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數(shù)控機床維修與排故技術
閱讀：2512 發(fā)布時間：2015-2-2
1.常見電氣故障分類
數(shù)控機床的電氣故障可按故障的性質(zhì)、表象、原因或后果等分類。
(1)以故障發(fā)生的部位，分為硬件故障和軟件故障。硬件故障是指電子、電器件、印制電路板、電線電纜、接插件等的不正常狀態(tài)甚至損壞，這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟件故障一般是指plc邏輯控制程序中產(chǎn)生的故障，需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)甚至修改plc程序方可排除的故障。零件加工程序故障也屬于軟件故障。zui嚴重的軟件故障則是數(shù)控系統(tǒng)軟件的缺損甚至丟失，這就只有與生產(chǎn)廠商或其服務機構解決了。
(2)以故障出現(xiàn)時有無指示，分為有診斷指示故障和無診斷指示故障。當今的數(shù)控系統(tǒng)都設計有的自診斷程序，時實監(jiān)控整個系統(tǒng)的軟、硬件性能，一旦發(fā)現(xiàn)故障則會立即報警或者還有簡要文字說明在屏幕上顯示出來，結合系統(tǒng)配備的診斷手冊不僅可以找到故障發(fā)生的原因、部位，而且還有排除的方法提示。機床制造者也會針對具體機床設計有相關的故障指示及診斷說明書。上述這兩部分有診斷指示的故障加上各電氣裝置上的各類指示燈使得絕大多數(shù)電氣故障的排除較為容易。無診斷指示的故障一部分是上述兩種診斷程序的不完整性所致(如開關不閉合、接插松動等)。這類故障則要依靠對產(chǎn)生故障前的工作過程和故障現(xiàn)象及后果，并依靠維修人員對機床的熟悉程度和技術水平加以分析、排除。
(3)以故障出現(xiàn)時有無破壞性，分為破壞性故障和非破壞性故障。對于破壞性故障，損壞工件甚至機床的故障，維修時不允許重演，這時只能根據(jù)產(chǎn)生故障時的現(xiàn)象進行相應的檢查、分析來排除之，技術難度較高且有一定風險。如果可能會損壞工件，則可卸下工件，試著重現(xiàn)故障過程，但應十分小心。
(4)以故障出現(xiàn)的或然性，分為系統(tǒng)性故障和隨機性故障。系統(tǒng)性故障是指只要滿足一定的條件則一定會產(chǎn)生的確定的故障；而隨機性故障是指在相同的條件下偶爾發(fā)生的故障，這類故障的分析較為困難，通常多與機床機械結構的局部松動錯位、部分電氣工件特性漂移或可靠性降低、電氣裝置內(nèi)部溫度過高有關。此類故障的分析需經(jīng)反復試驗、綜合判斷才可能排除。
(5)以機床的運動品質(zhì)特性來衡量，則是機床運動特性下降的故障。在這種情況下，機床雖能正常運轉(zhuǎn)卻加工不出合格的工件。例如機床定位精度超差、反向死區(qū)過大、坐標運行不平穩(wěn)等。這類故障必須使用檢測儀器確診產(chǎn)生誤差的機、電環(huán)節(jié)，然后通過對機械傳動系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的*化調(diào)整來排除。
此處故障的分類是為了便于故障的分析排除，而一種故障的產(chǎn)生往往是多種類型的混合，這就要求維修人員具體分析，參照上述分類采取相應的分析、排除法。
2.故障的調(diào)查與分析
這是排故的*階段，是非常關鍵的階段，主要應作好下列工作：
①詢問調(diào)查在接到機床現(xiàn)場出現(xiàn)故障要求排除的信息時，首先應要求操作者盡量保持現(xiàn)場故障狀態(tài)，不做任何處理，這樣有利于迅速地分析故障原因。同時仔細詢問故障指示情況、故障表象及故障產(chǎn)生的背景情況，依此做出初步判斷，以便確定現(xiàn)場排故所應攜帶的工具、儀表、圖紙資料、備件等，減少往返時間。
?、诂F(xiàn)場檢查到達現(xiàn)場后，首先要驗證操作者提供的各種情況的準確性、完整性，從而核實初步判斷的準確度。由于操作者的水平，對故障狀況描述不清甚至*不準確的情況不乏其例，因此到現(xiàn)場后仍然不要急于動手處理，重新仔細調(diào)查各種情況，以免破壞了現(xiàn)場，使排故增加難度。
