石葉琴

摘? 要：當(dāng)今社會，在企業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)控機(jī)床替代了人類的大量勞動，并發(fā)揮著巨大的作用，在高強(qiáng)度的生產(chǎn)加工背景下，數(shù)控機(jī)床就會發(fā)生故障。數(shù)控機(jī)床故障的高發(fā)期主要集中在磨合期與衰退期這2個時間段，該文主要對強(qiáng)電部分、數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械部分常會出現(xiàn)的故障點(diǎn)進(jìn)行羅列，并結(jié)合筆者自身實(shí)際操作數(shù)控機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，分享現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床經(jīng)典的故障案例。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;故障點(diǎn);診斷過程;維修案例

中圖分類號：TG519.1? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)過程中一旦發(fā)生故障，生產(chǎn)將被停止，且直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。為進(jìn)一步滿足數(shù)控維修技術(shù)人員應(yīng)具備的能力，我們深入企業(yè)、車間、學(xué)校數(shù)控實(shí)訓(xùn)基地等地調(diào)查收集數(shù)控機(jī)床在各個模塊中常出現(xiàn)的故障。同時，結(jié)合自身所掌握的數(shù)控機(jī)床故障的理論知識，整理總結(jié)出常見的數(shù)控機(jī)床故障及案例分析。

1 電氣故障

如數(shù)控機(jī)床工作原理如圖1所示，結(jié)合機(jī)床說明書排除故障流程圖、調(diào)整方法及工作經(jīng)驗(yàn)，電氣部分引起的故障可分為強(qiáng)電故障和弱點(diǎn)故障。

1.1 強(qiáng)電和弱電故障

強(qiáng)電故障維修簡單，診斷起來也比較方便，但是維修人員也不能馬虎，必須要引起重視。在維修過程中，強(qiáng)電部分動作頻發(fā)、電流大，出現(xiàn)故障的概率高。

結(jié)合實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)電故障包括主軸不能運(yùn)行故障、系統(tǒng)無法啟動故障、X軸不能運(yùn)行故障、變壓器無法工作故障。弱點(diǎn)故障包括硬件故障、軟件故障。

1.2 故障維修實(shí)例

FANUC系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，熱繼電器無動作，換刀時，電動刀架無法正常工作。

1.2.1 故障診斷

數(shù)控機(jī)床加工零件，需要更換刀具時，發(fā)現(xiàn)電動刀架無法進(jìn)行正常工作，數(shù)控計算機(jī)設(shè)備顯示刀架換刀時間太長。停車檢查，首先按下系統(tǒng)參數(shù)按鈕，翻查換刀時間參數(shù)，時間參數(shù)設(shè)置正確，自診斷狀態(tài)位設(shè)置也沒有問題。其次打開電氣柜，用萬用表逐個檢測主電路中的所有電器元件，當(dāng)檢測到熱繼電器元件時，兩端電路不通，立即對其進(jìn)行拆卸，打開后看見內(nèi)部的電阻絲全部損壞。最后檢查電動機(jī)的電源觸點(diǎn)，接線端子處布滿鐵屑，而且電動機(jī)U、V、W相線，相線間幾乎沒有電阻值。

1.2.2 故障原因

FANUC系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床操作人員習(xí)慣用氣槍打掃機(jī)床的鐵屑。

1.2.3 故障排除

故障排除分為4步。1）規(guī)范操作，做好數(shù)控設(shè)備的保養(yǎng)工作?？紤]到電器柜短路引起設(shè)備、人身安全問題，嚴(yán)禁操作人員在清理數(shù)控機(jī)床鐵屑時使用氣槍。2）對熱繼電器進(jìn)行換新。3）電動機(jī)電源觸點(diǎn)處重新布線。4）上電，按下電動刀架換刀指令，能正常換刀，繼續(xù)加工零件。

2 數(shù)控系統(tǒng)故障

2.1 系統(tǒng)信號故障

數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心部分，數(shù)控系統(tǒng)通過數(shù)控系統(tǒng)信號來控制數(shù)控機(jī)床的各個部分運(yùn)行，常見的系統(tǒng)信號故障主要有主軸控制轉(zhuǎn)速故障、主軸控制方向故障和主軸控制反饋信號故障。

