畢業(yè)設計-數(shù)控機床維修與數(shù)控診斷(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 證數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 五 現(xiàn)場維修 現(xiàn)場維修是對數(shù)控機床出現(xiàn)的故障（主要是數(shù)控部分）進行診斷，找出故障部位，以相應的正常備件更換，使機床恢復正常運行。這過程的關鍵是診斷，即對系統(tǒng)或外圍線路進行檢測 ，確定有無故障，并對故障定位指出故障的確切位置。從整機定位到插線板，在某些場合下甚至定位到元器件。這是整個維修工作的主要部分。 （一）數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷 （ 1） 初步判別 通常在資料較全時，可通過資料分析判斷故障所在，或采取接口信號法根據(jù)故障現(xiàn)象判別可能發(fā)生故障的部位，而后再按照故障與這一部位的具體特點，逐個部位檢查，初步判別。在實際應用中，可能用一種方法即可查到故障并排除，有時需要多種方法并用。對各種判別故障點的方法的掌握程度主要取決于對故障設備原理與結(jié)構掌握的深度。 （ 2）報警處理 ① 系統(tǒng)報警的處理：數(shù) 控系統(tǒng)發(fā)生故障時，一般在顯示屏或操作面板上給出故障信號和相應的信息。通常系統(tǒng)的操作手冊或調(diào)整手冊中都有詳細的報警號，報警內(nèi)容和處理方法。由于系統(tǒng)的報警設置單一、齊全、嚴密、明確、維修人員可根據(jù)每一警報后面給出的信息與處理辦法自行處理。 數(shù)控機床診斷與維 護 14 ② 機床報警和操作信息的處理：機床制造廠根據(jù)機床的電氣特點，應用 PLC 程序，將一些能反映機床接口電氣控制方面的故障或操作信息以特定的標志，通過顯示器給出，并可通過特定鍵，看到更詳盡的報警說明。這類報警可以根據(jù)機床廠提供的排除故障手冊進行處理，也可以利用操作面板或編程器根據(jù)電路圖 和 PLC程序，查出相應的信號狀態(tài)，按邏輯關系找出故障點進行處理。 （ 3）無報警或無法報警的故障處理 當系統(tǒng)的 PLC 無法運行，系統(tǒng)已停機或系統(tǒng)沒有報警但工作不正常時，需要根據(jù)故障發(fā)生前后的系統(tǒng)狀態(tài)信息，運用已掌握的理論基礎，進行分析，做出正確的判斷。下面闡述這種故障診斷和排除辦法。 故障診斷方法 （ 1）常規(guī)檢查法 目測 目測故障板，仔細檢查有無保險絲燒斷，元器件燒焦，煙熏，開裂現(xiàn)象，有無異物斷路現(xiàn)象。以此可判斷板內(nèi)有無過流，過壓，短路等問題。 手摸 用手摸并輕搖元器件，尤其是阻容，半導體器件 有無松動之感，以此可檢查出一些斷腳，虛焊等問題。 通電 首先用萬用表檢查各種電源之間有無斷路，如無即可接入相應的電源，目測有無冒煙，打火等現(xiàn)象，手摸元器件有無異常發(fā)熱，以此可發(fā)現(xiàn)一些較為明顯的故障，而縮小檢修范圍。 例如：在牡丹江機車廠排除故障時，機床的數(shù)控系統(tǒng)和 PLC 運行正常，但機床的液壓系統(tǒng)無法啟動，用編程器檢查 PLC 程序運行正常，各所需信號狀態(tài)均滿足開機條件。進一步檢查中發(fā)現(xiàn)， PLC 信號狀態(tài)與圖紙和設備上的標記不一致，停機拔出電路板檢查，發(fā)現(xiàn) PLC兩塊輸出板編址不對，與另兩塊位置搞錯，經(jīng)交換后 ，機床正常運轉(zhuǎn)。對于發(fā)生這個故障的機床所采用的 SIMATIC S5— 150K可編程控制器，只要編址正確，無論將線路板的位置怎樣排列，系統(tǒng)均能正常運轉(zhuǎn)，但相應地執(zhí)行元件和信號源必須正確地對應，一旦對應錯誤就會發(fā)生故障，甚至毀壞機床。另外，根據(jù)用戶提供的故障現(xiàn)象，結(jié)合自己的現(xiàn)場觀察，運用系統(tǒng)工作原理亦可迅速做出正確判斷。 （ 2）儀器測量法 當系統(tǒng)發(fā)生故障后，采用常規(guī)電工檢測儀器，工具，按系統(tǒng)電路圖及機床電路圖對故障部分的電壓，電源，脈沖信號等進行實測判斷故障所在。如電源的輸入電壓超限，引起電源監(jiān)控可用電壓表測 網(wǎng)絡電壓，或用電壓測數(shù)控機床診斷與維 護 15 試儀實時監(jiān)控以排除其它原因。