2023年浅谈数控机床的故障诊断与维护维修技术.doc

浅谈数控机床的故障诊断与维护维修技术 Ⅰ、数控机床的认知 数控机床(Numerically controlled Machine Too1)采用了计算机数控(computerized Numerical contro1)系统，是集高、精、尖技术于一体，集机、电、光、液于一身的高技术产物，也称为计算机数控机床或CNC机床。数控机床综合应用了计算机、自动控制、精密测量、现代机械制造和数据通信等多种技术，是机械加工领域中典型的机电一体化设备，数控机床的操作和监控全部在数控单元中完成，它是数控机床的大脑。数控机床的特点是对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了适宜的加工方法；加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高〔一般为普通机床的3~5倍〕；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；有利于生产管理的现代化 数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了根底；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；可靠性高。由于它适于多品种，中小批量的复杂零件的加工，所以其在各个行业受到广泛欢送，在使用方面，也是越来越受到重视。但由于它是集强、弱电于一体，数字技术控制机械制造的一体化设备，一旦系统的某些局部出现故障，就势必使机床停机，影响生产，所以如何正确维护设备和出现故障时能及时抢修就是保障生产正常进行的关键。 Ⅱ、数控机床的开展趋势 当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋剧烈，高效率、高精度加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈， 以下是关于个性化开展的几大趋势 ： ①复合化 数控机床的功能复合化的开展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。 ②高速化、高精度化、高可靠性 高速化：提高进给速度与提高主轴转速。高精度化：其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级高可靠性：一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，因为商品受性能价格比的约束。 ③智能化 智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。 ④柔性化、集成化 当今世界上的数控机床向柔性自动化系统开展的趋势是：从点数控单机、加工中心和数控复合加工机床、线FMC、FMS、FTL、FML向面工段车间独立制造岛FA、体CIMS、分布式网络集成制造系统的方向开展，另一方面向注重应用性和经济性方向开展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业开展的主流趋势，是先进制造领域的根底技术。 Ⅲ、数控机床的故障诊断与维护维修技术概念性 要保持数控机床的完好率，就要求对数控机床的可靠性、可维修性和可用性提出更高的标准，衡量可靠性的主要指标是平均故障间隙时间MTBF，MTBF就是数控机床在使用过程中发生了N次故障，每次故障修复后又投入使用，测其每次故障前工作持续时间为t1，t2……tN0，其平均故障间隙时间MTBF=T／N。(T为t1，t2……tN0之和)可维修性的衡量指标是平均修复时间(MTTR)。MTTR是规定的条件下和规定的时间内，机床在任一规定的维修级别上，修复性维修总时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。简单地说就是排除故障所需实际直接维修时间的平均值，MTTR＝(Σti)／n(ti为第i次修复时间，n修复次数)，可用性是在要求的外部资源得到保证的前提下机床在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定的功能状态的能力。它是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映。可靠性是从延长其正常工作时间来提高产品可用性，而维修性那么是从缩短因维修的停机时间来提高可用性。 近几年国产数控系统MTBF大都超过l000h，但国际上先进企业数控系统MTBF已达80000h，虽然我国机床工业取得了较大进步，每年的产量到达了千台以上，但我国的机床大都水平较低且有缺门。一些用户对数控机床的故障还不能及时做出正确的判断和准确地排出故障，生产厂家的售后效劳又不能及时地到现场效劳。目前，国内各行业中的数控系统开动率平均仅到达25％左右。 Ⅳ、数控机床故障的诊断 数控机床的故障是指机床不能完成预定功能的事件或状态称为故障，即丧失完成规定的功能，在数控机床运行中，根据设备的故障现象，在掌握数控系统各局部工作原理的前提下，对现行的状态进行分析，并辅以必要检测手段，查明故障的部位和原因。提出有效的维修对策。 数控设备的使用寿命━━故障频率曲线 机床故障的分类： ①从故障的起因分类 关联性故障━━和系统的设计、结构或性能等缺陷有关而造成〔分固有性和随机性〕。 非关联性故障━━和系统本身结构与制造无关的故障。 ②从故障发生的状态分类 突然故障━━发生前无故障征兆，使用不当。 渐变故障━━发生前有故障征兆，逐渐严重。 ③按故障发生的性质分类 软件故障━━程序编制错误、参数设置不正确、机床操作失误等引起。 硬件故障━━电子元器件、润滑系统、限位机构、换刀系统、机床本体等硬件损坏造成。 干扰故障━━由于系统工艺、线路设计、电源地线配置不当等以及工作环境的恶劣变化而产生。 ④按故障的严重程度分类 危险性故障━━数控系统发生故障时，机床安全保护系统在需要动作时，因故障失去保护动作，造成人身或设备事故。 安全性故障━━机床安全保护系统在不需要动作时发生动作，引起机床不能起动。 机床故障的特点： 数控机床一般由数控系统，包含伺服电动机和检测反响装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。 