1、第五章数控机床维护及数控系统故障诊断第五章数控机床维护及数控系统故障诊断不同种类的数控机床虽然在结构和控制上有所区别,但在数控机床维护、故障处理及故障诊断等方面有它们的共性。熟悉和掌握数控机床的维护方法、故障诊断方法,以及所使用的工具和有关资料,对提高维护质量和故障诊断效率是很有帮助的。数控机床的电源配置较一般机床复杂,也是故障容易发生的部位。熟悉数控机床电源配置的组成、电源供给的对象、电源故障诊断及维护是保证数控机床正常运行的前提条件。数控机床在运行的过程中,另一个不可忽视的因素是干扰问题。了解干扰的因素及影响,加强抗干扰的措施,有助于数控机床稳定可靠地运行。第一节数控机床的维护 对数控机床
2、进行维护保养的目的就是要延长机械部件的磨损周期,延长元器件的使用寿命,保证数控机床长时间稳定可靠地运行。图5-1数控车床润滑示意图a)润滑部位及间隔时间b)润滑方法及材料一、点检 由于数控机床集机、电、液、气等技术为一体,所以对它的维护要有科学的管理,有计划、有目的地制订相应的规章制度。对维护过程中发现的故障隐患应及时加以清除,避免停机待修,从而延长平均无故障时间,增加数控机床的开动率。点检就是按有关数控机床维护文件的规定,对其进行定点、定时的检查和维护。某加工中心的维护点检,见表5-1。如图5-1所示,为某数控车床的润滑示意图。表示了该数控车床需润滑的部位、润滑的时间间隔、润滑材料及润滑方式
3、等。图5-2数控机床点检维修过程示意图二、数控系统的日常维护1.数控机床电气柜的散热通风通常安装于电气柜门上的热交换器或轴流风扇,能对电气控制柜的内外进行空气循环,促使电气控制柜内的发热装置或元器件进行散热,如驱动装置等。应定期检查电气控制柜上的热交换器或轴流风扇的工作状况,风道是否堵塞。否则会引起电气控制柜内的温度过高而使系统不能可靠地运行,甚至引起过热报警。2.尽量少开电气控制柜门加工车间飘浮的灰尘、油雾和金属粉末落在电气控制柜上,容易造成元器件间的绝缘电阻下降,从而出现故障。因此,除了定期维护和维修外,平时应尽量少开电气控制柜门。3.纸带阅读机的定期维护纸带阅读机是数控系统信息输入的一个
4、重要部件,CNC系统参数、零件程序等数据都可以通过它输入到CNC系统的寄存器中。如果读带部分有污物,将会使读入的纸带信息出现错误。为此,要定期对光电头、纸带压板等部件进行清洁。纸带阅读机也是CNC系统内唯一的运动部件,为使其传动机构运行顺利,必须对主动轮滚轴、导向滚轴和压紧滚轴等定期清洁和加注润滑油。4.支持电池的定期更换数控系统存储参数用的存储器采用CMOS器件,其存储的内容在数控系统断电期间靠支持电池供电保持。在一般情况下,即使电池尚未消耗完,也应每年更换一次,以确保系统能正常工作。电池的更换,应在CNC系统通电状态下进行。5.备用印制电路板的定期通电对于已经购置的备用印制电路板,应定期装
5、到CNC系统上通电运行。实践证明,印制电路板长期不用,容易出故障。6.数控系统长期不用时的保养数控系统处于长期闲置的情况下,要经常给数控系统通电。在数控机床锁住不动的情况下,要让数控系统空运行。数控系统通电,可利用电器元件本身的发热来驱散电气控制柜内的潮气,保证电器元件性能的稳定可靠。实践证明,在空气湿度较大的地区,经常通电是降低故障的一个有效措施。三、诊断故障用仪器仪表1.测量用仪表1)交流电压表。用于测量交流电源电压,测量误差应在2%以内。2.工具1)十字螺钉旋具,各种规格,必须齐全。3.使用仪器的注意事项万用表和示波器是维修时经常要用到的仪器,使用时要特别注意。因为印制电路板上元件的密度
6、是很高的,元件间的间隙很小,一不小心会将表笔与其他元件相碰,可能会引起短路,甚至造成元件损坏。在使用示波器时,要注意被测电路是否能与地相连,否则应将示波器作接地处理,以免引起元器件不必要的损坏。四、技术资料从数控机床技术资料的完整性考虑,作为数控机床生产厂家,必须向用户提供与使用及维修有关的技术资料。这些技术资料主要有数控机床的电气使用说明书,数控机床的电气原理图,数控机床的电气互连图,数控机床的结构简图,数控机床的电气参数,数控机床的PLC控制程序,数控系统的操作手册,数控系统的编程手册,数控系统的安装及维修手册,以及伺服驱动系统的使用说明书。第二节数控机床的故障处理数控机床的故障有软故障和