?、酃收戏治龈鶕?jù)已知的故障狀況按上節(jié)所述故障分類辦法分析故障類型，從而確定排故原則。由于大多數(shù)故障是有指示的，所以一般情況下，對照機床配套的數(shù)控系統(tǒng)診斷手冊和使用說明書，可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。
?、艽_定原因?qū)Χ喾N可能的原因進行排查從中找出本次故障的真正原因，這時對維修人員是一種對該機床熟悉程度、知識水平、實踐經(jīng)驗和分析判斷能力的綜合考驗。
?、菖殴蕼蕚溆械墓收系呐懦椒赡芎芎唵危行┕收蟿t往往較復雜，需要做一系列的準備工作，例如工具儀表的準備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購甚至排故計劃步驟的制定等等。
數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障的調(diào)查、分析與診斷的過程也就是故障的排除過程，一旦查明了原因，故障也就幾乎等于排除了。因此故障分析診斷的方法也就變得十分重要了。下面把電氣故障的常用診斷方法綜列于下。
(1)直觀檢查法這是故障分析之初*的方法，就是利用感官的檢查。
?、僭儐栂蚬收犀F(xiàn)場人員仔細詢問故障產(chǎn)生的過程、故障表象及故障后果，并且在整個分析判斷過程中可能要多次詢問。
?、谀恳暱傮w查看機床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(例如各坐標軸位置、主軸狀態(tài)、刀庫、機械手位置等)，各電控裝置(如數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置、潤滑裝置等)有無報警指示，局部查看有無保險燒煅，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等。
③觸摸在整機斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、各功率及信號導線(如伺服與電機接觸器接線)的聯(lián)接狀況等來發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障的原因。
?、芡娺@是指為了檢查有無冒煙、打火、有無異常聲音、氣味以及觸摸有無過熱電動機和元件存在而通電，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電分析。
(2)儀器檢查法使用常規(guī)電工儀表，對各組交、直流電源電壓，對相關直流及脈沖信號等進行測量，從中找尋可能的故障。例如用萬用表檢查各電源情況，及對某些電路板上設置的相關信號狀態(tài)測量點的測量，用示波器觀察相關的脈動信號的幅值、相位甚至有無，用plc編程器查找plc程序中的故障部位及原因等。
(3)信號與報警指示分析法
?、儆布缶甘具@是指包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)在內(nèi)的各電子、電器裝置上的各種狀態(tài)和故障指示燈，結合指示燈狀態(tài)和相應的功能說明便可獲知指示內(nèi)容及故障原因與排除方法。
?、谲浖缶甘救缜八龅南到y(tǒng)軟件、plc程序與加工程序中的故障通常都設有報警顯示，依據(jù)顯示的報警號對照相應的診斷說明手冊便可獲知可能的故障原因及故障排除方法。
(4)接口狀態(tài)檢查法現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)多將plc集成于其中，而cnc與plc之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號錯誤或丟失相關的，這些接口信號有的可以在相應的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示，有的可以通過簡單操作在crt屏幕上顯示，而所有的接口信號都可以用plc編程器調(diào)出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機床的接口信號，又要熟悉plc編程器的應用。
