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数控设备是当代高新技术集机、电、光、气一体化的结晶,价格昂贵,一般都是企业的关键设备。这些关键设备一旦出现问题,其影响和损失往往很大,甚至导致整个生产瘫痪。要使关键设备保持连续稳定的生产能力,数控设备故障的诊断与维修人才也就成为发挥数控设备作用的关键因素之一。因此,在数控设备的使用和维修实践中,要善于总结维修经验,掌握数控设备常见故障的诊断与排除方法。

一、常见故障的诊断分析与排除方法

数控设备的故障尽管繁多,但按发生的部位,基本上可分为:(1)机械部分;(2)机床本体上的电气部分及强电控制部分;(3)数控部分;(4)伺服驱动系统;(5)液压系统;(6)气压系统。

当故障发生后,不要急于动手处理,先向操作人员询问故障发生的全过程,注意故障发生时处于何种工作状态,如进行何种操作,执行何种指令,故障发生后有无报警提示。

诊断和分析故障原因时应先查外部后查内部;先机械后电气;先简单后复杂。

1、机械故障的诊断与排除

数控设备机械故障常用的诊断方法有:采用听、摸、视、闻法;温度测量法;振动监视法;噪声监测法。

机械方面的故障大部分是润滑不良、螺丝松动、精度下降或是违反操作规程引起。

各主动轴的故障。如主轴与电机传动皮带、同步带、传动链是否松动或失效,检查紧固螺丝是否松动,皮带、同步带或传动链是否需要调整或更换,轴承、润滑情况是否良好等。

进给系统机构的故障。如滚珠丝杠副有噪声,可能是伺服电机与丝杠联轴器松动,丝杠支承轴承的压盖压合情况不好;滚珠丝杠运动不灵活,主要原因是丝杠与导轨不平行,丝杠润滑不良,滚珠丝杠副滚珠有损坏,轴向预加载荷太大,丝杠弯曲变形,或螺母轴线与导轨不平行;滚珠丝杠副润滑状况不良,检查各滚珠丝杠副润滑情况,取下罩套,涂上润滑脂。调整滚珠丝杠螺母副消除间隙,提高进给精度。

刀具、模具库的故障。如刀、模具库不能转动或转动不到位,刀、模具套不能夹紧刀、模具,刀、模具套上下不到位,刀、模具刃口钝等,经过清洗、刃磨调整一般可恢复正常。

导轨、滑块的故障,如数控剪床、数控折弯机工作过程中的抖动,有可能是滑块间隙过大或润滑不良的原因。

2、机床电气部分及强电控制部分的故障诊断与排除

这部分的故障可利用机床自诊断功能来诊断,根据报警内容,查阅 PLC 梯形图或检查 I0 接口信号状态,并根据机床维修说明书,结合个人维修经验来排除故障。这部分故障所占的比例较大,原因也较多。出现故障后,首先应检查电气连接、按钮、行程开关、接近开关、中间接电器、断路器、热保护接电器、电磁阀等方面的原因,确认无误后仍不能排除故障,再做深入的检查,以免作无用功或扩大故障范围。

3、数控系统、伺服驱动系统故障的诊断与排除

现代的数控系统大多数都具备完善的自诊断功能和设置众多的硬件报警装置,大大提高了数控系统的可维修性。当数控系统一旦发生软件或硬件故障,借助系统的自诊断功能,故障以报警的方式显示在 CRT 上或点亮面板上报警指示灯,根据这些报警信息,结合数控设备维修资料,往往可以快速、准确地查明原因和确定故障部位。值得注意的是,数控系统故障多数是由软件错误、操作不当、供电电池电压不足或干扰信号等引发的,因此,在系统出现故障后,应优先检查软件,可避免因拆卸机床而引发许多麻烦。

对于程序运行或数据处理中发生中断而引起的故障、驱动器发生过压或过流引起的故障,可采取硬件复位或关设备电源开关、再重新开机的方法。但关机之前要做好报警信息的纪录,以便于排除故障。

