由于數(shù)控機床結(jié)構(gòu)比較復雜,所以在實際的生產(chǎn)中總會出現(xiàn)這樣或那樣的故障。為了便于迅速地判別出現(xiàn)故障的部位,查找故障產(chǎn)生的原因及解決故障,筆者結(jié)合多年的數(shù)控機床維修經(jīng)驗,按故障的性質(zhì)、故障發(fā)生的部位、故障指示和故障產(chǎn)生的原因等因素把數(shù)控機床常見的故障進行了總結(jié)并分類,以期對維修人員有所幫助。
一、按發(fā)生的故障性質(zhì)分類
1 .系統(tǒng)故障
這類故障是指只要滿足一定的條件,機床或者數(shù)控系統(tǒng)就必然出現(xiàn)的故障。例如電網(wǎng)電壓過高或者過報警或者過低,系統(tǒng)就會產(chǎn)生電壓過高報警;切削量過大時,就會產(chǎn)生過載報警等。
例如一臺采用 SIEMENSS 10 系統(tǒng)的數(shù)控機床在加工過程中,系統(tǒng)有時自動斷電關(guān)機,重新啟動后,還可以正常工作。根據(jù)系統(tǒng)工作原理和故障現(xiàn)象懷疑故障是系統(tǒng)供電電壓波動造成的。測量系統(tǒng)電源模塊上的 24V 輸人電源,發(fā)現(xiàn)為 22 。 3V 左右,當機床加工時,這個電壓還向下波動,特別是切削量大時,電壓仍繼續(xù)下降,有時接近 21V ,這時系統(tǒng)會自動斷電關(guān)機。為了解決這個問題,更換容量大的 24V 電源變壓器后這個故障就徹底消除了。
系統(tǒng)故障具有不可恢復性,故障一旦發(fā)生,如不對其進行維修處理,機床不會自動恢復正常。但只要找出發(fā)生故障的根本原因,維修完成后機床可以立即恢復正常。正確的使用與精心維護是杜絕或避免這類故障發(fā)生的重要措施。
2 .隨機性故障
這類故障是指在同樣條件下,只偶爾出現(xiàn)一次或二次的故障。有時很長時間也很難再遇到一次。要想人為地再現(xiàn)同樣的故障則不容易,此類故障的發(fā)生原因較隱蔽,很難找出其規(guī)律性,故常稱之為“軟故障”。隨機性故障的原因分析與故障診斷比較困難,一般而言,故障的發(fā)生往往與部件的安裝質(zhì)量、參數(shù)的設(shè)定、元器件的品質(zhì)、軟件設(shè)計不完善、工作環(huán)境的影響等諸多因素有關(guān)。
例如一臺數(shù)控溝槽磨床,在加工過程中偶爾出現(xiàn)問題,磨溝槽的位置發(fā)生變化,造成廢品。分析這臺機床的工作原理,在磨削加工時首先測量臂向下擺動到工件的卡緊位置,然后工件開始移動,當工件的基準端面接觸到測量頭時,數(shù)控裝置記錄下此時的位置數(shù)據(jù),然后測量臂抬起,加工程序繼續(xù)運行。數(shù)控裝置根據(jù)端面的位置數(shù)據(jù),在距端面一定距離的位置磨削溝槽,所以溝槽位置不準與測量的準確與否有非常大的關(guān)系。因為不經(jīng)常發(fā)生,所以很難規(guī)察到故障現(xiàn)象。因此根據(jù)機床工作原理,對測量頭進行檢查沒有發(fā)現(xiàn)問題;對測量臂的轉(zhuǎn)動檢查時發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸有些緊,可能測量臂有時沒有精確到位,使測量產(chǎn)生誤差。將旋轉(zhuǎn)后新上重換.過更通軸拆開檢查發(fā)現(xiàn)已嚴重磨損,再也沒有發(fā)生這個故障。
隨機性故障有可恢復性,制作新備件,故障發(fā)生后,開機等措施,機床通??苫謴驼#谶\行過程中,又可能發(fā)生同樣的故障。加強數(shù)控系統(tǒng)的維護檢查,確保電氣箱的密封,可靠的安裝、連接,正確的接地和屏蔽是減少、避免此類故障發(fā)生的重要措施。
