数控机床的故障诊断方法与维修管理.pdf

第 2 9卷 第 9 期 2 0 0 7年 9月 水利 电力机 械 WAT ER CONS ERVANCY & ELEC TRI C P OW ER MACHI NERY Vo 1 2 9 No 9 S e p 2 0 0 7 数控机床的故障诊断方法与维修管理 T h e f a u l t d i a g n o s i n g me t h o d s o f NC ma c h i n e t o o l a n d i t s ma i n t e n a n c e ma n a g e me n t 肖国红 ， 郑新建 ( 集美大学 工程技术学院， 福建 厦门3 6 1 0 1 2 ) 摘要： 介绍了数控机床的工作原理与系统结构， 提出了故障诊断的方法和维修管理策略， 通过对实例的分 析， 指出了综合运用多种方法进行故障判断和建立维修保养制度对提高维修效率以及企业可持续发展的重 要 意 义 。 关键词： 数控机床 ； 故障诊断； 维修管理 中图分类 号： T G 5 0 2 ： T G 6 5 9 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 6 6 4 4 6 ( 2 0 0 7 ) 0 9 0 0 7 7 0 3 O 引言 数控机床作为一种高科技含量的机 电一体化产 品， 在制造业领域得到了越来越广泛的应用。在 日 益细分的市场需求 中， 数控机床很好地实现 了小批 量 、 柔性化加工的要求并 以其 高精度 、 高效率 、 高适 应性等特点而逐渐取代了传统的普通机床成为工作 母机。数控机床实现了将 电力电子 、 自动化控制 、 检 测 、 计算机等技术的高度结合 。因此 ， 相对于传统机 床而言 ， 数控机床的故障诊断与维修具有 显的不 同之处 ， 研究并总结 出成熟 的数控机床故障诊 断的 理论和维修管理方法， 对于实际维修工作具有 良好 的指导意义。 1 数控机床 的系统结构 数控机床是采用数控技术的机床， 它将待加工 产品的几何信息以特定的语言输入数控系统， 数控 系统相应生成对加工主轴 、 进给轴以及加工辅助部 件的控制命令实现加工。数控机床由硬件系统和控 制软件系统 2部分组成 ， 不 同的硬件和软件 系统的 结合形成了具有不同控制方式和加工精度等级的数 控机床 ， 因此 ， 对数控机床的维修要采用普遍性 的诊 断与实际机床个体相结合的原则。 数控机床的硬件系统包括输入 输 出设备 、 数控 装置 、 伺服单元 、 驱动装置 、 可编 程控制器 、 电气 装 置、 辅助装置 、 机床本体和测量装置等部分 ， 如 图 1 所示 。它在系统软件的控制下完成所要求 的加工动 作和辅助动作 ， 实现对被加工对象的生产加工 。 图 1 数控机床的硬件系统 数控机床的软件系统 ， 可分为管理软件和控制 软件 2 部分 ， 主要产生 软件指令以实现对硬件系统 的控制， 如图 2所示。因此 ， 对数控机床进行故障诊 断与维修 ， 必须综合考虑软件系统与硬件系统的相 互影响， 才能确定正确的诊断与维修方法l 引。 2 数控机床的故障诊断策略 在对数控机床进行故障诊断前 ， 了解故障发生 的规律十分必要。 在数控机床的整个使用寿命内， 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 61 8 作者简介 ： 肖tt I( m7 o一) ， 男 ， 湖北武汉人 ， 集美大学工程技术学院助教 ， 主要从事数控技术 、 机电一体化和机器人技术方面的教学和研究工作。 维普资讯 7 8 水利 电力机械 2 0 0 7年 9月 图 2数控机床的软件系统 故障发生频率的高低大致可分为 3个阶段 ， 即磨合 期 、 稳定期和衰老期。磨合期一般从整机安装调试 开始运行后半年到 1 年时间， 故 障频率高且一般无 规律可循 ， 发生在电气 、 液压和气动系统部分的故障 频率约占此阶段故障的 9 0 ； 数控机床在经过各种 磨合、 调整后 ， 开始进入相对稳定的正常运行期 ， 此 阶段各类元器件器质性故障比较少见 ， 偶而发生的 机电故障概率基本相等 ， 此阶段一般持续 7 1 0年； 在衰老期阶段， 数控机床上各类元器件开始加速磨 损和老化 ， 故障频率逐年增加， 并且故障性质属于渐 发性和器质性。