1、1.1综述1.1.1数控机床的应用20世纪,制造业的机械装备应用微型电子计算机进行数字控制是重大的技术进步。数字控制技术基于计算机控制技术平台,综合了电气自动化技术、现代机械制造技术以及精密测量技术诸方面的最新成就,具有较高的科技含量和先进工艺水平。目前在全世界制造领域中,几乎所有的装备都在应用数控技术,而且仍有广泛的发展前途。数控机床在我国的推广应用历程中曾经出现过“操作难、维修难、管理难”问题。国家六部委联合开展的“技能型紧缺人才培养工程”,将数控技术人才培养工程作为其中之一。经过几年的努力,培养工程效果显著,随着数控技术专业的大批毕业生上岗,以及在岗工人的技术培训,企业的“操作难”问题已
2、经大为缓解。1.1.2数控机床维修工作的难点 1.数控机床维修涉及技术门类多 2.数控机床电控系统与机械系统密切联系3.数控机床硬件技术与软件技术交融 4.传统维修方式难以排除数控机床故障 5.数控机床广泛采用新技术,硬件更新较快 6.数控机床的备件筹集困难 7.数控机床数控系统种类多8.数控机床品种多 9.数控机床现场资料、图样可能不齐全 10.现场维修条件不具备 1.2数控机床的故障机理1.2.1数控机床出现故障的必然性数控机床是典型的机电一体化设备,自动化程度高,运行速度快,加工精度高,但是运行中难免会出现各种故障,而且有的故障诊断与维修难度系数还较大。1.故障的概念故障是指设备、系统、
3、零部件在使用中丧失或降低其规定功能的事件或现象,其表现是多样的,归纳起来分为渐发性故障和突发性故障两大类。(1)渐发性故障 1.2.2故障的分类(2)突发性故障 2.设备故障的分类1.2.3故障机理分析故障机理是指诱发系统、部件、零件发生故障的物理、化学、电学与机械学过程,简单地说是形成故障的原因。故障机理还可以表述为数控机床的某一故障在达到表面化之前,其内部的演变过程及其因果关系。分析故障机理时需要考(1)故障对象的内因(2)故障对象的外因(3)故障产生的结果(故障机理和故障模式)例如,图1-1所示为数控机床常用的DZ108系列塑壳式断路器,图1-1数控机床常用的DZ108系列塑壳式断路器
4、用作小容量电动机和线路的过载及短路保护,其结构包括主触头、辅助触头、过电流整定机构及脱扣器,其中脱扣器采用了速闭、速断机构。在运行中,多种原因可能造成断路器接触功能失效,从而导致机床故障,图1-2以故障机理分析的形式表示了断路器接触功能失效的过程。图1-2导致断路器接触功能失效的过程数控机床的故障发生过程有其客观规律,熟知这些规律对于诊断与排除故障、制订维修对策、建立科学合理的维修机制都是十分必要的。1.数控机床的性能或状态1.2.4数控机床的故障规律 图1-3数控机床性能或状态曲线像很多机电设备一样,数控机床使用过程中,其性能或状态是随着使用时间的推移而逐步下降的,呈现图1-3所示曲线表达的
5、规律。很多故障发生前会有一些预兆,即所谓潜在故障,其可识别的物理现象表明一种功能性故障即将发生。图1-3中,P点表示性能已经恶化,并发展到可识别潜在故障的程度。F点表示潜在故障已经变成功能故障,即它已质变到损坏的程度,表明机床丧失了某些规定的性能。从P点到F点称为P-F间隔,就是从潜在故障的显露到转变为功能性故障的时间间隔。各种故障的P-F间隔差别很大,从短到几秒至长到好几年。有些突发故障的P-F间隔就很短,往往会造成维修方面的措手不及。较长的P-F间隔意味着有更多的时间来预防功能性故障的发生,如果主动地研究潜在故障的性能和状态特性,采取积极的预防措施,就能避免功能性故障,争得较长的使用时间。
6、2.数控机床的机械磨损数控机床的使用过程中,运动机件相互产生摩擦,表面被刮削、研磨,加上化学物质的侵蚀,就会造成磨损。磨损大致分为以下三个阶段。(1)初期磨损阶段(2)稳定磨损阶段(3)急剧磨损阶段3.数控机床的故障率曲线(也称失效率曲线或浴盆曲线)数控机床的故障率随时间推移而变化,其规律如图1-5曲线所示,也分为三个阶段。图1-4典型磨损过程 图1-5机床故障率曲线(1)早期故障期(2)偶发故障期 (3)耗损故障期 4.数控机床的可靠性可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力,也是衡量其品质的重要指标。(1)平均无故障时间MTBF(Mean Time Between Fa
7、ilures)指数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间,即数控机床在寿命范围内总的工作时间之和与总故障次数之比(2)平均排除故障时间MTTR(Mean Time To Repair)指数控机床从出现故障开始直至排除故障,恢复正常使用的平均时间(3)有效度A是从可靠度和可维修度对数控机床的正常工作概率进行综合评价的尺度,即指可维修的系统在某特定的时间内维持其功能的概率。1.3建立系统概念及应用系统方法数控机床是一个庞大的系统,涉及光、机、电及计算机多门技术领域,整个系统在运行中一旦出现故障,诊断故障从何处着眼,排除故障从何处下手,需要一些合理、有效的途径和办法。一般讲,系统是在特定的环境中,为实