7、硬故障之分。所谓软故障,就是故障并不是由硬件损坏引起的,而是由于操作、调整处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高,这和操作及维护人员对设备不很熟悉有关。所谓硬故障,就是由硬件损坏引起的故障,包括检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件及机械装置等故障,这类故障是数控机床常见的故障。示的内容、状态报警指示及有无烧灼痕迹等方面进行检查。在确认数控系统通电无危险的情况下,可按数控系统复位(RESET)键,观察数控系统是否有异常,报警是否消失,如能消失,则故障多为随机性,或是操作错误造成的。数控机床发生故障时,除非出现影响设备或人身安全的紧急情况,不要立即关断电源。要充分调查故障现场,
8、从数控系统的外观、CRT显一、检查数控机床的运行状态。二、检查数控加工程序及操作情况 三、检查故障的出现率和重复性 四、检查数控系统的输入电压 五、检查环境状况 六、外部因素七、检查数控机床的运行情况 八、检查数控机床的状况 九、检查接口情况 第三节数控系统故障诊断的方法数控系统的故障诊断过程分为故障检测、故障判断及隔离和故障定位三个阶段。第一阶段的故障检测就是对数控系统进行测试,判断是否存在故障;第二阶段是判定故障性质,并分离出故障的部件或模块;第三阶段是将故障定位到可以更换的模块或印制电路板,以缩短修理时间。为了及时发现数控系统出现的故障,快速确定故障所在部位并能及时排除,要求故障检测应简
9、便,不需要复杂的操作和指示;故障诊断所需的仪器设备应尽可能少且简单实用;故障诊断所需的时间应尽可能短。为此,可以采用以下的诊断方法。一、直观法利用感觉器官,注意发生故障时的各种现象,如故障时有无火花、亮光产生,有无异常响声,何处异常发热及有焦煳味等。仔细观察可能发生故障的每块印制电路板的表面状况,有无烧毁和损伤痕迹,以进一步缩小检查范围,这是一种最基本、最常用的方法。二、CNC系统的自诊断功能依靠CNC系统快速处理数据的能力,对出错的部位进行多路、快速的信号采集和处理。然后由诊断程序进行逻辑分析判断,以确定数控系统是否存在故障,及时对故障进行定位。三、数据和状态检查CNC系统的自诊断功能不但能
10、在CRT上显示故障报警信息,而且能以多页的“诊断地址”和“诊断数据”形式提供数控机床的参数和状态信息,常见的有两个方面的检查。1.接口检查数控系统与机床之间的输入/输出接口信号,包括CNC与PLC、PLC与机床之间的接口输入/输出信号。数控系统的输入/输出接口诊断能将所有开关量信号的状态显示在CRT上,用“1”或“0”表示信号的有无。利用状态显示可以检查数控系统是否已将信号输出到机床侧,机床侧的开关量等信号是否已输入到数控系统,从而可将故障定位在机床侧,或是在数控系统侧。2.参数检查数控机床的机床数据是经过一系列试验和调整而获得的重要参数,是数控机床正常运行的保证。这些数据包括增益、加速度、轮
11、廓监控公差、反向间隙补偿值和丝杠螺距补偿值等。当受到外部干扰时,会使这些数据丢失或发生混乱,数控机床不能正常工作。四、报警指示灯显示故障现代数控机床的数控系统内部,除了上述的自诊断功能和状态显示等“软件”报警外,还有许多“硬件”报警指示灯,它们分布在电源、伺服驱动和输入/输出等装置上。根据这些报警灯的指示,可判断出发生故障的原因。图5-3CRT故障备板置换诊断流程图五、备板置换法利用备用的电路板来替换有故障疑点的模板,是一种快速而简便的判断故障原因的方法,常用于CNC系统的功能模块,如CRT模块、存储器模块等。六、交换法 七、敲击法数控系统由各种电路板组成,每块电路板上会有很多焊点,任何虚焊或
12、接触不良都可能出现故障。若用绝缘物轻轻敲打不良疑点的电路板、接插件或元器件时,若故障出现,则故障很可能就在敲击的部位。八、测量比较法为检测方便,模块或单元上设有检测端子,利用万用表、示波器等仪器仪表,通过这些端子检测到的电平或波形,将正常值与故障时的值相比较,可以分析出故障的原因及故障的所在位置。第四节电源维护及故障诊断数控机床的电源装置,通常由电源变压器、机床控制变压器、断路器、熔断器和开关电源等组成。通过电源配置提供给数控机床各种电源,以满足不同负载的要求。电网的电压波动,负载对地短路均会影响到电源的正常供给。一、电源配置数控机床从供电电路上取得电源后,在电气控制柜中进行再分配,根据不同的
