基于典型機電一體化設(shè)備數(shù)控機床維護與維修初探

作者：焦雙強

（江蘇省宿遷中等專業(yè)學校）

摘　要：我國提出《中國制造 2025》規(guī)劃，要把制造大國向制造強國轉(zhuǎn)型，加強新技術(shù)與制造業(yè)深度融合，突出智能制造，那么機電一體技術(shù)會獲得快速發(fā)展，其典型設(shè)備—數(shù)控機床市場占有率會極大提高，那么設(shè)備的維護與維修在實際生產(chǎn)中就會占據(jù)重要意義。做好設(shè)備維護與維修工作，保障企業(yè)正常生產(chǎn)，降低設(shè)備故障發(fā)生率，延長設(shè)備平均使用壽命，從而降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，增強企業(yè)市場競爭力。文章闡述了數(shù)控機床日常維護管理的內(nèi)容及維修的一些方法，保障數(shù)控機床有效運行奠定了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；維護；維修；設(shè)備

0、引言

數(shù)控機床是典型的機電一體化設(shè)備，能實現(xiàn)機械加工的高速度、高精度和高自動化，其技術(shù)融合了機械、液壓、氣壓、電氣、傳感監(jiān)測和信息傳輸?shù)?。在工業(yè)智能化趨勢下，數(shù)控加工作為智能制造重要一環(huán)，關(guān)乎企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營，其日常維護管理、故障診斷與排除越來越受到企業(yè)重視。做好數(shù)控機床維護與維修工作，同時也能為智能制造其它生產(chǎn)單元提供示范引領(lǐng)作用。數(shù)控機床結(jié)構(gòu)復雜，涉及的技術(shù)范圍廣，一旦發(fā)生故障不能正常運行，如果工作人員沒有維修技術(shù)、方法和經(jīng)驗，那么短時間內(nèi)很難排除故障。企業(yè)要是從機床生產(chǎn)廠家聘請專門技術(shù)人員來現(xiàn)場維修，既要耽誤大量的生產(chǎn)時間，還要付出很高的維修成本，但是有時故障發(fā)生原因很簡單，只需簡單操作即可解決，比如技術(shù)人員在現(xiàn)場修改某個參數(shù)。聘請的技術(shù)維修人員如果對解決問題的方法進行保密，那么再發(fā)生類似的故障，勢必會增加企業(yè)維護與維修成本。企業(yè)要加強這方面的人員和設(shè)備管理，對一些故障進行防范和維修技術(shù)積累，是可以降低設(shè)備故障發(fā)生率，延長設(shè)備使用壽命，保障產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

1、 數(shù)控機床維護與維修基礎(chǔ)

1.1 數(shù)控機床維護與維修的基本內(nèi)容

從現(xiàn)在企業(yè)生產(chǎn)機電設(shè)備方式上看，都是模塊化生產(chǎn)，從數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)到機械零部件，各個企業(yè)分工明確，進行專業(yè)化、規(guī)模化的設(shè)計和制造，數(shù)控機床廠已經(jīng)從傳統(tǒng)的零部件設(shè)計、生產(chǎn)、組裝，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C床的總裝廠。那么作為數(shù)控機床廠家想要修復所有故障就不太現(xiàn)實，更別說機床的使用者了。作為企業(yè)的設(shè)備維護與維修人員的工作就是能分析和判斷出故障所在，能更換零部件，降低設(shè)備故障發(fā)生率，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。數(shù)控機床維護與維修人員要充分了解機床構(gòu)造、原理及組成，熟悉各個零部件的結(jié)構(gòu)、規(guī)格和訂貨型號，甚至其訂貨渠道。對于易損件要有充足的備份，在數(shù)控機床發(fā)生故障時能及時更換?，F(xiàn)代數(shù)控機床維護與維修的內(nèi)容比較多，包含機械、電氣和控制，其要求也很高，好在數(shù)控機床自帶了很多診斷軟件，加上其它技術(shù)手段，維護與維修還是比較方便的。要充分利用數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)提供的維修和診斷信息，這是現(xiàn)代數(shù)控機床維護與維修的一項重要診斷手段和工具，如傳統(tǒng)的檢測儀器已經(jīng)很難檢查數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制和反饋信號，利用計算機技術(shù)及時準確判斷故障原因，分析故障原因所在控制部分的某個區(qū)域，縮小故障排除范圍。對于電氣部分，要能理解整個數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)控制過程，看懂電氣圖紙，熟悉數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)和可編程控制器之間的信號聯(lián)系過程和控制接口。對于有問題的元氣件，根據(jù)電氣控制系統(tǒng)模塊化的設(shè)計理念，及時更換備件。對于機械故障，采用機械維修思路和經(jīng)驗進行維修，通常會有某些零件或部件損壞，致使工作能力喪失，電動機功率降低，傳動系統(tǒng)失去平衡和噪聲增大等，通過感觀“看、聽、摸、聞”比較，或者借助一些專業(yè)化設(shè)備進行診斷排故，對一些功能失效零部件進行必要的更換。由于數(shù)控機床有別于傳統(tǒng)機床，其本身保存了大量數(shù)據(jù)信息，要及時做好相關(guān)數(shù)據(jù)的備份。