二、按故障發(fā)生的部位分類
1 主機故障
數(shù)控機床的主機通常指組成數(shù)控機床的機械、潤 滑、冷卻、排屑、液壓、氣動與防護等部分。主機常見的故障主要有:
(l) 因機械部件安裝、調(diào)試、操作使用不當?shù)仍蛞鸬臋C械傳動故障;
(2) 因?qū)к?、主軸等運動部件的干涉、摩擦過大等原因引起的故障;
(3) 因機械零件的損壞、連接不良等原因引起的故障等等。
主機故障主要表現(xiàn)為傳動噪聲大、加工精度差、運行阻力大、機械部件動作不進行、機械部件損壞等等。潤滑不良、液壓、氣動系統(tǒng)的管路堵塞和密封不良,是主機發(fā)生故障的常見原因。數(shù)控機床的定期維護、保養(yǎng),控制和根除“三漏”現(xiàn)象發(fā)生是減少主機部分故障的重要措施。
2 .電氣控制系統(tǒng)故障
從所使用的元器件類型上,習慣上電氣控制系統(tǒng)故障通常分為“弱電”和“強電”兩大類故障。數(shù)控機床的弱電部分包括 CNC 、 PLC 、 MDI / C RT 以及伺服驅(qū)動單元、輸人、輸出單元等。
“弱電”故障又有硬件故障與軟件故障之分。例如一臺數(shù)控沖床出現(xiàn)故障,屏幕沒有顯示,檢查機床控制系統(tǒng)的電源模塊的 24V 輸人電源沒有問題, NC-ON 信號也正常,但在電源模塊上沒有 5V 電壓,說明已損壞。維修后機床恢復正常。軟件故障是指在硬件正常情況下所出現(xiàn)的動作出錯、數(shù)據(jù)丟失等故障,常見的有加工程序出錯,系統(tǒng)程序和參數(shù)的改變或丟失,計算機運算出錯等。
“強電”部分是指控制系統(tǒng)中的主回路或高壓、大功率回路中的繼電器、接觸器、開關(guān)、熔斷器、電源變壓器、電動機、電磁鐵、行程開關(guān)等電氣元器件及其所組成的控制電路。這部分的故障雖然維修、診斷較為方便,但由于它處于高壓、大電流工作狀態(tài),發(fā)生故障的幾率要高于“弱電”部分。
三、按發(fā)生故障后有無報替顯示分類
按故障發(fā)生后有無報警顯示,可分為有報警顯示故障和無報警顯示兩類。
1 .有報警顯示故障
這類故障又可分為硬件報警顯示和軟件報警顯示兩種。
(l) 硬件報警顯示的故障。硬件報警顯示通常是指各單元裝置上的指示燈的報警指示。在數(shù)控系統(tǒng)中有許多用以指示故障部位的指示燈,如控制系統(tǒng)操作面板、 CPU 主板、伺服控制單元等部位,一旦數(shù)控系統(tǒng)的這些指示燈指示故障狀態(tài)后,根據(jù)相應(yīng)部位上的指示燈的報警含義,均可以大致判斷故障發(fā)生的部位和性質(zhì),這無疑會給故障分析與診斷帶來極大好處。因此維修人員在日常維護和故障維修時應(yīng)注意檢查這些指示燈的狀態(tài)是否正常。
( 2) 軟件報警顯示的故障。軟件報警顯示通常是指數(shù)控系統(tǒng)顯示器上顯示出的報警號和報警信息。由于數(shù)控系統(tǒng)具有自診斷功能,一旦檢查出故障,即按故障的級別進行處理,同時在顯示器上顯示報警號和報警信息。軟件報警又可分為 NC 報警和 PLC 報警,前者為數(shù)控部分的故障報警,可通過報警號,在《 數(shù)控系統(tǒng)維修手冊》上找到這個報警的原因與怎樣處理方面的內(nèi)容,從而確定可能產(chǎn)生故障的原因;后者的 PLC 報警的報警信息來自機床制造廠家編制的報警文本,大多屬于機床側(cè)的故障報警,遇到這類故障,可根據(jù)報警信息,或者 PLC 用戶程序確診故障。