(5)參數(shù)調(diào)整法數(shù)控系統(tǒng)、plc及伺服驅(qū)動系統(tǒng)都設置許多可修改的參數(shù)以適應不同機床、不同工作狀態(tài)的要求。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機床相匹配，而且更是使機床各項功能達到*化所必需的。因此，任何參數(shù)的變化(尤其是模擬量參數(shù))甚至丟失都是不允許的；而隨機床的長期運行所引起的機械或電氣性能的變化會打破zui初的匹配狀態(tài)和*化狀態(tài)。此類故障多指故障分類一節(jié)中后一類故障，需要重新調(diào)整相關的一個或多個參數(shù)方可排除。這種方法對維修人員的要求是很高的，不僅要對具體系統(tǒng)主要參數(shù)十分了解，既知曉其地址熟悉其作用，而且要有較豐富的電氣調(diào)試經(jīng)驗。
(6)備件置換法當故障分析結果集中于某一印制電路板上時，由于電路集成度的不斷擴大而要把故障落實于其上某一區(qū)域乃至某一元件是十分困難的，為了縮短停機時間，在有相同備件的條件下可以先將備件換上，然后再去檢查修復故障板。備件板的更換要注意以下問題。
?、俑鼡Q任何備件都必須在斷電情況下進行。
?、谠S多印制電路板上都有一些開關或短路棒的設定以匹配實際需要，因此在更換備件板上一定要記錄下原有的開關位置和設定狀態(tài)，并將新板作好同樣的設定，否則會產(chǎn)生報警而不能工作。
?、勰承┯≈齐娐钒宓母鼡Q還需在更換后進行某些特定操作以完成其中軟件與參數(shù)的建立。這一點需要仔細閱讀相應電路板的使用說明。
?、苡行┯≈齐娐钒迨遣荒茌p易拔出的，例如含有工作存儲器的板，或者備用電池板，它會丟失有用的參數(shù)或者程序。必須更換時也必須遵照有關說明操作。
鑒于以上條件，在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細閱讀相關資料，弄懂要求和操作步驟之后再動手，以免造成更大的故障。
(7)交叉換位法當發(fā)現(xiàn)故障板或者不能確定是否故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個板互換檢查，例如兩個坐標的指令板或伺服板的交換從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應特別注意，不僅硬件接線的正確交換，還要將一系列相應的參數(shù)交換，否則不僅達不到目的，反而會產(chǎn)生新的故障造成思維的混亂，一定要事先考慮周全，設計好軟、硬件交換方案，準確無誤再行交換檢查。
(8)特殊處理法當今的數(shù)控系統(tǒng)已進入pc基、開放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來越豐富，有系統(tǒng)軟件、機床制造者軟件、甚至還有使用者自己的軟件，由于軟件邏輯的設計中不可避免的一些問題，會使得有些故障狀態(tài)無從分析，例如死機現(xiàn)象。對于這種故障現(xiàn)象則可以采取特殊手段來處理，比如整機斷電，稍作停頓后再開機，有時則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長期實踐中摸索其規(guī)律或者其他有效的方法。
數(shù)控機床的電氣故障可按故障的性質(zhì)、表象、原因或后果等分類。
(1)以故障發(fā)生的部位，分為硬件故障和軟件故障。硬件故障是指電子、電器件、印制電路板、電線電纜、接插件等的不正常狀態(tài)甚至損壞，這是需要修理甚至更換才可排除的故障。而軟件故障一般是指plc邏輯控制程序中產(chǎn)生的故障，需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)甚至修改plc程序方可排除的故障。零件加工程序故障也屬于軟件故障。zui嚴重的軟件故障則是數(shù)控系統(tǒng)軟件的缺損甚至丟失，這就只有與生產(chǎn)廠商或其服務機構解決了。
(2)以故障出現(xiàn)時有無指示，分為有診斷指示故障和無診斷指示故障。當今的數(shù)控系統(tǒng)都設計有的自診斷程序，時實監(jiān)控整個系統(tǒng)的軟、硬件性能，一旦發(fā)現(xiàn)故障則會立即報警或者還有簡要文字說明在屏幕上顯示出來，結合系統(tǒng)配備的診斷手冊不僅可以找到故障發(fā)生的原因、部位，而且還有排除的方法提示。機床制造者也會針對具體機床設計有相關的故障指示及診斷說明書。上述這兩部分有診斷指示的故障加上各電氣裝置上的各類指示燈使得絕大多數(shù)電氣故障的排除較為容易。無診斷指示的故障一部分是上述兩種診斷程序的不完整性所致(如開關不閉合、接插松動等)。這類故障則要依靠對產(chǎn)生故障前的工作過程和故障現(xiàn)象及后果，并依靠維修人員對機床的熟悉程度和技術水平加以分析、排除。
