數(shù)控機(jī)床故障診斷方法與技術(shù)研究

張世亮

（武威職業(yè)學(xué)院教務(wù)處，甘肅 武威 733000）

自建國(guó)以來(lái)，我國(guó)就一直非常重視工業(yè)的發(fā)展。隨著信息技術(shù)與電子技術(shù)的平穩(wěn)提升，當(dāng)前國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)逐漸形成自動(dòng)化、精密化大型化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。達(dá)到了機(jī)電一體化水平的數(shù)控機(jī)床，常見(jiàn)于各類機(jī)械設(shè)備與制造業(yè)的生產(chǎn)工廠，當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)了故障問(wèn)題，將會(huì)嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。對(duì)此制造業(yè)往往會(huì)準(zhǔn)備大量的應(yīng)急手段，及時(shí)處理機(jī)械故障，以求及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)。機(jī)械故障檢查，主要包括設(shè)備零部件檢查和系統(tǒng)異常檢查找出設(shè)備故障點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床故障大部分來(lái)自于內(nèi)部問(wèn)題引發(fā)的故障。了解如何進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部診斷，對(duì)及時(shí)排查機(jī)床設(shè)備故障而言具有重大意義。

1 數(shù)控機(jī)床的故障診斷研究目的

制造業(yè)的生產(chǎn)能力與生產(chǎn)水平，將直接決定人們的物質(zhì)生活水平。制造業(yè)所需重要設(shè)備便是數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)化機(jī)床設(shè)備的一種，相較于普通機(jī)床而言，自動(dòng)化的程序控制能夠有效減少操作繁瑣度，甚至一些數(shù)控機(jī)床在設(shè)置好了生產(chǎn)系統(tǒng)以后，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)（如日本Brother S700全自動(dòng)機(jī)床）。自動(dòng)機(jī)床集高精尖技術(shù)于一體，同時(shí)也包括了機(jī)電光液等工藝。由于具備加工精度高、生產(chǎn)質(zhì)量可靠、生產(chǎn)效率高、適應(yīng)能力強(qiáng)、靈活度好等優(yōu)勢(shì)，因而廣受生產(chǎn)業(yè)青睞，且應(yīng)用的范圍也呈現(xiàn)出越來(lái)越廣的局面。但由于數(shù)控機(jī)床屬機(jī)電一體化設(shè)備，如果其中任何一個(gè)部件出現(xiàn)異常，都有可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)面臨癱瘓，進(jìn)而造成機(jī)床停產(chǎn)，影響企業(yè)效益。對(duì)此為確保機(jī)床可以正常生產(chǎn)，我們就必須加強(qiáng)機(jī)床設(shè)備的故障診斷技術(shù)和方法研究力度，通過(guò)日常的仔細(xì)排查，消除機(jī)床設(shè)備的生產(chǎn)安全隱患，提高機(jī)床生產(chǎn)效率，發(fā)揮自動(dòng)化生產(chǎn)價(jià)值。

2 數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障

2.1 主機(jī)故障

機(jī)床主機(jī)故障包括防護(hù)、氣動(dòng)、機(jī)械、潤(rùn)滑、冷卻、排屑、液壓等。其發(fā)生原因主要為在操作機(jī)床設(shè)備時(shí)的操作不當(dāng)，進(jìn)而造成機(jī)床內(nèi)部的傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障；因?qū)к壟c主軸等部件的摩擦系數(shù)較大，各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件在互相干涉的過(guò)程中造成設(shè)備系統(tǒng)的癱瘓；因設(shè)備內(nèi)部的零部件損壞，或接觸不良導(dǎo)致的設(shè)備故障。一般來(lái)說(shuō)大部分情況下主機(jī)的故障都是因?yàn)闅鈩?dòng)、液壓系統(tǒng)密封不良或管道杜塞所導(dǎo)致的。主要表現(xiàn)為傳動(dòng)噪聲大、加工精度差、運(yùn)動(dòng)阻力大、設(shè)備動(dòng)作失靈、設(shè)備部件損壞等。為消除主機(jī)故障造成機(jī)床整體性能下降，應(yīng)定期展開(kāi)機(jī)床維護(hù)與保養(yǎng)工作，盡可能減少機(jī)床故障隱患。