由于数控机床使用时问的长期性和 故障的多样性， 对它的故障诊断和维修 ， 既要有常规 的手段和方法 ， 又要有专门的技术和检钡 4 手段 ， 必须 从软件 、 硬件 、 机械和电气等多方面综合考虑l 3 j 。一 般来说 ， 数控机床的故障诊断方法有 以下几种 ： ( 1 ) 直观诊 断法。通过故 障发生时产生 的声 、 光 、 味等感官现象 ， 对数控机床的机 、 电、 液等部分进 行常规检查 。检查内容包括： 1 ) 机床硬件系统问各部分的连接是否牢固可靠。 2 ) c N c系统内的电路板是否出现明显可疑现象。 3 ) 机械系统部分的液压 、 气压 、 油压是否满足数 控机床的使用要求。 4 ) 电气 、 机械部分的元件是否有损坏现象。 在实际故障诊断中， 直接诊断法对于发现机械 系统部分的故障十分有效 j 。 ( 2 ) 参数检查法。数控机床中有大量的参数 ， 这 些参数的合理设置能保证机床的正常使用和性能的 完全发挥。但是在机床实际使用中， 由于数控系统 备份电池失效、 操作者误操作、 电网瞬间断电等问题 都会使系统参数丢失或改变而导致数控机床不能正 常工作。因此 ， 对此类故障的诊 断方法就是要充分 地了解数控系统各参数的含义和作用， 从而快速地 确定维修措施， 减少故障诊断时间l 5 j 。 ( 3 ) 操作诊断法。在数控机床的故障诊断中， 为 了再现故障发生前机床的运行状态或排除某些可能 的故障 ， 常需要执行某些特殊的操作( 比如通过手动 单步观察主轴运动 、 工作 台进给或通过执行单一功 能的加工指令) 进行动作与加工功能的检测。这样， 可以将故障发生的范 围逐步缩小， 从 而可最终确定 故障发生的确切位置。 ( 4 ) 系统 自诊断法。一般知名的数控机床都随机 带有 自诊断程序或专用的诊断软件 ， 这些程序或软 件， 对上述几种方法还难以诊断的故障具有 良好的综 合诊断能力， 维修人员能够根据诊断出的多个问题全 面评价， 有时还可以借助专家系统综合评判， 是解决 复杂难题或解决故障时的一种很有效的方法。 3 数控机床的维修管理 对数控机床的维修 ， 不仅需要正确地诊断所发 生的故障， 而且还必须有效地实施维修管理。制定 合理的机床维修保养制度 ， 能够有效地做到预防故 障发生和提高维修保养效率 ， 特别是对于数控机床 使用大户尤其具有重要的意义。数控机床的维修管 理主要包括以下 3个方面l 6 j 。 3 1 预防维修管理 预防维修管理是通过建立一套适合本单位的数 控机床维修及保养管理制度 ， 实现定期对数控机床 实施不同复杂度等级的维护与保养措施 ， 从而最大 程度地保证数控机床始终处于最佳工作状态。它包 括预防维修保养的计划、 保养实施范围、 保养人与监 督者以及实施 日期等内容 的制订与实施 ， 从而获得 设备状态的现时信息， 为故障发生时进行诊断和维 修提供重要参考。 3 2 故障诊断与维修保养资料管理 对已进行的维修保养和故障诊断， 及时将维修 保养资料整理归档 ， 既形成 了完整的设备使用历史 资料 ， 为该设备后续 的维护保养提供 了真实详细的 参考依据 ， 也可以使维修保养人员不断总结 、 积累经 验 ， 促进维修技术水平的提高。数控机床作为一种 一 次性投入大、 技术含量高、 维修复杂的高价值固定 资产 ， 要想充分发挥其使用价值为企业创造利润 ， 就 需要数控机床的相关工作人员不断积累对设备的认 识和使用管理经验 ， 整理完整有效的设备档案资料 是达到这一 目标的重要手段。 3 3 维修备件的管理 为了提高数控机床的维修保养效率 ， 建立适合 本企业特点的备品备件管理是十分必要 的。维修备 件的管理包括及时制订备件需求计划 、 了解备件的 市场价格、 制定合理的备件采购渠道、 掌握备件的库 维普资讯 第 2 9卷第 9 期 肖国红， 等： 数控机床的故障诊断方法与维修管理 7 9 仃和消耗状况 l J 、J 棒有效的 件管 E t ! d - ： f Y 可以 支 时保证维修所 、 减少没箭的精冲孵损时问 ， 而l 二 l J 以规避 场供求父 系变化 导皱 的风险， 降低 l k g q i 产成本 。 