淺談數控設備常見故障分(fēn)析及維修方法

近年來(lái)，随著(zhe)國民經濟和(hé)科學技術的(de)不斷發展，我國各機械制造行業紛紛采用(yòng)數控設備。它們在加工現場(chǎng)發揮出了(le)強大(dà)的(de)技術優勢。在高(gāo)效率的(de)自動化(huà)生産中，如果數控設備出現了(le)故障，輕則影(yǐng)響設備的(de)利用(yòng)率，重則影(yǐng)響企業的(de)興衰。所以，加強數控設備使用(yòng)管理(lǐ)，降低數控機床故障發生率已是一個(gè)必須要解決的(de)重要問題。  
  
一、數控系統的(de)構成與特點  
  
控制系統主要由總線、CPU、電源、存貯器、操作面闆和(hé)顯示屏、位控單元、可(kě)編程序控制器邏輯控制單元以及數據輸入/輸出接口等組成。最新一代的(de)數控系統還(hái)包括一個(gè)通(tōng)訊單元，它可(kě)完成CNC、PLC的(de)内部數據通(tōng)訊和(hé)外部高(gāo)次網絡的(de)連接。伺服驅動系統主要包括伺服驅動裝置和(hé)電機。位置測量系統主要是采用(yòng)長(cháng)光(guāng)栅或圓光(guāng)栅的(de)增量式位移編碼器。  
數控系統的(de)主要特點是：可(kě)靠性要求高(gāo)：因爲一旦數控系統發生故障，即造成巨大(dà)經濟損失；有較高(gāo)的(de)環境适應能力，因爲數控系統一般爲工業控制機，其工作環境爲車間環境，要求它具有在震動，高(gāo)溫，潮濕以及各種工業幹擾源的(de)環境條件下(xià)工作的(de)能力；接口電路複雜(zá)，數控系統要與各種數控設備及外部設備相配套，要随時(shí)處理(lǐ)生産過程中的(de)各種情況，适應設備的(de)各種工藝要求，因而接口電路複雜(zá)，而且工作頻(pín)繁。  
  
二、數控系統的(de)常見故障分(fēn)析  
  
根據數控系統的(de)構成，工作原理(lǐ)和(hé)特點，我們将常見的(de)故障部位及故障現象分(fēn)析如下(xià)：  
位置環。這(zhè)是數控系統發出控制指令，并與位置檢測系統的(de)反饋值相比較，進一步完成控制任務的(de)關鍵環節。它具有很高(gāo)的(de)工作頻(pín)度，并與外設相聯接，所以容易發生故障。  
常見的(de)故障有：①位控環報警：可(kě)能是測量回路開路；測量系統損壞，位控單元内部損壞。②不發指令就運動，可(kě)能是漂移過高(gāo)，正反饋，位控單元故障；測量元件損壞。③測量元件故障，一般表現爲無反饋值；機床回不了(le)基準點；高(gāo)速時(shí)漏脈沖産生報警可(kě)能的(de)原因是光(guāng)栅或讀頭髒了(le)；光(guāng)栅壞了(le)。  
伺服驅動系統。伺服驅動系統與電源電網，機械系統等相關聯，而且在工作中一直處于頻(pín)繁的(de)啓動和(hé)運行狀态，因而這(zhè)也(yě)是故障較多(duō)的(de)部分(fēn)。  
其主要故障有：①系統損壞。一般由于網絡電壓波動太大(dà)，或電壓沖擊造成。我國大(dà)部分(fēn)地區(qū)電網質量不好，會給機床帶來(lái)電壓超限，尤其是瞬間超限，如無專門的(de)電壓監控儀，則很難測到，在查找故障原因時(shí)，要加以注意，還(hái)有一些是由于特殊原因造成的(de)損壞。如華北(běi)某廠由于雷擊中工廠變電站并竄入電網而造成多(duō)台機床伺服系統損壞。②無控制指令，而電機高(gāo)速運轉。這(zhè)種故障的(de)原因是速度環開環或正反饋。如在東北(běi)某廠，引進的(de)西德WOTAN公司轉子銑床在調試中，機床X軸在無指令的(de)情況下(xià)，高(gāo)速運轉，經分(fēn)析我們認爲是正反饋造成的(de)。因爲系統零點漂移，在正反饋情況下(xià)，就會迅速累加使電機在高(gāo)速下(xià)運轉，而我們按标簽檢查線路後完全正确，機床廠技術人(rén)員(yuán)認爲不可(kě)能接錯，在充分(fēn)分(fēn)析與檢測後我們将反饋線反接，結果機床運轉正常。機床廠技術人(rén)員(yuán)不得(de)不承認德方工作失誤。還(hái)有一例子，我們在天津某廠培訓講學時(shí)，應廠方要求對(duì)他(tā)們廠一台自進廠後一直無法正常工作的(de)精密磨床進行維修，其故障是：機床一啓動電機就運轉，而且越來(lái)越快(kuài)，直至最高(gāo)轉速。我們分(fēn)析認爲是由于速度環開路，系統漂移無法抑制造成。經檢查其原因是速度反饋線接到了(le)地線上造成。③加工時(shí)工件表面達不到要求，走圓弧插補軸換向時(shí)出現凸台，或電機低速爬行或振動，這(zhè)類故障一般是由于伺服系統調整不當，各軸增益系統不相等或與電機匹配不合适引起，解決辦法是進行最佳化(huà)調節。④保險燒斷，或電機過熱(rè)，以至燒壞，這(zhè)類故障一般是機械負載過大(dà)或卡死。
電源部分(fēn)。電源是維持系統正常工作的(de)能源支持部分(fēn)，它失效或故障的(de)直接結果是造成系統的(de)停機或毀壞整個(gè)系統。一般在歐美(měi)國家，這(zhè)類問題比較少，在設計上這(zhè)方面的(de)因素考慮的(de)不多(duō)，但在中國由于電源波動較大(dà)，質量差，還(hái)隐藏有如高(gāo)頻(pín)脈沖這(zhè)一類的(de)幹擾，加上人(rén)爲的(de)因素（如突然拉閘斷電等）。這(zhè)些原因可(kě)造成電源故障監控或損壞。另外，數控系統部分(fēn)運行數據，設定數據以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器内，系統斷電後，靠電源的(de)後備蓄電池或锂電池來(lái)保持。因而，停機時(shí)間比較長(cháng)，拔插電源或存貯器都可(kě)能造成數據丢失，使系統不能運行。 可(kě)編程序控制器邏輯接口。數控系統的(de)邏輯控制，如刀(dāo)庫管理(lǐ)，液壓啓動等，主要由PLC來(lái)實現，要完成這(zhè)些控制就必須采集各控制點的(de)狀态信息，如斷電器，伺服閥，指示燈等。因而它與外界種類繁多(duō)的(de)各種信号源和(hé)執行元件相連接，變化(huà)頻(pín)繁，所以發生故障的(de)可(kě)能性就比較多(duō)，而且故障類型亦千變萬化(huà)。  
其他(tā)。由于環境條件，如幹擾，溫度，濕度超過允許範圍，操作不當，參數設定不當，亦可(kě)能造成停機或故障。有一工廠的(de)數控設備，開機後不久便失去數控準備好信号，系統無法工作，經檢查發現機體溫度很高(gāo)，原因是通(tōng)氣過濾網已堵死，引起溫度傳感器動作，更換濾網後，系統正常工作。不按操作規程拔插線路闆，或無靜電防護措施等，都可(kě)能造成停機故障甚至毀壞系統。  　　一般在數控系統的(de)設計、使用(yòng)和(hé)維修中，必須考慮對(duì)經常出現故障的(de)部位給予報警，報警電路工作後，一方面在屏幕或操作面闆上給出報警信息，另一方面發出保護性中斷指令，使系統停止工作，以便查清故障和(hé)進行維修。  
  
