數控機床是一種技術含量很高的機、電、儀一體化的高效的自動化機床，綜合了計算機技術、自動化技術、伺服驅動、精密測量和精密機械等各個領域的新的技術成果，是一門新興的工業控制技術。不同的數控系統雖然在結構和性能上有所區別，但在故障診斷上有它的共性，現結合工作實際談一下數控系統故障分析和維修的一般方法。
一、數控機床常見故障分類
1、確定性故障
確定性故障是指控制系統主機中的硬件損壞或只要滿足一定的條件, 數控機床必然會發生的故障。這一類故障現象在數控機床上最為常見, 但由于它具有一定的規律, 因此也給維修帶來了方便確定性故障具有不可恢復性, 故障一旦發生, 如不對其進行維修處理, 機床不會自動恢復正常.但只要找出發生故障的根本原因, 維修完成后機床立即可以恢復正常。正確的使用與精心維護是杜絕或避免故障發生的重要措施。
2、隨機性故障
隨機性故障是指數控機床在工作過程中偶然發生的故障此類故障的發生原因較隱蔽, 很難找出其規律性, 故常稱之為“軟故障”, 隨機性故障的原因分析與故障診斷比較困難, 一般而言, 故障的發生往往與部件的安裝質量、參數的設定、元器件的品質、軟件設計不完善、工作環境的影響等諸多因素有關.隨機性故障有可恢復性,故障發生后, 通過重新開機等措施, 機床通常可恢復正常, 但在運行過程中, 又可能發生同樣的故障。
加強數控系統的維護檢查, 確保電氣箱的密封, 可靠的安裝、連接, 正確的接地和屏蔽是減少、避免此類故障發生的重要措施。
二、數控機床常見的故障
1、主軸部件故障
由于使用調速電機，數控機床主軸箱結構比較簡單，容易出現故障的部位是主軸內部的刀具自動夾緊機構、自動調速裝置等。為保證在工作中或停電時刀夾不會白行松脫，刀具自動夾緊機構采用彈簧夾緊，并配行程開關發出夾緊或放松信號。若刀具夾緊后不能松開，則考慮調整松刀液壓缸壓力和行程開關裝置或調整碟形彈簧上的螺母，減小彈簧壓合量。此外，主軸發熱和主軸箱噪聲問題，也不容忽視，此時主要考慮清洗主軸箱，調整潤滑油量，保證主軸箱清潔度和更換主軸軸承，修理或更換主軸箱齒輪等。
2、進給傳動鏈故障
在數控機床進給傳動系統中，普遍采用滾珠絲杠副、靜壓絲杠螺母副、滾動導軌、靜壓導軌和塑料導軌。所以進給傳動鏈有故障，主要反映是運動質量下降。如：機械部件未運動到規定位置、運行中斷、定位精度下降、反向間隙增大、爬行、軸承噪聲變大(撞車后)等。對于此類故障可以通過以下措施預防：
（1）提高傳動精度
調節各運動副預緊力，調整松動環節，消除傳動間隙，縮短傳動鏈和在傳動鏈中設置減速齒輪，也可提高傳動精度。
（2）高傳動剛度
調節絲杠螺母副、支承部件的預緊力及合理選擇絲杠本身尺寸，是提高傳動剛度的有效措施。剛度不足還會導致工作臺或拖板產生爬行和振動以及造成反向死區，影響傳動準確性。
（3）提高運動精度
在滿足部件強度和剛度的前提下，盡可能減小運動部件的質量，減小旋轉零件的直徑和質量，以減小運動部件的慣性，提高運動精度。
（4）導軌
滾動導軌對贓物比較敏感，必須要有良好的防護裝置，而且滾動導軌的預緊力選擇要恰當，過大會使牽引力顯著增加。靜壓導軌應有一套過濾效果良好的供油系統。
3、自動換刀裝置故障
自動換刀裝置故障主要表現在：刀庫運動故障、定位誤差過大、機械手夾持刀柄不穩定、機械手運動誤差較大等。故障嚴重時會造成換刀動作卡住，機床被迫停止工作。
（1）刀庫運動故障
若連接電機軸與蝸桿軸的聯軸器松動或機械聯接過緊等機械原因，會造成刀庫不能轉動，此時必須緊固聯軸器上的螺釘。若刀庫轉動不到位，則屬于電機轉動故障或傳動誤差造成。若現刀套不能夾緊刀具，則需調整刀套上的調節螺釘，壓緊彈簧，頂緊卡緊銷。當出現刀套上／下不到位時，應檢查撥又位置或限位開關的安裝與調整情況。
（2）換刀機械手故障
若刀具夾不緊、掉刀，則調整卡緊爪彈簧，使其壓力增大，或更換機械手卡緊銷。若刀具夾緊后松不開，應調整松鎖彈簧后的螺母，使最大載荷不超過額定值。若刀具交換時掉刀，則屬于換刀時主軸箱沒有回到換刀點或換刀點漂移造成，應重新操作主軸箱，使其回到換刀位置，重新設定換刀點。
4、各軸運動位置行程開關壓合故障
在數控機床上，為 保證自動化丁作的可靠性，采用了大量檢測運動位置的行程開關。機床經過長期運行，運動部件的運動特性發生變化，行程開關壓合裝置的可靠性及行程開關本身品質特性的改變，對整機性能產生較大影響。一般要適時檢查和更換行程開關，可消除因此類開關不良對機床的影響。
