數控機床的軟硬件故障特征與維修合理性分析

朱顯明

(黑龍江農業經濟職業學院，黑龍江 牡丹江 157041)

0 引言

隨著機械行業的快速發展，機械產品的零件逐漸向著復雜化與精細化進步，這對于機械加工的能力提出了更高的要求。近年來，我國的機械行業不僅基本上實現了數字化加工，而且很多的數控機床向著更加先進和智能化方向發展，數控機床科學地將機械、電氣、液壓、氣動等技術進行整合，并結合傳統的機床制造技術經驗，在技術不斷優化的過程中形成了現階段高度自動化的數控機床加工技術。數控機床的技術和適用范圍根據工業生產過程的實際需求不斷改進，不僅提升了機械加工過程的生產效率，還在用人成本、加工質量和經濟效益方面具有顯著的優勢。與此同時，數控機床具有工藝復雜、多學科融合、專業性較強的特點，在長期工作過程中也會有一定的概率出現故障，對于數控機床的合理維修是保證機床良好加工品質的前提，對于機械加工工作的順利開展具有重要意義。

1 數控機床技術現狀與可靠性分析

數控機床的特點是利用計算機程序控制機床執行相應的加工任務，能夠較好地完成批量零件、復雜零件、微小零件、精密零件的加工任務，具有柔性化和高效率的特征。近年來我國的數控行業發展迅速，北一機床、重慶機床、沈陽機床、濟南機床等眾多企業在數控機床的研究和制造領域取得了矚目的成績，盡管目前來看，我國的數控機床尖端技術與國際上相比仍存在較大差距，但發展速度很快，所能完成的復雜加工任務正逐漸增多，且數控技術逐漸突破傳統制約向著微量加工、增材加工方向延伸。

先進的數控機床與傳統的機械制造設備相比已經具有了顯著的優勢，數控加工的邏輯性更加清晰，程序錄入更加簡單，先進的機床能夠實現多坐標的聯動加工，從而實現復雜零件的快速加工任務。利用計算機進行輔助程序設計，能夠使機械圖紙、三維圖快捷轉換成為可供加工使用的數控程序。總體來看，現代化的數控機床相對于傳統機床來說作業可靠性明顯提高，一方面是機床本身的質量得到了明顯的提高，在機械結構、加工制造精度、裝配工藝等方面提升明顯；另一方面故障檢測技術的應用能夠利用各個部位的傳感器實時監測機床的工作狀態，并對可能存在的故障問題做出警報。盡管數控機床的可靠性得到了提升，但在使用過程中受到程序合理性、生產環境、電磁干擾、人工干預等影響，仍不可避免地存在故障率，需要在使用過程中加強對故障問題的處置能力。

2 數控機床的軟硬件故障特征

數控機床的故障特征主要包括軟件故障和硬件故障兩方面內容，常見的故障表現包括以下內容。

2.1 硬件系統常見故障特征

2.1.1 自動換刀裝置功能失效

表現為第一工序加工完成后，數控機床不進行自動換刀，或換刀過程失敗造成程序的終止而發出警報，自動換刀功能的失效會嚴重影響數控機床的加工效率。通常來說自動換刀功能失效主要是由于換刀機構調整不當導致的，因此當換刀機構失效時，應以調整刀套上的螺釘、壓緊彈簧、頂緊卡緊銷等緊固裝置的狀態避免刀具的裝入與拆卸過程異常。若換刀機械手工作位置不正確，應重點對主軸箱進行調整，并重新設定換刀點。

2.1.2 傳動鏈功能失效

在數控機床長期工作過程中，傳動鏈長期工作易出現松弛、精度下降等問題，導致數控機床的工作質量降低，甚至影響生產的進程。對于傳動鏈功能失效，應對失效的原因進行排查，首先檢查傳動鏈的工作狀態，查看是否存在傳動鏈被拉長、剛度下降等問題，并通過調整傳動鏈的預緊力，更換新的預緊裝置來提高傳動鏈的工作性能。尤其對于先進的多軸機床而言，更應該在對傳動鏈故障調整時確保調整精度，妥善消除傳動間隙和卡滯等問題，有效提高機床傳動質量。