8、现某种目标,由若干基本要素以一定的方式相互联系、相互作用的有机集合,而这个集合又是它所从属的更大集合的一部分。从以下几个方面查看系统。1.系统的特性1.3.1以系统观点认识数控系统 图1-6表示的是某台数控机床整体系统的层次结构。图1-6数控机床整体系统的层次结构2.系统的模型根据系统的观点,一个实际系统的模型要有输入、处理、输出三部分。模型有单输入单输出系统、多输入多输出系统之分,如图1-7所示。数控系统的子系统中这两种情况都有,如伺服电动机是典型的单输入单输出系统,而伺服驱动装置是典型的多输入多输出系统。图1-7系统的一般模型a)单输入单输出系统b)多输入多输出系统系统内部的子系统与子系统
9、之间的联系称为接口。在一个系统里,不是所有的子系统之间都建立接口。一般来说系统接口越多,系统必然就越复杂。系统中子系统之间接口的结构模型可分为三种,即串型、并型和混合型,如图1-8所示。数控机床内部各系统之间,这三种接口模型都存在。3.系统之间的接口 图1-8系统接口结构模型a)串型b)并型c)混合型4.系统的控制系统控制就是施控系统通过信息的流动与变换,使被控系统按照给定的目标和状态运行而施加的一种作用。任何系统的控制都包括以下几个方面:施控系统、反馈信息通道、指令信息通道、被控系统及其输入与输出,如图1-9所示。图1-9系统控制的示意图系统控制方法具有不同的类型。根据施控系统的不同,可相应
10、地划分为机器控制系统(即自动控制系统)和人工控制系统;按控制方式不同,可分为开环控制系统、反馈控制(闭环控制)系统、前馈控制系统、大系统的集中控制与分散控制、多级递阶控制等。现代数控机床主要有闭环控制系统、前馈控制系统等。1.3.2系统信息信息是系统的重要组成部分,是对系统的组织性、结构性、有序性程度的量度,也是将系统的内在展现出来的一种形式。信息与数据是关联的,但又是有区别的。信息来源于数据,有不同的形式,如字符、符号、文字、图形、影像、动画和声音等,这些载体形式称为多媒体。信息具有以下基本性质。1)信息具有可识别性。信息可通过人的感观或借助各种技术手段加以识别。2)信息具有可存储性。运用一
11、定的物质载体可以把信息储存起来,如计算机的存储器以及磁盘等物质载体。3)信息具有可转换性。各种信息形式可以相互转换,同一信息也可具有不同的信息形式,如语言、文字、图像、图表以及光、电信号等。4)信息具有可传递性。信息通过一定的物质载体和能量形式在时间和空间中进行传递,并且同一信息可用不同的信息形式进行传递。随着信道的多样化(如电缆、光缆等)与传输工具的现代化,信息传递的速度越来越快,范围也越来越广。图1-10显示器上的一页系统信息1.3.3系统方法在数控机床故障诊断与维修中的应用在接受数控机床故障维修工作任务时,面对一个个机械零件、一条条线路、一大片电子电路不能茫然,要有清晰的思路,正确选择诊
12、断的切入点,此时最好的办法是运用系统方法,做法和步骤如下:1)从概念上将整机分成几大系统,勾画出系统边界,如机械系统、电气系统、数控系统、检测系统、硬件系统、软件系统等,然后确定系统的层次,达到对纵向、横向脉络都很清楚的目的。2)勾画故障相关的系统功能图,要尽量利用现有技术资料,也要参阅其他相关的技术资料和书籍。3)根据故障现象、报警提示、外部特征、故障发生过程进行故障机理分析,初步确定故障属于哪个系统,将此系统作为下一步诊断重点,同时确定哪些系统属于关联系统。4)排查每一单元(子系统)输入与输出的连接状况,分别测试(检查)这些输入与输出信号,确定其是否正常。5)根据测试(检查)结果,有针对性
13、地缩小故障查找范围。当确定故障大约出自某个单元之后,要对这个单元内部状况及工作原理进行详细分析,还可以测绘出局部电气原理图(或机械结构图)。6)必要时要把系统分割开来,断开一个子系统的信号前后联系,另外输入相应的控制信号,以判断此单元输出是否正常,如果输出不正常则可以判定问题就在这个单元。7)详细分析各单元之间的输入与输出关系,以及相互之间的控制关系。8)对重点怀疑的单元进行单独脱机测试,即将故障单元从系统中拿出,接到另一个正常系统中试验,如利用其他相同型号的数控机床或专用测试装置进行试验,以锁定故障位置。9)在诊断系统故障时,可运用“黑盒子”方法,即针对某个单元而言只要输入、输出正常,就先不要究其内部,应尽快查找系统中不正常的地方,顺势推进,各个击破。10)要充分利用系统信息,包括报警号、诊断信息、PLC梯形图、系统参数、故障显示等。要清楚每个信息的含义,特别要注意某些一瞬即过的显示信息。