2.2 電氣系統(tǒng)故障

此類的故障可以分為強(qiáng)電故障與弱電故障。

強(qiáng)電故障指的是電氣控制系統(tǒng)主回路，以及大功率高壓回路的控制電路包括電器元器件、行程開(kāi)關(guān)、繼電器、接觸器、開(kāi)關(guān)、熔斷器、電源變壓器、電動(dòng)機(jī)、電磁鐵出現(xiàn)了故障。通常來(lái)說(shuō)強(qiáng)電類故障的診斷較為方便與簡(jiǎn)單，不過(guò)這類故障發(fā)生幾率卻要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于弱電類故障，因此檢測(cè)人員切不可掉以輕心。

弱電類故障分為軟件故障與硬件故障。軟件故障指的是組件無(wú)任何問(wèn)題，但是在實(shí)際操作中卻頻繁出現(xiàn)動(dòng)作出錯(cuò)以及數(shù)據(jù)丟失，這類故障的產(chǎn)生原因是因?yàn)橄到y(tǒng)程序的參數(shù)遭到改變，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤造成的。硬件故障則是指集成電路、電子元器件與外部連接出現(xiàn)異常。

3 機(jī)床故障性質(zhì)分類

3.1 確定性故障

該類故障指的是主機(jī)硬件損壞達(dá)到一定程度，那么機(jī)床就必然會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題。這一類的問(wèn)題在數(shù)控機(jī)床中發(fā)生的極為頻繁，且并不能完全解決。如若檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)故障，就必須采取特殊的手段及時(shí)處理問(wèn)題，否則系統(tǒng)故障將無(wú)法解除。因確定性故障存在產(chǎn)生規(guī)律，因此確定性故障的修復(fù)方法并不復(fù)雜。只要檢修人員能夠理清故障問(wèn)題，那么機(jī)床便可以在短時(shí)間恢復(fù)生產(chǎn)。為避免出現(xiàn)確定性故障問(wèn)題，需要在平時(shí)做好系統(tǒng)維護(hù)。

3.2 隨機(jī)性故障

隨機(jī)性故障也被成為軟故障。指的是數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)運(yùn)作中出現(xiàn)的偶然性故障。通常此類故障的發(fā)生成因比較隱蔽，檢修人員無(wú)法按照故障發(fā)生規(guī)律找出故障問(wèn)題，隨機(jī)性故障的原因判斷是較為困難的。結(jié)合檢修經(jīng)驗(yàn)得知，隨機(jī)性故障通常受部件安裝質(zhì)量、參數(shù)設(shè)定、元器件品質(zhì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、工作環(huán)境不良等因素影響。

4 機(jī)床故障診斷手段

4.1 直接觀察

不論是采用哪種方式診斷機(jī)床故障，全都離不開(kāi)直接觀察的方法。這種診斷手段需要檢修人員通過(guò)視覺(jué)觀察的方式，觀測(cè)機(jī)床設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的異常狀況，判斷機(jī)床中是哪一個(gè)部位、模塊及線路出現(xiàn)問(wèn)題?？梢哉f(shuō)直接檢查是一種十分便捷與基礎(chǔ)的故障診斷方式，使用的幾率和使用的現(xiàn)狀非常普遍。在檢測(cè)前，工作人員需要先提前了解到故障具體有哪些表現(xiàn)以及故障發(fā)生過(guò)程，初步判斷故障產(chǎn)生類別。之后用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等方式，檢查機(jī)床設(shè)備的各部位工作狀態(tài)是否有異常情況、電控裝置是否報(bào)警、設(shè)備是否出現(xiàn)異常聲響、機(jī)床設(shè)備是否有異常味道。最后通過(guò)局部檢查方式，了解損壞具體部位，包括燒焦、開(kāi)裂、接觸不良、發(fā)熱等問(wèn)題。

4.2 儀器觀察

即利用電工儀表檢測(cè)機(jī)床設(shè)備與各個(gè)零部件的信息和參數(shù)，用儀器設(shè)備判斷與確定機(jī)床故障部位。如使用萬(wàn)用表檢查機(jī)床內(nèi)部的各個(gè)電源異常情況。用示波器來(lái)檢查脈動(dòng)信號(hào)的幅值及相位。用PLC編輯器判斷PLC的發(fā)生位置與故障成因。

4.3 信號(hào)報(bào)警分析

信號(hào)報(bào)警中的伺服與數(shù)控等系統(tǒng)故障指示燈都是檢測(cè)人員需要觀察的重點(diǎn)。排查故障時(shí)，檢測(cè)人員通過(guò)檢查指示燈狀況是否提示設(shè)備出現(xiàn)異常，根據(jù)指示燈的結(jié)果排查與分析故障原因。