4 实例分析 ( 1 ) 敝障现象 1 。1 台 IL N U C O M B加 【 1 l1 心， 运行过 【 l 1 润滑突然 t r 断并J ： ， t i 报警 ， j f 乏 警指爪灯 小停f J 烁， J J lJ l 叶 心停止 作 故障分析 陔没备的技术手册和 I 洲操作 技术人员的意 得 ， 该设备 的润滑系统 囱 j 作 控制程序和状念监摔功能 润滑系统发牛异 带 的情 况可 分为 4利 ： 1 ) 润滑油路 漏或 力 天火 2 ) 润滑油路堵 塞或 开父火 。 3 ) 润滑油小足而导敏液 c z a r 天 合报警 4 ) 润 滑油泉 电机过 载 一 这些 常发生后都会将报警信息送到 R奇仔器 6 5 2 地址 的高 4位通过查询地址 R 6 5 2 4R 6 5 2 7 的参数值 ， 呵快速准确判定敞障发生的准确何置 通 过人 一机界山所幕发现 R 6 5 2 7的值为 1 ， 说明u J 能发 生的故障是第 2 ) 项 ， 步确定故障位昔。 故障处理 检金涧滑汕路的 开关 ， 发现压 力开关几积碳或机械损坏现象 ， 通 电测试 后 fJ 开 关能 I I 常动作 再于动通润滑油 ， 发现涧附j I l l 1 能 顺利从汕牟 f i 打入被润滑部位 ， 进 一 步愉盎发现油管 叶 堵塞 混入的金属 啊， 动消理 切 i f J L 床 恢复 作 ， 一切 F 常 ( 2 ) 故 障现象 2 1台数 摔铣 ， 采 用 F A N L i C 6 ME数控系统 ， 存加 过 r 。轴出现抖动故 障了 1 同 _ 重复定他精度 准确 故障分析 、恨据 f L 现的敞障现象， 设 备u J 以扯 系统的 制下完成加 J 动作， 表叫议 的软f 1 ： 系统 控制指令和I 乜气 制逻辑址 F 常的， J 能发生的故 障在于机械部9n 9 连接 f ll 靠或传动闸隙导致 拆 F 传动箱 ， 愉 传动f lI P 轮的 轮 隙 、 轮 条的止 反问隙、 液 火紧饥构 部什发现儿芹常， 发 光 栅尺尺 螺钉忪动 敛 个尺缝之川仃不问 度的 错佗 故障处理一 将比栅尺J 庠螺钉 酉新拧紧 ， 新 J f 机榆台发现战障i lj 除。 ( 3 ) 故障现象 3 1 台数控铣床， 采 州 S I E Mt ： N S 的 8 4 0 1 ) 数控系统 ， 住长似结束 重新投入加 _ f I l 发 现各进给轴 无f f I：1 J 反J w行 F J 指示灯 处 丁点亮 状 态 。 故障分析。根据 陔没备的技术性能， 该机床横 I 纵向 、 币直 向的进给轴 ， 轴 联动 经过 技术分忻， 特仅仅是机械 部分或软什控制部分发生 故障 f 会 导致 3个轴均 能动作， 而可能足某个电 气总控制部位的 常 导致， 打J I ： 机床电气恒 ， 发现 伺I I 板 均台报警且 示有“ I ” ( 低L 压) 样 ， J 步断定 电源电压可能出现问题一用 用 逐个榆杏 控制 3个轴的相 电 ， 发现 L ， 只有 l J 1 和 L 1 电 的 一 半 ( 1 1 0 V左 ) ， 再进一 步检查电线连接及 电线质 量 ， 发现 L 处入接线不 故障处 。最新将 L ， 处连接牢 固， 并加 其他 的电气连接处 ， 再丌机试加工 ， 一切恢复止常 5 结束语 住数控机床的故障诊断和维修保养中， 虽然 u J 用多种诊断方法发现故障 。 但是扎实的珲论知识和 丰富的实践经验对于高效 、 快速地进行故障诊断仍 然足 I 分必要 的：同时 ， 建立 良好 的维修保养管理 制度和故障诊断历史档案 ， 对于数控 没备 的长期使 用和 业的 】 持续发眨也具仃积檄 的： 卷义， 值得存 践巾推广和应用。 参考文献 1 J 红 教拧机 睐故 障 诊断 l J 尔 厅电机， 2 0 0 6 ， ( 6 ) ： 616 5 2 j t -：J x t ， 张超英 数 理与 典 数控 系统 M 北 ： 舟等教 f 出版 ， 2 0 0 3 3 j_ i- i 人 数 机 味故障诊