2.2 系統(tǒng)參數(shù)故障

數(shù)控機(jī)床在出廠前，已將所用的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)試優(yōu)化，但有的數(shù)控系統(tǒng)還有一部分參數(shù)需要到用戶那里去調(diào)試，如果參數(shù)設(shè)置不對或者沒有調(diào)試好，就有可能引起各種各樣的故障現(xiàn)象，直接影響到機(jī)床的正常工作和性能的充分發(fā)揮。在數(shù)控維修的過程中，有時也利用參數(shù)來調(diào)試機(jī)床的某些功能，而且有些參數(shù)需要根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動狀態(tài)來進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定很重要，如果系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯誤，就會引發(fā)各種各樣的故障現(xiàn)象，包括系統(tǒng)不能正常啟動、不能正常運(yùn)行、螺紋加工不能夠進(jìn)行、系統(tǒng)顯示不正常及死機(jī)等。

2.3 故障維修實(shí)例

數(shù)控機(jī)床切削加工零件，執(zhí)行T指令后，檢查程序中的T指令，設(shè)置正確，恢復(fù)但刀架仍尋找不到程序中指定的刀位號，旋轉(zhuǎn)不停，旋轉(zhuǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)動到指定的刀位號刀具時，刀架暫停數(shù)秒后重復(fù)上述動作。

2.3.1 故障診斷

根據(jù)維修技術(shù)人員的操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行檢查，初步判斷導(dǎo)致刀架不可以鎖緊的原因有3個。1）數(shù)控機(jī)床刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)延時參數(shù)設(shè)置不正確。2）刀架夾緊到位、限位的開關(guān)損壞，不能正常動作。3）刀架鎖緊機(jī)構(gòu)發(fā)生故障。

2.3.2 故障排除過程

故障排除過程分為5步。1）切斷電源，經(jīng)過刀架電機(jī)測試，發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的刀架能夠鎖緊，判斷該刀架的鎖緊機(jī)構(gòu)無故障，可以正常工作。2）萬用表檢測限位開關(guān)線路，未發(fā)現(xiàn)問題，恢復(fù)操作，限位開關(guān)執(zhí)行動作正常，判斷無故障。3）排查線路中的接近開關(guān)，沒有24 V直流電源，發(fā)現(xiàn)電源線處脫落。4）用電烙鐵將脫落線處焊接好后，數(shù)控機(jī)床刀架轉(zhuǎn)到程序中指定的刀號，能停頓數(shù)秒，但還是不能將其鎖緊。5）PLC控制數(shù)控機(jī)床刀架的I/O參數(shù)，檢查輸入輸出參數(shù)，參數(shù)沒問題，繼續(xù)觀察，發(fā)現(xiàn)刀架夾緊延時參數(shù)設(shè)置存在問題。

2.3.3 故障原因

數(shù)控機(jī)床PLC控制刀架夾緊延時參數(shù)設(shè)置有誤所致。

2.3.4 故障排除

根據(jù)FANUC數(shù)控機(jī)床的型號、廠家，查找機(jī)床說明書，將刀架夾緊延時參數(shù)按要求設(shè)置正確。啟動機(jī)床，執(zhí)行換刀指令，可以正常換刀并鎖緊。

3 驅(qū)動系統(tǒng)故障

3.1 常見故障類型

3.1.1 主軸驅(qū)動系統(tǒng)故障

數(shù)控機(jī)床中的主軸驅(qū)動系統(tǒng)主要是指機(jī)床主切削運(yùn)動的動力驅(qū)動裝置，也可以稱為主傳動系統(tǒng)。主運(yùn)動通過主傳動機(jī)構(gòu)，提供切削驅(qū)動功率和切削力，從而帶動主軸上安裝的工件和刀具一起運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動通過進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)使刀架（刀庫）帶動刀具作進(jìn)給運(yùn)動，提供各坐標(biāo)軸切削過程中所需的切削轉(zhuǎn)矩。主、進(jìn)給運(yùn)動相對運(yùn)動，可完成零件圖紙上復(fù)雜件的加工。因此，要想在數(shù)控機(jī)床中加工出高精度的零件，就必須保證主軸驅(qū)動系統(tǒng)的高穩(wěn)定性[1]。

3.1.2 進(jìn)給傳動系統(tǒng)故障

數(shù)控機(jī)床采用的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制以及混合控制4種。按伺服進(jìn)給系統(tǒng)使用的伺服電動機(jī)的類型，半閉環(huán)、閉環(huán)數(shù)控機(jī)床常用的伺服進(jìn)給系統(tǒng)可以分為起直流伺服驅(qū)動和交流伺服驅(qū)動2類。該文對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行了歸納總結(jié)，根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，將常見的進(jìn)給驅(qū)動故障大致分為超程、過載、爬行和振動4類。

3.2 故障維修實(shí)例

FANUC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，連續(xù)生產(chǎn)零件5 h后，操作人員發(fā)現(xiàn)Z軸有故障且數(shù)控系統(tǒng)報警，這時數(shù)控機(jī)床無法正常加工。主、進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)能正常動作，并沒有影響零件加工的精度。關(guān)閉機(jī)床重新啟動后，一旦執(zhí)行Z軸指令，仍出現(xiàn)上述故障。