2.1.3 伺服進給系統故障

伺服進給系統是數控機床加工功能實施的重要裝置，對于數控機床工作的穩定性影響很大，伺服進給系統包括了伺服電機、傳動結構、控制系統等裝置，而這些部位也是機械故障頻發的部位。當伺服進給系統出現故障，可利用數控機床配套的PLC檢測程序進行故障檢查，并根據可能的故障問題對電機、檢測開關、編碼器、接線及其他電器元件進行電壓、電流等檢測，以確定故障原因，并對損壞的元件進行更換。

2.1.4 液壓系統故障

液壓系統多作為數控加工過程中的動力輔助裝置，當液壓系統出現故障常表現為助力裝置工作能力下降。液壓系統性能下降的原因是多方面的，在排查時應采用由外及內的順序進行，先排除液壓系統外滲漏等故障，再針對液壓泵、分配器等進行檢查，并及時更換受損的零件。

2.2 軟件系統故障特征

由于現代化的數控機床主要采用CNC控制模式，即通過微處理器控制機床，并根據程序化的軟件來實施相關的功能，機床的軟件系統對于保證加工過程的合理執行意義重大。數控機床的軟件系統故障主要表現在以下幾個方面，一是輸入指令功能異常，即常規的鍵盤輸入、磁盤輸入、通信輸入等方式中的一種或幾種功能失效，導致執行程序輸入受阻；二是信息處理過程異常，就是計算機對于錄入程序的編譯和識別過程出錯，導致數據處理后待加工零件的輪廓信息、加工速度、輔助信息等存在較大偏差，導致零件加工時的起點、刀具運行路線、換刀等過程與正常狀態不符，造成零件加工質量的不合格；三是執行程序輸出過程存在異常，導致加工信息傳達到驅動伺服系統的過程存在故障，機床未按預期執行動作。

對于軟件系統的故障問題，主要通過兩種方式進行調整，一是利用系統的程序自動修復功能，通過系統復位或初始化的方法使系統程序恢復正常狀態；二是針對故障問題的特征，重新設置程序參數，或對參數進行校對和重新調整，對可能存在故障問題的位置進行調整，使機床功能恢復正常。

3 數控機床故障修復的合理性分析

數控機床的故障維修過程有多種方式，例如經驗分析、故障碼分析、儀器檢測、綜合檢測等。對于數控機床的故障問題，要采用合理的方式進行維修，才能既保證維修質量又節省維修成本。總體來講為保證數控機床維修的合理性，要注意以下幾方面問題，一是根據故障問題的表征合理選擇維修方式，對于簡單的表面故障則不必采用儀器設備進行檢測確定，而對于復雜的機械結構或系統問題，不能單純采用簡單的判斷就加以處理，對于故障問題的判斷與檢測要做到科學合理；二是對于機械零件的損壞故障，要先針對故障產生的原因進行分析，然后判斷故障零件的合理處置方式，對于可以修復的零件，在修復成本相對合理的條件下，則應選擇修復，而對于難以修復或修復成本過高的零件，則應選擇優質零件進行更換；三是數控機床故障的維修過程要遵循規范操作程序，并由專業的維修人員完成，確保維修過程零件拆裝的合理性，避免零件拆裝過程中造成新的損傷或結構不合理問題；四是軟件系統故障應由專業的軟件維護人員執行，不專業的軟件調整可能造成更嚴重的故障問題。

4 結語

從數控機床的使用過程來看，合理的維修工作對于提高機床的工作效率具有重要的作用，同時在日常使用中還要按照機床的相關要求維護保養和故障預防，并在故障產生的時候及時進行處理，避免小問題擴大化，造成更嚴重的故障，要通過做好事故預防和合理維修的雙重工作，以保證數控機床的長久穩定運行。