(3)以故障出現(xiàn)時有無破壞性，分為破壞性故障和非破壞性故障。對于破壞性故障，損壞工件甚至機床的故障，維修時不允許重演，這時只能根據(jù)產(chǎn)生故障時的現(xiàn)象進行相應的檢查、分析來排除之，技術難度較高且有一定風險。如果可能會損壞工件，則可卸下工件，試著重現(xiàn)故障過程，但應十分小心。
(4)以故障出現(xiàn)的或然性，分為系統(tǒng)性故障和隨機性故障。系統(tǒng)性故障是指只要滿足一定的條件則一定會產(chǎn)生的確定的故障；而隨機性故障是指在相同的條件下偶爾發(fā)生的故障，這類故障的分析較為困難，通常多與機床機械結構的局部松動錯位、部分電氣工件特性漂移或可靠性降低、電氣裝置內(nèi)部溫度過高有關。此類故障的分析需經(jīng)反復試驗、綜合判斷才可能排除。
(5)以機床的運動品質(zhì)特性來衡量，則是機床運動特性下降的故障。在這種情況下，機床雖能正常運轉(zhuǎn)卻加工不出合格的工件。例如機床定位精度超差、反向死區(qū)過大、坐標運行不平穩(wěn)等。這類故障必須使用檢測儀器確診產(chǎn)生誤差的機、電環(huán)節(jié)，然后通過對機械傳動系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的*化調(diào)整來排除。
此處故障的分類是為了便于故障的分析排除，而一種故障的產(chǎn)生往往是多種類型的混合，這就要求維修人員具體分析，參照上述分類采取相應的分析、排除法。
2.故障的調(diào)查與分析
這是排故的*階段，是非常關鍵的階段，主要應作好下列工作：
①詢問調(diào)查在接到機床現(xiàn)場出現(xiàn)故障要求排除的信息時，首先應要求操作者盡量保持現(xiàn)場故障狀態(tài)，不做任何處理，這樣有利于迅速地分析故障原因。同時仔細詢問故障指示情況、故障表象及故障產(chǎn)生的背景情況，依此做出初步判斷，以便確定現(xiàn)場排故所應攜帶的工具、儀表、圖紙資料、備件等，減少往返時間。
?、诂F(xiàn)場檢查到達現(xiàn)場后，首先要驗證操作者提供的各種情況的準確性、完整性，從而核實初步判斷的準確度。由于操作者的水平，對故障狀況描述不清甚至*不準確的情況不乏其例，因此到現(xiàn)場后仍然不要急于動手處理，重新仔細調(diào)查各種情況，以免破壞了現(xiàn)場，使排故增加難度。
?、酃收戏治龈鶕?jù)已知的故障狀況按上節(jié)所述故障分類辦法分析故障類型，從而確定排故原則。由于大多數(shù)故障是有指示的，所以一般情況下，對照機床配套的數(shù)控系統(tǒng)診斷手冊和使用說明書，可以列出產(chǎn)生該故障的多種可能的原因。
?、艽_定原因?qū)Χ喾N可能的原因進行排查從中找出本次故障的真正原因，這時對維修人員是一種對該機床熟悉程度、知識水平、實踐經(jīng)驗和分析判斷能力的綜合考驗。
?、菖殴蕼蕚溆械墓收系呐懦椒赡芎芎唵危行┕收蟿t往往較復雜，需要做一系列的準備工作，例如工具儀表的準備、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采購甚至排故計劃步驟的制定等等。
數(shù)控機床電氣系統(tǒng)故障的調(diào)查、分析與診斷的過程也就是故障的排除過程，一旦查明了原因，故障也就幾乎等于排除了。因此故障分析診斷的方法也就變得十分重要了。下面把電氣故障的常用診斷方法綜列于下。
(1)直觀檢查法這是故障分析之初*的方法，就是利用感官的檢查。
?、僭儐栂蚬收犀F(xiàn)場人員仔細詢問故障產(chǎn)生的過程、故障表象及故障后果，并且在整個分析判斷過程中可能要多次詢問。
?、谀恳暱傮w查看機床各部分工作狀態(tài)是否處于正常狀態(tài)(例如各坐標軸位置、主軸狀態(tài)、刀庫、機械手位置等)，各電控裝置(如數(shù)控系統(tǒng)、溫控裝置、潤滑裝置等)有無報警指示，局部查看有無保險燒煅，元器件燒焦、開裂、電線電纜脫落，各操作元件位置正確與否等等。
③觸摸在整機斷電條件下可以通過觸摸各主要電路板的安裝狀況、各插頭座的插接狀況、各功率及信號導線(如伺服與電機接觸器接線)的聯(lián)接狀況等來發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障的原因。
?、芡娺@是指為了檢查有無冒煙、打火、有無異常聲音、氣味以及觸摸有無過熱電動機和元件存在而通電，一旦發(fā)現(xiàn)立即斷電分析。