数控机床的复杂性使其故障具有复杂性和特殊性，引起数控机床故障的因素有很多，不能只看故障的现象，要透过现象去检查引起故障的综合因素，找到引起故障的根源，采取合理的方法给予排除。 机床故障的诊断方法： ①数控机床的外部故障诊断方法 由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，而大局部故障的发生那么是非系统本身原因引起的。数控设备的外部故障可以分为软故障和外部硬件损坏引起的硬故障。 软故障是指由于操作、调整处理不当引起的，这类故障多发生在设备使用前期或设备使用人员调整时期。对于数控系统来说，另一个易出故障的地方为伺服单元。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。用旋转编码器作速度反响，用光栅尺作位置反响。一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。例如，一数控车床刚投入使用的时候，在系统断电后重新启动时，必须要返回到参考点。即当用手动方式将各轴移到非干预区外后，再使各轴返回参考点。否那么，可能发生撞车事故。所以，每天加工完后，最好把机床的轴移到安全位置。外部硬件操作引起的故障是数控修理中的常见故障。这类故障有些可以通过报警信息查找故障原因。对一般的数控系统来讲都有故障诊断功能或信息报警。维修人员可利用这些信息手段缩小诊断范围。而有些故障虽有报警信息显示，但并不能反映故障的真实原因。如一台采用840C系统的数控车床，第一天工作时完全正常，而第二天上班时却无论如何也开不了机，工作方式一转到自动方式下就报警“EMPTYING SELECTED MOOE SELECTOR〞。加工完工件后，主轴不停，机械手就去抓取工件，后来仔细检查各部位都无毛病，而是自开工作条件下的一个模式开关位置错了。所以，当有些故障原因不明的报警出现的话，一定要检查各工作方式下的开关位置。还有些故障不产生故障报警信息，只是动作不能完成，这时就要根据维修经验、机床的工作原理和PLC运行状况来分析判断了。 对于数控机床的修理，重要的是发现问题。对外部故障诊断应遵从以下两条原那么。首先要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次，要会利用PLC梯形图，NC系统的状态显示功能或机外编程器监测PLC的运行状态，一般只要遵从以上原那么，小心谨慎，一般的数控故障都会及时排除。 ②数控系统的诊断方法 开机自诊断：数控系统在通电开机后，都要运行开机自诊断程序，对连接的各种控制装置进行检测，发现问题立即报警，例如检测备用电池电压是否到达要求，假设电压低于要求，系统就会产生报警，西门子系统电池报警是1号报警，提示维修人员立即更换电池，如果不能更换电池，在更换电池前不能停电。 运行自诊断：数控机床在运行时，数控系统时刻监视机床的运行。数控装置对伺服系统、PLC系统进行运行监视，如果发现问题及时报警，并且很多故障都会在屏幕上显示报警信息。在机床运行时，PLC装置通过机床厂家编制的用户程序，实时监视数控机床的运行，如果发现故障或者发出的指令不执行，及时将相应的信号传递给数控装置，数控装置将会在屏幕上显示报警信息。 在线诊断：在线诊断是指通过数控系统的控制程序，在系统处于正常运行状态下，实时自动地对数控装置、PLC控制器、伺服系统、PLC的输人输出以及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、检验，并显示有关状态信息和故障信息。系统除了在屏幕上显示报警号和报警内容外，还实时显示NC内部标志存放器及PLC操作单元的状态，为故障诊断提供极大方便。 离线诊断：当数控系统出现故障或者要判断是否真有故障时，往往要停止加工，并停机进行检查，这就是离线诊断。离线诊断的目的是修复系统和故障定位，力求把故障定位在尽可能小的范围，如缩小到某一区域或者某一模块等。 远程诊断：实现远程诊断的数控系统，必须具备计算机网络功能。因此，远程诊断是近几年开展起来的一种新型的诊断技术。数控机床利用数控系统的网络功能通过互联网连接到机床制造厂家，数控机床出现故障后，通过机床厂家的专业人员远程诊断，快速确诊故障，这是数控机床诊断技术的新开展。 Ⅴ、数控机床的维修与维护 数控机床的维修 ①先外部后内部：现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障率越来越低，而大局部故障的发生那么是非系统本身原因引起的。由于数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查。尽量防止随意地启封、拆卸，否那么会扩大故障，使机床丧失精度、降低性能 ②先机械后电气：一般来说，机械故障较易觉察，而数控系统及电气故障的诊断难度较大。在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障。 ③先静态后动态：先在机床断电的静止状态，通过了解、观察、测试、分析，确认通电后不会造成故障扩大、发生事故后，方可给机床通电。在运行状态下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。而对通电后会发生破坏性故障的，必须先排除危险后，方可通电。 ④先简单后复杂：当出现多种故障互相交织，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。 机床的故障管理 机床可靠性是用故障出现的频率加以度量的，对机床可靠性的分析、评价和改良都离不开故障信息。建立故障报告、分析和纠正措施系统的目的是保证故障信息的正确性、完整性，并及时利用故障信息进行分析、改良、以实现产品的可靠性增长。 故障报告：机床任何功能级在规定的检验和运行期间发生的故障均应向规定级别的管理部门报告。故障报告应以故障卡片、文件等书面形式进行，以便审查和存档。故障报告系统可充分利用已有的信息管理系统，以防止不必要的重复。故障报告工作要及时、正确。故障报告应具有良好的可追踪性。 故障分析：故障发生后，负责检验和运行的现场负责人，应及时通知有关人员进行现场调查，对故障进行核实并进行工程分析和统计分析，以便有针对性采取纠正措施。 故障纠正