軟件指示包括加工程序、PLC程序、系統(tǒng)軟件等故障指示。根據(jù)指示等信號(hào)對(duì)照診斷說(shuō)明，即可了解故障排查手段與故障形成原因。

4.4 接口檢查

所有的PLC都會(huì)被集中在數(shù)控系統(tǒng)中，此外PLC與CNC使用了大量連接，完成了兩者信號(hào)的傳輸。如若接口傳輸出現(xiàn)問(wèn)題，則說(shuō)明接口出現(xiàn)不穩(wěn)情況，此時(shí)信號(hào)就會(huì)丟失。進(jìn)而造成機(jī)床故障問(wèn)題出現(xiàn)。接口故障的排查需要使用CRT屏幕設(shè)備，通過(guò)它的分析檢查具體故障位置。如若接口連接復(fù)雜，則可以使用編程器檢查接回信號(hào)。之后通過(guò)對(duì)比，確定故障具體位置。

4.5 參數(shù)調(diào)整

數(shù)控機(jī)床參數(shù)都是放在RAM中的，很少出現(xiàn)異常。不過(guò)在外部干擾、電池電壓不足、長(zhǎng)期不運(yùn)行系統(tǒng)情況下，系統(tǒng)參數(shù)將會(huì)受到一定影響，包括正確性影響，需要采取特殊的手段與措施修正參數(shù)。一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，那么就必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，排除掉錯(cuò)誤參數(shù)，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.6 備件置換

在機(jī)床設(shè)備發(fā)展與進(jìn)步的同時(shí)，機(jī)床內(nèi)部的電路集成也變得愈發(fā)的龐大和復(fù)雜。采用常規(guī)手段很難在短時(shí)間內(nèi)確定故障具體點(diǎn)，浪費(fèi)大量時(shí)間。這所帶來(lái)的影響和后果是非常嚴(yán)重的。此時(shí)最佳的故障診斷方法便是備件置換方式，即解除損壞模式并安裝備件，減少停機(jī)生產(chǎn)時(shí)間。當(dāng)然我們也要注意在裝配備件時(shí)，檢修人員必須規(guī)范性操作，以免造成更大機(jī)床故障。

4.7 程序測(cè)試

這種方法有自動(dòng)編程、手動(dòng)編程兩種方式。數(shù)控系統(tǒng)將特殊功能與常用功能整合到一起，編程出具備測(cè)試功能的程序，之后于常規(guī)狀態(tài)下開(kāi)啟運(yùn)行測(cè)試，根據(jù)運(yùn)行測(cè)試結(jié)果判斷與分析故障發(fā)生的地點(diǎn)及原因。

4.8 交叉換位

如果在正常情況下，并不能發(fā)現(xiàn)或判斷是否有故障板問(wèn)題。此時(shí)可以通過(guò)兩個(gè)板交換檢查的方式判斷故障點(diǎn)和故障原因。不過(guò)這種方式對(duì)于技術(shù)人員的技術(shù)能力有著較高的要求，在操作中必須嚴(yán)格按照操作規(guī)范操作，否則將很有可能出現(xiàn)板件報(bào)廢問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床能夠幫助制造企業(yè)完成快速生產(chǎn)，是現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)保障。加強(qiáng)機(jī)床設(shè)備的基礎(chǔ)管理，是解決機(jī)床使用難與維修難的必要前提。我們需要同時(shí)注重故障的治與故障的防研究，在做好應(yīng)急措施的同時(shí)，加強(qiáng)故障排查力度。作為一種敏感性設(shè)備，數(shù)控機(jī)床的線路連接錯(cuò)誤、傳感器元件失靈和機(jī)械老化都有可能會(huì)造成機(jī)床設(shè)備的故障。我們不應(yīng)盲目制定故障解決措施，而是要了解與掌握故障成因的基礎(chǔ)上逐步減小故障范圍，最終確定機(jī)床的故障點(diǎn)，制定有效性的問(wèn)題解決措施。如果在此過(guò)程中我們忽視了系統(tǒng)性排查，那所帶來(lái)的后果是無(wú)法輕易承擔(dān)的，甚至有可能會(huì)進(jìn)一步加劇故障程度。我們應(yīng)做好設(shè)備的日常維護(hù)，了解機(jī)床原理和機(jī)構(gòu)，以保機(jī)床的正常運(yùn)行。

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