如發(fā)生位置控制環(huán)故障可用示波器檢查測量回路的信號狀態(tài)，或用示波器觀察其信號輸出是否缺相，有無干擾。 例如，牡丹江富通空調(diào)機廠在排除故障中，系統(tǒng)報警，位置環(huán)硬件故障，用示波器檢查發(fā)現(xiàn)有干擾信號，我們在電路中用接電容的方法將其濾掉使系統(tǒng)工作正常。如出現(xiàn)系統(tǒng)無法回基準點的情況，可用示波器檢查是否有零標記脈沖，若沒有可考慮是測量系統(tǒng)損壞。 ：通過用可編程序控制器檢查機床控制系統(tǒng)的接口信號，并與接口手冊的正確信號相對比，亦可查出相應的故障點。 統(tǒng)的自診斷功能判斷：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)尤其是全功能數(shù)控具有很強的自診斷能力，通過實施時監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作，及時判斷故障，給出報警信息，并做出相應的動作，避免事故發(fā)生。然而有時當硬件發(fā)生故障時，就無法報警，有的數(shù)控系統(tǒng)可通過發(fā)光管不同的閃爍頻率或不同的組合做出相應的指示，這些指示配合使用就可幫助我們準確地診斷出故障模板的位置。如 SINUMERIK 8 系統(tǒng)根據(jù) MS100 CPU 板上四個指示燈和操作面板上的 FAULT 燈的亮滅組合就可判斷出故障位置。 PLC 中斷狀態(tài)分析：可編程序控制器發(fā)生故障時， 其中斷原因以中斷堆棧的方式記憶。使用編程器可以在系統(tǒng)停止狀態(tài)下，調(diào)出中斷堆棧和塊堆棧，按其所指示的原因，查明故障所在。在可編程序控制器的維修中這是最常用有效和快速的辦法。 ：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大都采用模塊化設計，按功能不同劃分不同模塊，隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來越大技術也越來越復雜，按常規(guī)方法，很難把故障定位到一個很小的區(qū)域，而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，為了縮短停機時間，我們可以根據(jù)模塊的功能與故障現(xiàn)象，初步判斷出可能的故障模塊，用診斷備件將其替換，這樣可迅速判斷出有故障的模塊。在沒有診斷備 件的情況下可以采用現(xiàn)場相同或相容的模塊進行替換檢查，對于現(xiàn)代數(shù)控的維修，越來越多的情況采用這種方法進行診斷，然后用備件替換損壞模塊，使系統(tǒng)正常工作。盡最大可能縮短故障停機時間，使用這種方法在操作時注意一定要在停電狀態(tài)下進行，還要仔細檢查線路板的版本，型號，各種標記，跨接是否相同，對于有關的機床數(shù)據(jù)和電位計的位置應做好記錄，拆線時應做好標志。 數(shù)控機床診斷與維 護 16 上述診斷方法，在實際應用時并無嚴格的界限，可能用一種方法就能排除故障，亦可能需要多種方法同時進行。其效果主要取決于對系統(tǒng)原理與結(jié)構的理解與掌握的深度，以及維修經(jīng)驗的 多少。 （ 二） 數(shù)控系統(tǒng)的常見故障分析 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的構成，工作原理和特點，結(jié)合我們在維修中的經(jīng)驗，將常見的故障部位及故障現(xiàn)象分析如下。 （ 1）伺服驅(qū)動系統(tǒng) 伺服驅(qū)動系統(tǒng)與電源電網(wǎng)，機械系統(tǒng)等相關聯(lián)，而且在工作中一直處于頻繁的啟動和運行狀態(tài)，因而這也是故障較多的部分。 其主要故障有： ①系統(tǒng)損壞。一般由于網(wǎng)絡電壓波動太大，或電壓沖擊造成。我國大部分地區(qū)電網(wǎng)質(zhì)量不好，會給機床帶來電壓超限，尤其是瞬間超限，如無專門的電壓監(jiān)控儀，則很難測到，在查找故障原因時，要加以注意，還有一些是由于特殊原因造成的損壞。 如華北某廠由于雷擊中工廠變電站并竄入電網(wǎng)而造成多臺機床伺服系統(tǒng)損壞。 ②無控制指令，而電機高速運轉(zhuǎn)。這種故障的原因是速度環(huán)開環(huán)或正反饋。如在哈爾濱第二電機廠，引進的西德 WOTAN 公司轉(zhuǎn)子銑床在調(diào)試中，機床 X 軸在無指令的情況下，高速運轉(zhuǎn)，經(jīng)分析我們認為是正反饋造成的。