數(shù)控機床電氣故障診斷及維修研究

陳 瀚

（1.山東濱州渤海活塞有限公司，山東濱州 256600；2.山東省發(fā)動機活塞摩擦副重點實驗室，山東濱州 256600）

0 引言

數(shù)控機床在機械制造行業(yè)中的應(yīng)用具有質(zhì)量可靠、加工精度高以及生產(chǎn)效率高等特點，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)控機床實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，相比普通機床可釋放更多勞動力，且質(zhì)量控制難度進一步降低。不過，電氣系統(tǒng)作為數(shù)控機床的核心部分，如果其出現(xiàn)故障，必定會影響到機床的運行狀態(tài)，導(dǎo)致產(chǎn)品無法達到質(zhì)檢標準。因此需要總結(jié)以往經(jīng)驗，確定各類電氣故障發(fā)生原因與診斷方法，爭取迅速排除故障，促使機床恢復(fù)到正常運行狀態(tài)，滿足生產(chǎn)要求。

1 常見電氣故障與診斷方法

1.1 電源故障

電源供電無異常是維持數(shù)控機床正常運行的前提，如果電源出現(xiàn)了問題，將會直接導(dǎo)致整個機床無法運轉(zhuǎn)，這也是電氣系統(tǒng)最基礎(chǔ)的常見故障之一。目前我國數(shù)控機床生產(chǎn)制造技術(shù)水平在不斷提高，但是很多情況下依然是選擇國外比較成熟的電子系統(tǒng)，確保設(shè)備軟硬件質(zhì)量過硬。但是設(shè)備選用其他國家的電子系統(tǒng)，很多情況下電流電壓情況設(shè)計并不相同，這樣我國企業(yè)在選擇該類數(shù)控機床后，就需要面對電力供電存在的問題。并且在實際生產(chǎn)中還經(jīng)常會遇到一些突發(fā)情況，導(dǎo)致電源出現(xiàn)異常，電氣系統(tǒng)死機以及數(shù)據(jù)庫信息丟失，甚至?xí)?dǎo)致整個機床系統(tǒng)癱瘓。為了解決此類問題，需要設(shè)置獨立的配電箱，避免與其他電氣設(shè)備共用。如果廠房所處區(qū)域電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，就需要安裝三相交流穩(wěn)壓設(shè)備。另外，還需要對電源做可靠接地，減少漏電、串電問題的發(fā)生。為了提高數(shù)控機床電氣系統(tǒng)可靠性，可以對機床采用三相五線模式，而且要分隔開中線與接地線，避免相互接觸。

1.2 斷路故障

斷路是比較常見的電氣故障，主要是因為導(dǎo)線連接不可靠或者是電器元件被燒壞。導(dǎo)致斷路故障產(chǎn)生的原因較多，包括：接觸器觸點被燒灼，表面出現(xiàn)嚴重的氧化現(xiàn)象造成斷路；電器元件接觸不良，引出線壓緊螺絲松動等。在確定故障類型后，就可進一步分析原因，一般表現(xiàn)為元件表面損壞、接觸點接觸不良、接頭松動等。數(shù)控機床在運行過程中發(fā)生故障，根據(jù)設(shè)備表現(xiàn)初步判斷為斷路故障后，可選擇萬用表、電阻器以及電壓器進行檢測確定。即應(yīng)用電阻器檢查系統(tǒng)電路是否為斷開狀態(tài)，并基于電路原理圖來采取分段的方法測量，并根據(jù)所測電阻值大小確定斷路位置。應(yīng)用電壓器對機床電氣系統(tǒng)進行檢查時，則應(yīng)將電路電源接通，基于電路圖來分段測量電壓，并根據(jù)所測電阻值大小確定斷路位置。另外，還可以選擇短接方法診斷，即對可能存在故障的路段進行短接，檢測電阻數(shù)值是否正常，如果問題消除則可確認此部位為故障點，否則需要進一步的檢測，直到確定故障位置。