(2)儀器檢查法使用常規(guī)電工儀表，對各組交、直流電源電壓，對相關直流及脈沖信號等進行測量，從中找尋可能的故障。例如用萬用表檢查各電源情況，及對某些電路板上設置的相關信號狀態(tài)測量點的測量，用示波器觀察相關的脈動信號的幅值、相位甚至有無，用plc編程器查找plc程序中的故障部位及原因等。
(3)信號與報警指示分析法
?、儆布缶甘具@是指包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)在內(nèi)的各電子、電器裝置上的各種狀態(tài)和故障指示燈，結合指示燈狀態(tài)和相應的功能說明便可獲知指示內(nèi)容及故障原因與排除方法。
?、谲浖缶甘救缜八龅南到y(tǒng)軟件、plc程序與加工程序中的故障通常都設有報警顯示，依據(jù)顯示的報警號對照相應的診斷說明手冊便可獲知可能的故障原因及故障排除方法。
(4)接口狀態(tài)檢查法現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)多將plc集成于其中，而cnc與plc之間則以一系列接口信號形式相互通訊聯(lián)接。有些故障是與接口信號錯誤或丟失相關的，這些接口信號有的可以在相應的接口板和輸入/輸出板上有指示燈顯示，有的可以通過簡單操作在crt屏幕上顯示，而所有的接口信號都可以用plc編程器調(diào)出。這種檢查方法要求維修人員既要熟悉本機床的接口信號，又要熟悉plc編程器的應用。
(5)參數(shù)調(diào)整法數(shù)控系統(tǒng)、plc及伺服驅(qū)動系統(tǒng)都設置許多可修改的參數(shù)以適應不同機床、不同工作狀態(tài)的要求。這些參數(shù)不僅能使各電氣系統(tǒng)與具體機床相匹配，而且更是使機床各項功能達到*化所必需的。因此，任何參數(shù)的變化(尤其是模擬量參數(shù))甚至丟失都是不允許的；而隨機床的長期運行所引起的機械或電氣性能的變化會打破zui初的匹配狀態(tài)和*化狀態(tài)。此類故障多指故障分類一節(jié)中后一類故障，需要重新調(diào)整相關的一個或多個參數(shù)方可排除。這種方法對維修人員的要求是很高的，不僅要對具體系統(tǒng)主要參數(shù)十分了解，既知曉其地址熟悉其作用，而且要有較豐富的電氣調(diào)試經(jīng)驗。
(6)備件置換法當故障分析結果集中于某一印制電路板上時，由于電路集成度的不斷擴大而要把故障落實于其上某一區(qū)域乃至某一元件是十分困難的，為了縮短停機時間，在有相同備件的條件下可以先將備件換上，然后再去檢查修復故障板。備件板的更換要注意以下問題。
?、俑鼡Q任何備件都必須在斷電情況下進行。
?、谠S多印制電路板上都有一些開關或短路棒的設定以匹配實際需要，因此在更換備件板上一定要記錄下原有的開關位置和設定狀態(tài)，并將新板作好同樣的設定，否則會產(chǎn)生報警而不能工作。
?、勰承┯≈齐娐钒宓母鼡Q還需在更換后進行某些特定操作以完成其中軟件與參數(shù)的建立。這一點需要仔細閱讀相應電路板的使用說明。
?、苡行┯≈齐娐钒迨遣荒茌p易拔出的，例如含有工作存儲器的板，或者備用電池板，它會丟失有用的參數(shù)或者程序。必須更換時也必須遵照有關說明操作。
鑒于以上條件，在拔出舊板更換新板之前一定要先仔細閱讀相關資料，弄懂要求和操作步驟之后再動手，以免造成更大的故障。
(7)交叉換位法當發(fā)現(xiàn)故障板或者不能確定是否故障板而又沒有備件的情況下，可以將系統(tǒng)中相同或相兼容的兩個板互換檢查，例如兩個坐標的指令板或伺服板的交換從中判斷故障板或故障部位。這種交叉換位法應特別注意，不僅硬件接線的正確交換，還要將一系列相應的參數(shù)交換，否則不僅達不到目的，反而會產(chǎn)生新的故障造成思維的混亂，一定要事先考慮周全，設計好軟、硬件交換方案，準確無誤再行交換檢查。
(8)特殊處理法當今的數(shù)控系統(tǒng)已進入pc基、開放化的發(fā)展階段，其中軟件含量越來越豐富，有系統(tǒng)軟件、機床制造者軟件、甚至還有使用者自己的軟件，由于軟件邏輯的設計中不可避免的一些問題，會使得有些故障狀態(tài)無從分析，例如死機現(xiàn)象。對于這種故障現(xiàn)象則可以采取特殊手段來處理，比如整機斷電，稍作停頓后再開機，有時則可能將故障消除。維修人員可以在自己的長期實踐中摸索其規(guī)律或者其他有效的方法。