2 .無報警顯示的故障
這類故障發(fā)生時沒有任何硬件及軟件報警顯示,因此分析診斷起來比較困難。遇到這類問題,通常要具體問題具體分析。要根據(jù)故障現(xiàn)象、機床工作原理、數(shù)控系統(tǒng)工作原理、 PLC 梯形圖以及維修經(jīng)驗來分析診斷故障。
例如一臺數(shù)控淬火機床經(jīng)常自動斷電關(guān)機,停一會再開還可以工作。分析機床的工作原理,產(chǎn)生這個故障的原因一般都是系統(tǒng)保護功能起作用。首先檢查系統(tǒng)的供電電壓為 24V ,沒有間題;在檢查系統(tǒng)的冷卻裝置時,發(fā)現(xiàn)冷卻風扇過濾網(wǎng)堵塞,出故障時恰好是夏季,系統(tǒng)因為溫度過高而自動停機,更換過濾網(wǎng),機床恢復正常使用。
又如一臺采用 SIEMENS810 系統(tǒng)的數(shù)控溝槽磨床,在自動磨削完工件、修整砂輪時,帶動砂輪的 Z 軸向上運動,停下后砂輪修整器并沒有修整砂輪,而是停止了自動循環(huán),擔屏幕上沒有報警指示。根據(jù)機床的工作原理,在修整砂輪時,應(yīng)該噴射冷卻液,但多次觀察發(fā)生故障的過程,卻發(fā)現(xiàn)沒有切削液噴射。在出現(xiàn)故障時利用數(shù)控系統(tǒng)的 PLC 狀態(tài)顯示功能,觀察控制切削液噴射電磁閥的輸出 Q4.5 ,其狀態(tài)為“ 1“ ,沒有問題,根據(jù)電氣原理圖它是通過直流繼電器 K45 來控制電磁閥的,檢查直流繼電器 K45 也沒有問題,接著檢查電磁閥,發(fā)現(xiàn)電磁閥的線圈上有電壓,說明問題是出在電磁閥上,更換電磁閥,機床故障消除。
四、按故障產(chǎn)生的原因分類
1 .數(shù)控機床自身故障
這類故障的發(fā)生是由于數(shù)控機床自身的原因所引起的,與外部使用環(huán)境條件無關(guān),數(shù)控機床所發(fā)生的極大多數(shù)故障均屬此類故障。
2 .數(shù)控機床外部故障
這類故障是由于外部原因所造成的。供電電壓過低、過高,波動過大;電源相序不正確或三相輸人電壓的不平衡;環(huán)境溫度過高;有害氣體、潮氣、粉塵侵人;外來振動和干擾等都是引起故障的原因。此外,人為因素如操作不當也是造成的外部故障原因之一。
五、按故障發(fā)生的破壞程度分類
1 .破壞性故障
這類故障出現(xiàn)會對操作者或設(shè)備造成傷害或損害,如超程運行、飛車、部件碰撞等。例如,一臺數(shù)控車床在正常加工的情況下,刀具撞到工件,造成重大的損失,經(jīng)過仔細的分析,發(fā)現(xiàn)是返回參考點錯誤,行程開關(guān)(擋塊)位置與電子柵格位置重合,造成 Z 方向進給多出一個電子柵格,從而造成刀具與工件相撞的破壞性故障。移動行程開關(guān)位置,使問題得到圓滿解決。
2 .非破壞性故障
數(shù)控機床的絕大多數(shù)故障屬于這類故障,出現(xiàn)故障時對機床和操作人不會造成任何傷害,所以診斷這類故障時,可以再現(xiàn)故障,并可以仔細觀察故障現(xiàn)象,通過故障現(xiàn)象對故障進行分析和診斷。
除上述常見故障分類方法外,還有其他多種不同的分類方法。如:按故障發(fā)生與需要維修的具體功能部位,可分為數(shù)控裝置故障,進給伺服系統(tǒng)故障,主軸驅(qū)動系統(tǒng)故障,自動換刀系統(tǒng)故障等。維修人員掌握故障的種類及產(chǎn)生故障的可能原因?qū)τ诳焖倬S修機床恢復生產(chǎn)是十分必要的。
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