1.3 開關(guān)與控制器故障

觸點燒灼后接觸不良，導(dǎo)致數(shù)控機床電氣系統(tǒng)中開關(guān)與控制器失效，影響數(shù)控機床的正常運行。為避免此類問題的發(fā)生，就需要選擇較大負荷的開關(guān)，并減少繼電器的使用。就實踐經(jīng)驗可知，設(shè)置的繼電器數(shù)量越多，電路出現(xiàn)故障的可能性也就越大，尤其是改動過以及不易檢修的部位更容易發(fā)生電氣故障。很多情況下是因為缺少專業(yè)技術(shù)人員的支持，無法及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患，再加上操作動作不規(guī)范，最終發(fā)展為電氣故障，影響數(shù)控機床的正常生產(chǎn)。

1.4 短路故障

如果正常電路中存在電勢兩點錯誤連接或者被電阻較小的導(dǎo)體接通，會造成電路內(nèi)電阻減小，出現(xiàn)短路故障。當數(shù)控機床發(fā)生短路故障時，會導(dǎo)致機床控制操作系統(tǒng)執(zhí)行程序混亂，甚至無法正常操控指令停機，對正常機械制造影響非常嚴重。導(dǎo)致電氣系統(tǒng)短路的原因比較多，例如：元器件絕緣外層老化嚴重，受潮后發(fā)生短路；導(dǎo)電材料入侵造成短路；繼電器或接觸器連鎖失效，通斷后會產(chǎn)生過強電弧，負荷超過最大設(shè)計值就會造成短路。短路故障發(fā)生后電流不會經(jīng)過用電器，而是直接通過導(dǎo)線由正極流向負極，使電源更容易被燒毀。想要診斷確定短路故障位置，只需要分段斷開電路進行故障檢測排除，直到確定故障點、將故障解決。

1.5 計算機故障

計算機故障就無法對數(shù)控機床進行操控、無法開展正常的生產(chǎn)工作，一般多表現(xiàn)為鍵盤故障與報警故障。如果計算機突然斷電，很容易造成生產(chǎn)加工程序混亂以及相關(guān)數(shù)據(jù)丟失，必須要提前準備好后備電池，并記錄數(shù)控機床的機床參數(shù)，待電池電量過低即將失效時，電池會故障報警。診斷確認后要及時對電池進行更換，并檢查機床參數(shù)是否丟失，確保整個系統(tǒng)可以正常運行。如果操作時鍵盤輸入不順暢，例如字符輸入不成功以及程序無法復(fù)位消除等，可初步判斷為進按鍵接觸不良，需要進行修理或更換。如果故障依然存在還需要繼續(xù)對接口電路軟件以及電纜狀態(tài)進行檢查，確認是否連接出現(xiàn)問題，并及時處理解決。

2 數(shù)控機床電氣故障檢修原則與檢修方法

2.1 故障檢修原則

2.1.1 先靜后動原則

數(shù)控機床電氣故障診斷以及檢修均需要堅持先靜后動原則，以保證安全為主，采取從外部直觀檢查的方法，對故障類型以及部位做初步判斷。然后選擇專業(yè)技術(shù)手段和設(shè)備儀器，對數(shù)控機床電氣設(shè)備做動態(tài)檢測，精確判斷故障點，實現(xiàn)電氣故障的全面檢查與有效控制。

2.1.2 先公后專原則

待數(shù)控機床出現(xiàn)電氣故障后，首先需要檢查公共模塊是否存在異常，包括機床電氣中公用的接地系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及PLC系統(tǒng)等，確認無問題后在進行專項檢查[4]。這樣可以節(jié)省更多時間，提高數(shù)控機床電氣故障診斷與處理的綜合效率。