5、配套輔助裝置故障
液壓系統。液壓泵應采用變量泵，以減少液壓系統的發熱。油箱內安裝的過濾器，應定期用汽油或超聲波振動清洗。常見故障主要是泵體磨損、裂紋和機械損傷，此時一般必須大修或更換零件。
氣壓系統。用于刀具或工件夾緊、安全防護門開關以及主軸錐孔吹屑的氣壓系統中，分水濾氣器應定時放水，定期清洗，以保證氣動元件中運動零件的靈敏性。閥心動作失靈、空氣泄漏、氣動元件損傷及動作失靈等故障均由潤滑不良造成，故油霧器應定期清洗。此外，還應經常檢查氣動系統的密封性。
潤滑系統。包括對機床導軌、傳動齒輪、滾珠絲杠、主軸箱等的潤滑。潤滑泵內的過濾器需定期清洗、更換，一般每年應更換一次。
冷卻系統。它對刀具和工件起冷卻和沖屑作用。冷卻液噴嘴應定期清洗。
排屑裝置。排屑裝置是具有獨立功能的附件，主要保證自動切削加工順利進行和減少數控機床的發熱。因此排屑裝置應能及時自動排屑，其安裝位置一般應盡可能靠近刀具切削區域。
三、數控機床的常見故障排除方法
由于數控機床故障比較復雜, 同時數控系統自診斷能力還不能對系統的所有部件進行測試, 往往是一個報警號指示出眾多的故障原因, 使人難以入手。下面介紹維修人員任生產實踐中常用的排除故障方法。
直觀檢查法
直觀檢查法是維修人員根據對故障發生時的各種光、聲、味等異常現象的觀察, 確定故障范圍, 可將故障范圍縮小到一個模塊或一塊電路板上, 然后再進行排除。
初始化復位法
一般情況下, 由于瞬時故障引起的系統報警,可用硬件復位或開關系統電源依次來清除故障。若系統工作存貯區由于掉電、撥插線路板或電池欠壓造成混亂, 則必須對系統進行初始化清除, 清除前應注意作好數據拷貝記錄, 若初始化后故障仍無法排除,則進行硬件診斷。
自診斷法
數控系統已具備了較強的自診斷功能, 并能隨時監視數控系統的硬件和軟件的工作狀態。利用自診斷功能, 能顯示出系統與主機之間的接口信息的狀態, 從而判斷出故障發生在機械部分還是數控部分, 并顯示出故障的大體部位( 故障代碼) 。
功能程序測試法
功能程序測試法是將數控系統的功能用編程法編成一個功能試驗程序, 并存儲在相應的介質上, 如紙帶和磁帶等。在故障診斷時運行這個程序, 可快速判定故障發生的可能起因。功能程序測試法常應用于以下場合: 機床加工造成廢品而一時無法確定是編程操作不當、還是數控系統故障引起; 數控系統出現隨機性故障, 一時難以區別是外來干擾, 還是系統穩定性個好; 閑置時間較長的數控機床在投入使用前或對數控機床進行定期檢修時。
備件替換法
用好的備件替換診斷出壞的線路板, 即在分析出故障大致起因的情況下, 維修人員可以利用備用的印刷電路板、集成電路芯片或元器件替換有疑點的部分, 從而把故障范圍縮小到印刷線路板或芯片一級。并做相應的初始化起動, 使機床迅速投入正常運轉。
對于現代數控的維修, 越來越多的情況采用這種方法進行診斷,然后用備件替換損壞模塊, 使系統正常工作。盡最大可能縮短故障停機時間, 使用這種方法在操作時注意一定要在停電狀態下進行, 還要仔細檢查線路板的版本、型號、各種標記、跨接是否相同, 若不一致則不能更換。拆線時應做好標志和記錄。
一般不要輕易更換CPU 板、存儲器板及電地, 否則有可能造成程序和機床參數的丟失, 使故障擴大。
參數檢查法
系統參數是確定系統功能的依據, 參數設定錯誤就可能造成系統的故障或某功能無效。發生故障時應及時核對系統參數,參數一般存放在磁泡存儲器或存放在需由電池保持的MOSRAM中, 一旦電池電量不足或由于外界的干擾等因素, 使個別參數丟失或變化, 發生混亂, 使機床無法正常工作。此時, 可通過核對、修正參數, 將故障排除。
原理分析法
根據數控系統的組成原理, 可從邏輯上分析各點的邏輯電平和特性參數, 如電壓值和波形, 使用儀器儀表進行測量、分析、比較, 從而確定故障部位。
除以上常用的故障檢測方法之外, 還可以采用拔插板法、電壓拉偏法、開環檢測法等。總之, 根據不同的故障現象, 可以同時選用幾個方法靈活應用、綜合分析, 才能逐步縮小故障范圍, 較快地排除故障。
機床故障的產生原因是多方面的。對于較為復雜的故障，需要將幾種方法綜合運用，才能正確判斷出故障產生的原因，診斷故障發生的具體部位，從而及時解決故障，減小數控機床給生產帶來的損失，有效提高機床的使用效率。
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