因為系統(tǒng)零點漂移，在正反饋情況下，就會迅速累加使電機在高速下運轉(zhuǎn)，而我們按標簽檢查線路后完全正確，機床廠技術人員認為不可能接錯，在充分分析與檢測后我們將反饋線反接，結(jié)果機床運轉(zhuǎn)正常。機床廠技術人員不得不承認德方工作失誤。 還有一例子，我在牡丹江熱電廠機加車間實習時，應廠方要求對他們廠一臺自進廠后一直無法正常工作的精密磨床進行維修，其故障是：機床一啟動電機就運轉(zhuǎn)，而且越來越快，直至最高轉(zhuǎn)速。我們分析認為是由于速度環(huán)開路，系統(tǒng)漂移無法抑制造成。經(jīng)檢查其原因是速度反饋線接到了地線上造成。 加工時工件表面達不到要求，走圓弧插補軸換向時出現(xiàn)凸臺，或電機低速爬行或振動，這類故障一般是由于伺服系統(tǒng)調(diào)整不當，各軸增益系統(tǒng)不相等或與電機匹配不合適引起，解決辦法是進行最佳化調(diào)節(jié)。保險燒斷，或電機過熱，以至燒壞，這類故障一般是機械負載過大或卡死。 （ 2）位置環(huán) 這是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出控制指令，并與位置檢測系統(tǒng)的反饋值相比較，數(shù)控機床診斷與維 護 17 進一步完成控制任務的關鍵環(huán)節(jié)。它具有很高的工作頻度，并與外設相聯(lián)接，所以容易發(fā)生故障。 常見的故障有： ①位控環(huán)報警：可能是測量回路開路；測量系統(tǒng)損壞，位控單元內(nèi)部損壞。 ②不發(fā)指令就運動，可能是漂移過高，正反饋，位控單元故障；測量元件損壞。③測量元件故障，一般表現(xiàn)為無反饋值；機床回不了基準點；高速時漏脈沖產(chǎn)生報警可能的原因是光柵或讀頭臟了；光柵壞了。 （ 3）電氣故障類 數(shù)控機床的電氣故障可按故障的表象、性質(zhì)、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。最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)廠商或其服務機構聯(lián)系解決了。 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)都設計有完美的自診斷程序，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(jié)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，但應十分小數(shù)控機床診斷與維 護 18 心。 ④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)的最佳化調(diào)整來排除。 ⑤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(jié)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。 ⑥可編程序控制器邏輯接口 數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制，如刀庫管理，液壓啟動等，主要由 PLC 來實現(xiàn)，要完成這些控制就必須采集各控制點的狀態(tài)信息，如斷電 器，伺服閥，指示燈等。因而它與外界種類繁多的各種信號源和執(zhí)行元件相連接，變化頻繁，所以發(fā)生故障的可能性就比較多，而且故障類型亦千變?nèi)f化。 ⑦電源部分 電源是維持系統(tǒng)正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結(jié)果是造成系統(tǒng)的停機或毀壞整個系統(tǒng)。一般在歐美國家，這類問題比較少，在設計上這方面的因素考慮的不多，但在中國由于電源波動較大，質(zhì)量差，還隱藏有如高頻脈沖這一類的干擾，加上人為的因素（如突然拉閘斷電等）。這些原因可造成電源故障監(jiān)控或損壞。另外，數(shù)控系統(tǒng)部分運行數(shù)據(jù)，設定數(shù)據(jù)以及加工程序等一般存貯在 RAM 存貯器內(nèi)，系統(tǒng)斷電后，靠電源的后備蓄電池或鋰電池來保持。因而，停機時間比較長，拔插電源或存貯器都可能造成數(shù)據(jù)丟失，使系統(tǒng)不能運行。 ⑧其他 由于環(huán)境條件，如干擾，溫度，濕度超過允