三、故障排除方法  
  
初始化(huà)複位法一般情況下(xià)，由于瞬時(shí)故障引起的(de)系統報警，可(kě)用(yòng)硬件複位或開關系統電源依次來(lái)清除故障，若系統工作存貯區(qū)由于掉電，拔插線路闆或電池欠壓造成混亂，則必須對(duì)系統進行初始化(huà)清除，清除前應注意作好數據拷貝記錄，若初始化(huà)後故障仍無法排除，則進行硬件診斷。  
參數更改，程序更正法系統參數是确定系統功能的(de)依據，參數設定錯誤就可(kě)能造成系統的(de)故障或某功能無效。例如，在哈爾濱某廠轉子銑床上采用(yòng)了(le)測量循環系統，這(zhè)一功能要求有一個(gè)背景存貯器，調試時(shí)發現這(zhè)一功能無法實現。檢查發現确定背景存貯器存在的(de)數據位沒有設定，經設定後該功能正常。有時(shí)由于用(yòng)戶程序錯誤亦可(kě)造成故障停機，對(duì)此可(kě)以采用(yòng)系統的(de)塊搜索功能進行檢查，改正所有錯誤，以确保其正常運行。  
調節，最佳化(huà)調整法調節是一種最簡單易行的(de)辦法。通(tōng)過對(duì)電位計的(de)調節，修正系統故障。如某軍工廠維修中，其系統顯示器畫(huà)面混亂，經調節後正常。在山東某廠，其主軸在啓動和(hé)制動時(shí)發生皮帶打滑，原因是其主軸負載轉矩大(dà)，而驅動裝置的(de)斜升時(shí)間設定過小，經調節後正常。  
最佳化(huà)調整是系統地對(duì)伺服驅動系統與被拖動的(de)機械系統實現最佳匹配的(de)綜合調節方法，其辦法很簡單，用(yòng)一台多(duō)線記錄儀或具有存貯功能的(de)雙蹤示波器，分(fēn)别觀察指令和(hé)速度反饋或電流反饋的(de)響應關系。通(tōng)過調節速度調節器的(de)比例系數和(hé)積分(fēn)時(shí)間，來(lái)使伺服系統達到即有較高(gāo)的(de)動态響應特性，而又不振蕩的(de)最佳工作狀态。在現場(chǎng)沒有示波器或記錄儀的(de)情況下(xià)，根據經驗，即調節使電機起振，然後向反向慢(màn)慢(màn)調節，直到消除震蕩即可(kě)。 備件替換法用(yòng)好的(de)備件替換診斷出壞的(de)線路闆，并做(zuò)相應的(de)初始化(huà)啓動，使機床迅速投入正常運轉，然後将壞闆修理(lǐ)或返修，這(zhè)是目前最常用(yòng)的(de)排故辦法。  
改善電源質量法目前一般采用(yòng)穩壓電源，來(lái)改善電源波動。對(duì)于高(gāo)頻(pín)幹擾可(kě)以采用(yòng)電容濾波法，通(tōng)過這(zhè)些預防性措施來(lái)減少電源闆的(de)故障。  
維修信息跟蹤法一些大(dà)的(de)制造公司根據實際工作中由于設計缺陷造成的(de)偶然故障，不斷修改和(hé)完善系統軟件或硬件。這(zhè)些修改以維修信息的(de)形式不斷提供給維修人(rén)員(yuán)。以此做(zuò)爲故障排除的(de)依據，可(kě)正确徹底地排除故障。