和處理故障。

4)首先公用然后專用；影響全局大多數(shù)是公用問(wèn)題，影響局部往往只是專用部分。

5)首先簡(jiǎn)單然后復(fù)雜；當(dāng)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，往往有幾個(gè)報(bào)警信息，此時(shí)應(yīng)先處理容易的問(wèn)題，然后再處理較大難度的問(wèn)題。

6)首先一般然后特殊；在維修設(shè)備故障時(shí)，應(yīng)首先排查最常見(jiàn)的故障原因，再逐步分析平時(shí)極少發(fā)生的特殊原因。

2.3 機(jī)床故障的診斷方法

1)外觀檢查法：觀察機(jī)床的外觀及硬件連接部分，對(duì)可檢測(cè)的部分進(jìn)行在線監(jiān)控。對(duì)系統(tǒng)軟件及參數(shù)數(shù)據(jù)等，經(jīng)常用到的常規(guī)檢查方法是：a)目測(cè)；b)手摸；c)通電。

2)儀表測(cè)量法：當(dāng)數(shù)控設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，常用電工檢測(cè)工具和儀表，根據(jù)該設(shè)備的電氣原理圖對(duì)發(fā)生故障部分的電壓，脈沖信號(hào)和電源指示等，實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。如：用萬(wàn)用表測(cè)量電網(wǎng)電壓三相是否均衡、接地是否牢固。還可用示波器檢查位置測(cè)量信號(hào)的反饋回路的信號(hào)狀態(tài)等。

3)PLC程序法：查看PLC程序是維修人員分析設(shè)備故障的常有方法。

4)接口信號(hào)法：如數(shù)控設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，維修人員從PLC和NC信號(hào)交換的知識(shí)出發(fā)，結(jié)合數(shù)控機(jī)床外部條件的I/O接口信號(hào)的狀態(tài)，確定故障點(diǎn)。

5)控制模塊交換法：大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)都采用模塊化設(shè)計(jì)，機(jī)床的各個(gè)伺服軸的控制單元大都采用相同型號(hào)的模塊。例如，機(jī)床X軸控制模塊報(bào)警，可以把X軸與Y軸的相同型號(hào)的控制板互換，如果相同故障從X軸轉(zhuǎn)移到Y(jié)軸，就能快速判斷是X軸控制板發(fā)生了故障。

6)修改參數(shù)法：當(dāng)某軸進(jìn)給發(fā)生故障時(shí)，為確定是否為伺服電動(dòng)機(jī)故障和光柵尺，讀輸頭故障。可以通過(guò)修改系統(tǒng)參數(shù)的方法，將該軸由全閉環(huán)控制改為半閉環(huán)控制，用以脫開(kāi)位置環(huán)，檢查速度環(huán)。

3 數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障診斷與分析

3.1 數(shù)控機(jī)床主軸常見(jiàn)故障

1)主軸變速齒輪掛擋故障，原因：a)主軸換檔定向控制電路出現(xiàn)故障；b)齒輪錯(cuò)位，掛擋位置與正確位置出現(xiàn)角度偏差，發(fā)生“頂齒”，因而造成掛不上擋的故障。

2)主軸不定向或定向位置不準(zhǔn)確，首先檢測(cè)電纜線和連接部分是否接接觸不良或短線，再檢查主軸編碼器的固定螺栓如連接器上螺釘是否良好、緊固，最后檢查脈沖編碼器是否進(jìn)水或損壞。

3)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲太大，這種現(xiàn)象大多數(shù)是機(jī)械方面的原因，例如：軸承預(yù)緊力不夠，使主軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)；主軸輪承損壞；主軸與主軸電機(jī)的連接皮帶過(guò)緊；潤(rùn)滑不良；主軸負(fù)荷太大等。

3.2 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服軸的常見(jiàn)故障分析

數(shù)控機(jī)床給伺服軸發(fā)生故障時(shí)，大致有三種表現(xiàn)形式：一是在操作面板（CRT）上顯示故障報(bào)警信息，二是在機(jī)床進(jìn)給軸的伺服驅(qū)動(dòng)模塊上有故障燈，顯示報(bào)警號(hào)，三是機(jī)床進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)異?；虿贿\(yùn)動(dòng)，然而機(jī)床無(wú)任何信息顯示。歸納總結(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見(jiàn)故障：1)軸超程；2)過(guò)載；3)竄動(dòng)；4)爬行；5)振動(dòng)；6)伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)；7)位置誤差；8)漂移；9)回參考點(diǎn)故障；10)伺服單元及風(fēng)扇故障；11)連接電纜及檢測(cè)回路故障。

3.3 數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)故障及診斷方法

目前企業(yè)中的數(shù)控設(shè)備大多數(shù)采用的是增量式測(cè)量裝置，因此，機(jī)床開(kāi)機(jī)必須進(jìn)行各軸返回參考點(diǎn)的操作，發(fā)生故障的幾率就非常大。故障發(fā)生的原因主要有：一是機(jī)床返回參考點(diǎn)的檢測(cè)的零點(diǎn)開(kāi)關(guān)損壞或撞塊松動(dòng)，二是數(shù)控系統(tǒng)與檢測(cè)元件的連接電纜接觸不良或斷開(kāi)，三是系統(tǒng)回零軸的控制板故障。診斷方法主要根據(jù)機(jī)床回零軸接口地址信號(hào)有無(wú)0、1變化，及測(cè)量電纜線的通斷來(lái)判斷是屬于機(jī)床零點(diǎn)開(kāi)關(guān)、撞塊、還是數(shù)控系統(tǒng)軸控制板的故障。

3.4 數(shù)控機(jī)床操作軟件故障及診斷方法

軟件故障是由軟件變化或丟失而形成的，可能有：1)操作失誤，操作者在在調(diào)試加工程序時(shí)更改了機(jī)床參數(shù)或軟件內(nèi)容，造成數(shù)控系統(tǒng)軟件故障；2)保持系統(tǒng)參數(shù)的電池電量不足，使數(shù)控系統(tǒng)丟失軟件和參數(shù)，使機(jī)床顯示軟件報(bào)警。值得注意的是，數(shù)控機(jī)床更好電池時(shí)，必須帶電進(jìn)行。開(kāi)關(guān)系統(tǒng)電源是清除軟件故障的常用方法。

4 數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)的展望

數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向有以下幾個(gè)方面：1)通信診斷；2)自修復(fù)系統(tǒng)；3)具有人工智能功能的專家故障診斷系統(tǒng)；4)基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)；5)應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷；6)多傳感器融合技術(shù)；7)小波理論在機(jī)械檢測(cè)中的應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床技術(shù)的迅速發(fā)展，使世界制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)將成為取勝的關(guān)鍵，因此，深入研究世界先進(jìn)的故障診斷技術(shù)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]李虹主編.數(shù)控機(jī)床電氣控制與維修[M].電子工業(yè)出版社.

郭渝萍，女，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司四級(jí)技術(shù)專家，從事數(shù)控設(shè)備維修研究。

作者簡(jiǎn)介：