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数控机床电气维修技术研讨(二)
(时间:2007-5-16 17:27:09) 订阅社区杂志

位置反馈(参见上节“位置测量”)有三种情况:一种是没有位置测量元件,为位置开环控制即无位置反馈,步进电机驱动一般即为开环;一种是半闭环控制,即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上,也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外,这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度,加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后,可以得到很高的位置控制精度;第三种是全闭环控制,即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上,理论上这种控制的位置精度情况最好,但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低,如若不然,则会严重影响两坐标的动态精度,而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题,千万不可轻视。

(4) 前馈控制与反馈相反,它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路,其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能,故本文不详述,只是要注意,前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。

3. 关于预防性维护

预防性维护的目的是为了降低故障率,其工作内容主要包括下列几方面的工作。

(1) 人员安排 为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员,所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。

(2) 建规建档 针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章,建立工作与维修档案,管理者要经常检查、总结、改进。

(3) 日常保养 对每台数控机床都应建立日常维护保养计划,包括保养内容(如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况,主轴润滑等,油、水气路,各项温度控制,平衡系统,冷却系统,传动带的松紧,继电器、接触器触头清洁,各插头、接线端是否松动,电气柜通风状况等等)及各功能部件和元气件的保养周期(每日、每月、半年或不定期)。

(4) 提高利用率 数控机床如果较长时间闲置不用,当需要使用时,首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能,降低机床精度,油路系统的 堵塞更是一大烦事;从电气方面来看,由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以 万计的电子元器件组成的,他们的性能和寿命具有很大离散性,从宏观来看分三个阶段:在一年之内基本上处于所谓“磨合”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势,如果在这期间不断开动机床则会较快完成“磨合”任务,而且也可充分利用一年的维修期;第二阶段为有效寿命 阶段,也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下,机床正常运转至少可在五年以上;第三阶段为系统寿命衰老阶段,电器硬件故障会逐渐增多,数控系统的使用寿命平均在8~10年左右。

因此,在没有加工任务的一段时间内,最好较低速度下空运行机床,至少也要经常给数控系统通电,甚至每天都应通电。

三、维修与排故技术

1. 常见电气故障分类

数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。

(1) 以故障发生的部位,分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏,这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障,需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失,这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。

(2) 以故障出现时有无指示,分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序,时实监控整个系统的软、硬件性能,一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来,结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位,而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致(如开关不闭合、接插松动等)。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果,并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。

(3) 以故障出现时有无破坏性,分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障,损坏工 件甚至机床的故障,维修时不允许重演,这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之,技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件,则可卸下工件,试着重现故障过程,但应十分小心。

(4) 以故障出现的或然性,分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的 条件则一定会产生的确定的故障;而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障,这类故障的分析较为困难,通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。

(5) 以机床的运动品质特性来衡量,则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下,机床虽 能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节,然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。

此处故障的分类是为了便于故障的分析排除,而一种故障的产生往往是多种类型的混合,这就要求维修人员具体分析,参照上述分类采取相应的分析、排除法。

2. 故障的调查与分析

这是排故的第一阶段,是非常关键的阶段,主要应作好下列工作:

① 询问调查 在接到机床现场出现故障要求排除的信息时,首先应要求操作者尽量保持现场 故障状态,不做任何处理,这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况,依此做出初步判断,以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等,减少往返时间。

② 现场检查 到达现场后,首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性,从而核实 初步判断的准确度。由于操作者的水平,对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例,因此到现场后仍然不要急于动手处理,重新仔细调查各种情况,以免破坏了现场,使排故增加难度。

③ 故障分析 根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型,从而确定排故原 则。由于大多数故障是有指示的,所以一般情况下,对照机床配套的数控系统诊断手册和使 用说明书,可以列出产生该故障的多种可能的原因。

④ 确定原因 对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因,这时对维修人员是 一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。

⑤ 排故准备 有的故障的排除方法可能很简单,有些故障则往往较复杂,需要做一系列的准 备工作,例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理,元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。

数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程,一旦查明了原因 ,故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。

(1) 直观检查法

这是故障分析之初必用的方法,就是利用感官的检查。

① 询问 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果,并且在整个分析 判断过程中可能要多次询问。

② 目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、 刀库、机械手位置等),各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示,局部查看有无保险烧煅,元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落,各操作元件位置正确与否等等 。

③ 触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。

④ 通电 这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电,一旦发现立即断电分析。

(2) 仪器检查法

使用常规电工仪表,对各组交、直流电源电压,对相关直流及脉冲信号等 进行测量,从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况,及对某些电路板上设置的 相关信号状态测量点的测量,用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无,用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

(3) 信号与报警指示分析法

① 硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯,结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

② 软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示,依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

(4) 接口状态检查法

现代数控系统多将PLC集成于其中,而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的,这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示,有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示,而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号,又要熟悉PLC编程器的应用。

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