1.2 數(shù)控機床維護與維修的基本要求

1.2.1 維護與維修人員素質(zhì)要求

數(shù)控機床是價格相對高昂的自動化機電產(chǎn)品設(shè)備，結(jié)構(gòu)復雜，技術(shù)密集，要想長期保持加工精度，良好的維護和維修是必要的，這都有賴于高素質(zhì)的維護與維修人員和機床操作人員。維護與維修人員除了有必要的機床操作技能，會編制加工程序和了解機械加工工藝，使用一些典型的工量具外，還要掌握數(shù)字控制、PLC 編程和伺服驅(qū)動的工作原理，能利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行線下、線上診斷排故。對機床各部分功能結(jié)構(gòu)都要了解，具備相應(yīng)的電工電子技術(shù)、自動控制與電力拖動、機械傳動、液壓和氣動等基礎(chǔ)知識。熟悉數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備的系統(tǒng)配置、硬件連接、數(shù)據(jù)備份等內(nèi)容；能看懂電氣圖，并能與實物相對應(yīng)；能看懂梯形圖，并能局部修改；會改系統(tǒng)參數(shù)；在機床診斷界面（CRT）上會有大量的英文，維護與維修人員要能理解其含義，能初步理解英文維修資料的信息。同時維護與維修人員要有良好的責任心，在每次維修診斷時，要做好必要的記錄，為后續(xù)維護與維修工作提供參考。

 1.2.2 技術(shù)資料準備

數(shù)控機床種類繁多，其技術(shù)參數(shù)千差萬別，即使同一機床廠家生產(chǎn)的同一型號的數(shù)控機床很多參數(shù)設(shè)置都有差異，做好原始備份非常重要。一般數(shù)控機床具備的資料有：機床使用說明書、私服系統(tǒng)技術(shù)資料、主要部件技術(shù)資料、數(shù)控系統(tǒng)資料、PLC 方面技術(shù)資料、電氣圖紙、部件清單及其訂貨號、維修記錄、機床參數(shù)、梯形圖等。這些技術(shù)資料在機床維護與維修過程中是必不可少的，對工作人員幫助很大。維護與維修人員的主要任務(wù)是利用系統(tǒng)提供的診斷手段，查閱有關(guān)資料并快速判斷故障所在。

1.3 數(shù)控機床日常維護工作

為了保證數(shù)控機床正常使用，企業(yè)都會制定一套完整的設(shè)備維護管理方案，其數(shù)控系統(tǒng)日常維護就是重中之重，數(shù)控系統(tǒng)是整個數(shù)控機床控制核心，對其維護對這個機床來說至關(guān)重要。數(shù)控系統(tǒng)的維護重要的工作有：

1.3.1 保證數(shù)控系統(tǒng)散熱正常

數(shù)控系統(tǒng)要在一個合適的環(huán)境中才能正常工作，平時要盡量少打開電氣柜門，減少灰塵落到印制電路板上，以防止造成電路板短路。電路板上的灰塵要及時清理，讓其正常散熱，要保障風扇正常工作，定期清理通風系統(tǒng)。

1.3.2 定期更換電池

在操作機床時有很多數(shù)據(jù)要保存，電池正常供電能確保 RAM 中的數(shù)據(jù)不會丟失，所以電池要定期更換。機床長期不工作時，也要定期通電，為充電電容及時充電，在更換電池時確保 RAM 中的數(shù)據(jù)不會丟失。

1.3.3 備份好數(shù)據(jù)

在更換有關(guān)電路板時要注意規(guī)格型號，在更換前做好有關(guān)數(shù)據(jù)備份工作，因為有些電路板中含有機床參數(shù)和數(shù)據(jù)，以確保系統(tǒng)軟件能正常運行。以 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)為例，種類較多，包含螺距誤差補償數(shù)據(jù)、宏程序、系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)、道具補償數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、伺服和主軸維護信息、FLASH ROM 中的數(shù)據(jù)、PLC 程序等。維護與維修人員必須理解各種數(shù)據(jù)的作用，怎么備份，用什么軟件備份，這項工作做好后，就抓住數(shù)控設(shè)備維護與維修的核心。