2.2 檢修方法

2.2.1 常規(guī)檢查法

安排經(jīng)驗豐富的檢修人員負責，以實踐經(jīng)驗作為依據(jù)，通過眼、鼻、耳、手等感官進行初步判斷，然后借助于專業(yè)簡單的工具儀器進行分析和判斷故障，確定故障原因，并采取相應(yīng)的手段處理。例如通過聽、看、嗅、摸等方法來了解故障發(fā)生時伴隨著的異常噪聲、異常溫度、元器件表面異常顏色以及金屬燒結(jié)等問題，初步判斷故障原因與部位后，做更進一步的檢查確認。此種方法更加省時而且檢查效率高，但是僅適用于部分故障，對于特殊部位或者隱藏較深的故障還需要做更加專業(yè)的判斷和檢修。

2.2.2 自診斷方法

通過數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)來對發(fā)生的故障部位進行確定，并且分析判斷故障發(fā)生的原因，或者是預(yù)知系統(tǒng)劣化傾向，提前制定預(yù)防策略和解決方案，最大限度避免故障的發(fā)生，并將故障影響控制在最低。數(shù)控系統(tǒng)在啟動時，會自動對系統(tǒng)軟硬件做全面的檢測和初始化，假如在啟動過程中無法有效完成規(guī)定的診斷內(nèi)容，系統(tǒng)將會自動報警，提醒技術(shù)人員根據(jù)報警信息做更進一步的檢查判斷，及時將故障問題處理掉。

2.2.3 參數(shù)檢查恢復(fù)法

對數(shù)控機床電氣系統(tǒng)做重新冷、熱啟動，然后通過PC 卡以及RS232 通信方式來對數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)做故障排除，確定故障問題后采取措施應(yīng)對解決，確保電氣系統(tǒng)可以始終維持在可靠的運行狀態(tài)下，滿足實際生產(chǎn)需求。

3 電氣系統(tǒng)故障檢修方法

3.1 系統(tǒng)復(fù)位處理

系統(tǒng)報警后可以對硬件采取復(fù)位處理的方法，或者是直接對系統(tǒng)電源重新開關(guān)機。如果系統(tǒng)工作儲存區(qū)出現(xiàn)掉線問題，電池電壓不穩(wěn)定以及插頭松脫等，均可以采取復(fù)位處理方法。但是在拷貝系統(tǒng)數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)設(shè)備初始化后依然存在故障，就需要繼續(xù)針對硬件問題進行診斷檢修。

3.2 系統(tǒng)程序或參數(shù)調(diào)整

數(shù)控機床的運行需要有提前設(shè)定好的性能參數(shù)與生產(chǎn)程序作為支持，而系統(tǒng)參數(shù)也決定著系統(tǒng)本身的功能性。如果系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理，將會直接反映到零部件的生產(chǎn)制造中，情況嚴重的甚至?xí)斐蓹C床癱瘓。部分情況下機床維持正常運行狀態(tài)，但是用戶操作程序出現(xiàn)異常，也會產(chǎn)生電氣故障，導(dǎo)致整個機器停機。一旦遇到這種問題，就需要全面檢查系統(tǒng)各項參數(shù)，發(fā)現(xiàn)問題后對相關(guān)程序進行更正，促使系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整

對數(shù)控機床電氣系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整，其具有一定針對性，即主要以機械系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為對象，通過優(yōu)化調(diào)整確保其能夠科學(xué)匹配。該方法執(zhí)行操作難度小，對設(shè)備的需求少，一般只需要一臺可存儲數(shù)據(jù)的雙蹤示波器和一臺多條線記錄儀就可實現(xiàn)。對記錄儀顯示的各項數(shù)據(jù)曲線進行觀察分析，適當調(diào)整速度調(diào)節(jié)器的積分時間，將伺服系統(tǒng)帶來的震蕩影響控制到最小，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)束語

數(shù)控機床電氣故障種類比較多且表現(xiàn)形式與影響程度不同，但是要提高數(shù)控機床的生產(chǎn)效率，就必須要基于其電氣系統(tǒng)特點，對常見電氣故障進行可靠診斷，并采取有效手段進行檢修維護，最大限度地減少故障的發(fā)生。