3.2.1 故障診斷

故障排除分為2步。1）數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分的故障包括2種。①高速切削，機(jī)床貼塑導(dǎo)軌因受熱變形。②軸承支撐滾珠絲杠的配合間隙大，引起負(fù)載受力不平衡，從而影響到進(jìn)給系統(tǒng)Z軸傳遞運(yùn)動的穩(wěn)定性。2）數(shù)控機(jī)床電氣部分的故障：電氣元件系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯誤，直接改變進(jìn)給系統(tǒng)Z軸傳動運(yùn)動的精度。

3.2.2 故障原因

機(jī)械貼塑導(dǎo)軌受熱、軸承配合間隙大和電氣元件系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯誤一起所致。

3.2.3 故障排除

用工具把Z軸電機(jī)、滾珠絲杠拆卸開來，讓Z軸不帶負(fù)載進(jìn)行工作。此時，執(zhí)行Z軸指令后，仍然出現(xiàn)振蕩故障現(xiàn)象，但數(shù)控機(jī)床連續(xù)工作的時間增加了4 h，可以判斷出是電氣部分出現(xiàn)故障。交換數(shù)控系統(tǒng)X、Z軸的速度及位置反饋信號，Z軸伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動變成數(shù)控系統(tǒng)中X軸的指令來執(zhí)行，而X軸伺服電機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生與Z坐標(biāo)軸運(yùn)行時一樣的故障。需要更換同型號新的Z軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)，恢復(fù)操作后，Z坐標(biāo)軸可以正常工作[2]。

4 機(jī)械部分故障

數(shù)控機(jī)床是典型的一體化產(chǎn)品，機(jī)械部分占據(jù)核心地位。

4.1 常見故障類型

常見的故障有主軸機(jī)械故障、進(jìn)給坐標(biāo)軸機(jī)械故障和四方刀架故障。

4.2 故障維修實(shí)例

1臺臥式加工中心在銑削零件時，先液壓啟動Y軸后，再用手動運(yùn)行指令執(zhí)行Y軸。此時，液壓啟動無響應(yīng)，CRT裝置上出現(xiàn)報警信息，按下其他坐標(biāo)軸的按鈕，可以動作。但是Y軸執(zhí)行無效。

4.2.1 故障診斷

針對上述出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，初步判斷是由于滾珠絲杠來回竄動導(dǎo)致的故障。首先，排查Y軸進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi)、外部線路、元器件的連接情況，未發(fā)現(xiàn)異常。其次，將Y軸液壓抱閘拆開，發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床電機(jī)、絲杠之間的傳動帶脫落下來，再手動搖動Y軸的絲杠，運(yùn)動時上下竄動。再次，打開滾珠絲杠上軸承座，未發(fā)現(xiàn)故障。最后，打開滾珠絲杠下軸承座，推力球軸承的緊固螺母松動，從而出現(xiàn)滾珠絲杠上下竄動的現(xiàn)象。

4.2.2 故障原因

故障是由滾珠絲杠下軸承座推力球軸承的緊固螺母松動導(dǎo)致的竄動。

4.2.3 故障排除

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收NC指令后，數(shù)控機(jī)床測量裝置輸出反饋信號，假設(shè)數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠間隙過大，這時數(shù)控系統(tǒng)就會出現(xiàn)報警信號，從而產(chǎn)生故障，指令執(zhí)行無效，機(jī)床不能動作。用工具調(diào)整滾珠絲杠緊固螺母并鎖緊，滿足間隙要求，機(jī)床可以正常工作。

5 結(jié)語

該文從數(shù)控維修技術(shù)人員必須掌握機(jī)床的各個部分的組成結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā)，結(jié)合數(shù)控機(jī)床在各個模塊中常會出現(xiàn)哪些故障，以及排除故障的經(jīng)驗(yàn)冷靜思索，在短時間內(nèi)快速地查找出故障點(diǎn)，對其進(jìn)行診斷并及時排除，第一時間恢復(fù)生產(chǎn)。為確保企業(yè)生產(chǎn)效率，技術(shù)人員需要注重提升自身的技術(shù)水平，以此來提高數(shù)控行業(yè)的效益。

參考文獻(xiàn)

[1]顧宏.基于數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及應(yīng)對策略探究[J].新型工業(yè)化，2018，8（2）：64-67.

[2]段穎.經(jīng)濟(jì)型機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造研究[J].科技風(fēng)，2019（8）：145.