13、负载性质和要求,提供不同容量的交、直流电压。二、通过电气原理图诊断故障当数控机床运行中停电或无法起动时,从电源方面来看,故障原因多为电源指标没有达到而进行的自我保护。例如,配备FANUC 7系统的数控机床,在运行过程中产生丢电故障。图5-5所示为FANUC 7系统的直流稳压电源监控原理图。图5-5FANUC 7系统的直流稳压电源监控原理图三、负载对地短路的故障诊断当一个电源同时供几个负载使用时,若其中一个负载发生短路,就可能引起其他负载的失电故障。图5-6Z轴伺服电动机电磁制动器的控制a)Z轴限位开关位置b)电磁制动器控制1主轴箱2带电磁制动器的Z轴伺服电动机第五节数控机床的抗干扰干扰是影响数
14、控机床正常运行的一个重要因素,常见的干扰有电磁波干扰、供电电路干扰和信号传输干扰等。一、电磁波干扰工厂中电火花高频电源等都会产生强烈的电磁波,这种高频辐射能量通过空间的传播,被附近的数控系统所接收,如果能量足够,就会干扰数控机床的正常工作。二、供电电路干扰数控系统对输入电压的允许范围都有要求,供电电路的过电压或欠电压都会引起电源电压监控报警,从而停机。图5-7电网干扰电压图5-8常模干扰a)等效电路b)输入端的电压波形1有用信号源2常模干扰源3测量装置三、信号传输干扰数控机床电气控制的信号在传递过程中,若受到外界干扰,常会产生常模干扰(又称差模干扰、串模干扰)和共模干扰。图5-8所示为常模干扰
15、的等效电路及电压波形。从图中可以看出,常模干扰电压UN1叠加在有用信号上,从而对信号传输产生干扰。常模干扰的表现形式有图5-9共模干扰等效电路1有用信号源2共模干扰源3检测装置四、抗干扰的措施1.减少供电电路干扰数控机床的安装要远离中频、高频的电气设备;要避免大功率起动、停止频繁的设备和电火花设备与数控机床位于同一供电干线上,而要采用独立的动力线供电。在电网电压变化较大的地区,供电电网与数控机床之间应加自动调压器或电子稳压器,以减小电网电压的波动。动力线与信号线要分离,信号线采用绞合线,以减少和防止磁场耦合和电场耦合的干扰。例如,变频器中的控制电路接线要距离电源线至少100mm,两者绝对不可放
16、在同一个导线槽内。另外,控制电路配线与主电路配线相交时要成直角相交,且控制电路的配线应采用屏蔽双绞线,如图5-10所示。2.减少数控机床控制中的干扰(1)压敏电阻保护图5-11所示为数控机床伺服驱动装置电源引入部分压敏电阻的保护电路。在电路中加入压敏电阻(又称浪涌吸收器),可对电路中的瞬变、尖峰等噪声起一定的保护作用。压敏电阻是一种非线性过电压保护元件,抑制过电压能力强,反应速度快。平时漏电流很小,而放电能力异常大,可通过数千安培电流,且能重复使用。图5-10变频器控制电路与主电路的配线图5-11压敏电阻保护图5-12交流负载的阻容保护a)交流接触器线圈b)驱动电路图5-13阻容吸收器件a)线
17、圈抑制模块b)三相灭弧器图5-14续流二极管保护电路3.屏蔽技术利用金属材料制成容器,将需要防护的电路放置在其中,可以防止电场或磁场的耦合干扰,这个方法称为屏蔽。屏蔽可以分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽等几种。通常使用的铜质网状屏蔽电缆能同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽的作用;将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内,达到电磁屏蔽和低频磁屏蔽的目的;仪器的铁皮外壳接地能同时起到静电屏蔽和电磁屏蔽的作用。4.保证“接地”良好“接地”是数控机床安装中一项关键的抗干扰技术措施。电网的许多干扰都是通过“接地”这条途径对数控机床起作用的。数控机床的地线系统有这样三种:图5-15数控机床的地线系统图5-16数控机床实际接地a)一点接地b)二点接地图5-17某数控机床的电源配置图5-18某数控车床的部分电源