对于软件丢失或参数改变造成运行异常、程序中断的停机故障,可采取对数据、程序进行修改或清除后重新输入的方法来恢复系统的正常工作。

对于硬件故障,根据 CRT 上的报警内容或 NC 主板及电源单元、伺服驱动单元等部件上均有发光二极管或多段数码管,通过指示灯的亮与灭、数码管的显示状态来确定故障所在位置及其类型,查阅有关维修资料指示来排除故障。在排除故障过程中,检测各点所需电压是否正常,注意检查硬件之间的连接电缆和各种接插件是否牢固完好,往往通过看、闻、摸等来发现故障的异常现象,如电路板上的一些功率管、电容、中间接电器等元器件烧坏发黑或变形的迹象可容易发现故障的部位;有些电路板上的故障不容易发现,没有检测仪器很难判断其好坏,如有备件可通过置换法确定好坏,自己无条件维修的可寄往专业维修点进行维修。也可通过 PLC 程序定位机床与 CNC 系统接口故障,根据梯形图对机床控制电器进行分  析,在 CRT 上直观地看出 CNC 系统 IO 的状态。通过 PLC 程序的逻辑分析,方便地检查出存在问题部位。

无报警或无法报警的故障处理:当系统的 PLC 无法运行,系统已停机或系统没有报警但工作不正常时,需要根据故障发生前后的系统状态信息,运用已掌握的理论基础,进行分析,做出正确的判断。

4、液压系统故障的诊断与排除

据统计,液压系统的故障有 80 是由于液压油污染引起的,油液污染会加速液压元件的磨损,因此,保持油液清洁,是确保液压系统正常工作的重要措施。

常见故障有液压油泄漏、油温过高、噪声过大、振动或压力不足等。要控制泄漏,首先要选用加工精度高的液压元件,提高元件的装配质量以及管道系统的安装质量,注意密封件的安装、使用与定期更换。油温过高一般都是油冷却系统的散热器污染严重造成失效,或是滤芯堵塞,要定期用压缩空气清理冷却器和更换滤芯;噪声过大、振动或压力不足常见的故障有滤芯堵塞、泵轴与电机联轴器不同心、压力阀失灵、溢流阀失灵等,特别注意的是安装电磁换向阀时,固定螺丝不能拧得过紧,否则阀芯换向不灵敏。

5、气压系统故障的诊断与排除

气源一般通过过滤、调压、润滑三个装置完成后,将干净且带有油雾的压缩空气供给机床使用。气压系统故障大多数是由于压缩空气含水过多或是缺油引起各换向阀、气缸密封件干磨损坏,操作者应每天检查压缩空气的压力是否正常。过滤器需要手动排水的要注意及时排水,或加装自动排水装置。经常检查润滑器内的润滑油是否用完并检查流量是否适当,及时添加规定品牌的润滑油。

二、数控设备故障排除的思路

1、保持现场,询问操作者故障发生的经过

操作者一旦发现故障,立即停止操作并保持操作现场的故障状态,不允许强行关掉电源,以免使数控系统在没有关闭的情况下关机引起数据的丢失,这样不利于迅速精确分析故障原因。维修人员一般不要急于动手,要仔细询问故障发生时机床处在什么工作状态、故障指示情况、故障产生的背景,是否误操作,故障的频繁程度等。作为操作者一定准确、完整提供机床信息。

2、机床外观及电源检查

主要观察设备有无异常情况。如机械卡住、电机烧坏、保险熔断等。检查 ACDC 电源是否正常,电控柜内各元器件外观、连接状态是否正常,尽可能地缩小故障范围。

3、分析原因,确定故障部位

根据故障信息,认真分析原因,以确定故障部位是机械、电气、液压还是气动故障。

4、故障诊断

作为数控设备维修人员,应掌握一些常用的故障诊断方法,如:直观法、系统自诊断法、参数检查法、功能测试法、部件交换法、测量比较法、原理分析法等等。这些检查方法各有特点,维修人员可以根据不同的故障现象,加以灵活应用,以便对故障进行综合分析,逐步缩小故障范围,排除故障。

三、结语

在数控设备的安装、调试、维修过程中,积极记录有关的各种参数,记录液压、气动的状态,把每次发生的故障,如何排除的过程记录下来。要经常与经验丰富熟练的操作者交流,对于迅速排除故障十分有利。在维修中,还要向经验丰富的老维修人员或厂家专业维修人员学习,来提高自己的知识和水平。

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