1.3.4 定人定機使用

數(shù)控機床定人定機使用，操作人員更加熟悉設(shè)備的特點，即使數(shù)控系統(tǒng)操作面板按鍵字符模糊不清，也可以減少對數(shù)控設(shè)備誤操作和維護不當。

2 、數(shù)控機床故障分析

2.1 數(shù)控機床故障處理思路

數(shù)控機床強大的故障報警系統(tǒng)給維護與維修人員工作上帶來有力的幫助，例如 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)提供豐富的報警號和報警信息，為了便于用戶區(qū)別報警分類，在每個報警號前加了報警類別縮寫，比如與伺服模塊相關(guān)的報警“SV0438（X）逆變器電流異常”，維修過程中要充分利用系統(tǒng)提供的報警號和報警信息進行分析和判斷。當數(shù)控機床發(fā)生故障時，故障處理的思路一般是：首先弄清數(shù)控機床故障發(fā)生情況，維護與維修人員要認真調(diào)查現(xiàn)場，了解故障發(fā)生的時間、發(fā)生頻率和發(fā)生故障的工作條件，詢問操作人員機床使用情況，以往機床故障處理情況，然后根據(jù)調(diào)查的情況，有報警信息的，根據(jù)報警信息處理，沒有報警信息的，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)控制過程處理。如果維修人員根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗不能排除故障，那么就要聯(lián)系機床廠家技術(shù)客服或者其他技術(shù)人員商討解決辦法。如果是數(shù)控機床硬件故障，聯(lián)系相關(guān)職能部門進行購買并提供訂貨號。若不能確定故障原因，維修人員要記錄好相關(guān)信息與數(shù)控系統(tǒng)公司聯(lián)系。

2.2 故障分析案例

某數(shù)控車床使用 FANUC 0i-TD 數(shù)控系統(tǒng)，選用 βi 主軸電機和 βi SVSP 伺服放大器，機床一開機，就有“SP9073（s）電機傳感器斷線”報警信息出現(xiàn)。主軸電機內(nèi)部有主軸電機轉(zhuǎn)速和位置檢測傳感器以及溫度檢測傳感器，該傳感器信息通過電纜線進人主軸放大器，主軸放大器與 CNC 通過串行數(shù)據(jù)電纜線交換信息，CNC 不斷地讀取從主軸放大器串行數(shù)據(jù)電纜傳送過來的信息，包括主軸放大器、主軸電機及編碼器等信息，當信息中有電機傳感器信號斷線信息時，就在 CNC 上顯示SP9073 報警，七段 LED 數(shù)碼管上顯示 73。SP9073 報警信息是電機傳感器信號斷線，但故障原因不僅限于反饋電纜線斷線，此故障的產(chǎn)生包括幾個環(huán)節(jié)，可能故障原因有：

①. 傳感器參數(shù)設(shè)定錯誤。②. 主軸放大器控制印制電路權(quán)故障，或者連接錯設(shè)導致反饋信號無法收到。③. 主軸電機內(nèi)部傳感器故障或位置調(diào)整故障。④. 主軸電機傳感器的反饋電纜故障。⑤. 外部有高頻干擾信號，造成反饋信號傳輸不正常。

故障分析：

①. 參數(shù)沒人修改；②. 傳感器反饋電纜連接位置正確；③. 反饋電纜線沒有斷線現(xiàn)象，但反饋電纜與動力電纜沒有分開走線；④. 重新把反饋電纜分開走線，再重新上電測試，運行正常。

故障解決：

①. 重新把反饋電纜與動力電纜分開重新走線，機床工作正常。②. 把產(chǎn)生故障的原因盡可能羅列清楚，再對故障原因進行排除。

3、結(jié)束語

數(shù)控機床作為典型機電一體化產(chǎn)品，與其它機電產(chǎn)品在維護與維修方面有很多相似之處，但要確保其高精度可靠運行,維護與維修人員的工作難度還是很大的。其不光要有較強的動手能力、豐富的專業(yè)知識和維修經(jīng)驗，還要有良好的職業(yè)道德責任感。平時做好數(shù)控機床維護保養(yǎng)工作，規(guī)范操作，可以大大降低機床故障率。在處理故障原因時，要做到具體問題具體分析，多角度考問題，逐步縮減排查范圍。通過熟悉數(shù)控機床工作原理和控制過程，結(jié)合相關(guān)診斷工具，慢慢積累故障處理經(jīng)驗，注意觀察數(shù)控機床故障發(fā)生狀況，從而摸索出故障發(fā)生的規(guī)律，能快速的判斷問題所在及時排除故障，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益。

來源：數(shù)控機床市場網(wǎng)

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