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您的位置网站首页>>教学论文>>浅谈华中数控的故障诊断方法
作者:陈勇 责任编辑:刘昆山

  摘要:在数控迅猛发展,应用日益广泛的今天,为了提高设备的完好率和利用率,提高生产效率,数控机床维修是大家所关注和讨论的热门话题。文章中通过书籍、大量维修实例来对典型数控机床常见故障、可能产生的原因,得出4种故障现象及排除方法,从而提出数控机床维修的一些典型手段,从中希望能寻找到新的维修诊断的方法和手段。
 关键词: 数控维修,故障诊断 ,华中HNC-21T

一、数控维修探讨的必要性
  随着电子技术和自动化技术的发展,数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础,以大规模集成电路为标志的数控设备,已在我国批量生产、大量引进和推广应用,它们给机械制造业的发展创造了条件,并带来很大的效益,逐渐成为主流的工具机床。但同时,由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点,在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。从而使数控维修技术成为一门新新的专业学科,它不仅是保障设备正常运行的前提,对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用。所以,掌握和熟练运用数控维修技术和维修要点使非常必要的。
  从近十年数控维修发展,国内数控系统所产生的故障千变万化,其原因往往比较复杂。同时,极大多数故障自诊断能力还比较弱,智能化程度较低,不能对系统的所有部件进行测试,也不能将故障原因定位到具体的元器件上,往往是一个报警号指示出众多的故障起因,而使人难以下手。因此,要迅速诊断故障原因,及时排除故障,很有必要总结出一些行之有效的故障检查方法来供大家探讨。
下面从现代数控系统的基本构成入手,以华中数控HNC—21T为基础,探讨数控系统的诊断与维修方法。
华中数控装置主要由控制总线(CB)、数据总线(DB)、地址总线(AB)、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。一些数控系统还包括一个通讯单元RS232,它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。转速测量系统主要采用增量式光电编码器A、B脉冲控制。
二、维修前的准备
  任何数控系统,不管是国内还是国外的,数控的组成部分大致一样。作为维修人员必须掌握这种数控设备的主要部分及其工作原理如图(一);


  各个组成部件具体的相互关系及位置;了解数控设备在加工过程的工作状况和加工零件的工艺要求;随时做好日检、月检和历史维修记录;加强对数控设备的巡检,为数控更有目的性、更有效率维修做好准备。
三、数控维修方法的探讨
  1、直观法 直观法是数控维修中最基本、常用的、也是首先使用的维修方法。根据操作人员故障叙述(在没有设备进一步损坏、操作安全的情况下,演示故障),利用人的手、眼、耳、鼻等感觉器官来寻找故障原因。同时根据“先外后内”的维修原则要求我们维修人员在遇到故障时应先采用看、闻、嗅、摸等方法,由外向内逐一进行检查。
1)看 就是用肉眼看仔细检查机床整体外观有无撞击、接口线有无脱落、剪断?有无保险丝烧断、元器件烧焦、烟熏、开裂现象,有无异物断路现象,以此判断板内有无过流、过压、短路等问题。看拖板?观察进给X、Z轴工作位置,是否在加工位置,是否处于超程状态,从而初步判断是否是伺服系统部分故障。看转速?观察主传动速度快慢的变化。主传动齿轮、飞轮是否跳、摆?传动轴是否弯曲、晃动?从而初步判断是否是主轴系统部分故障。例如华中HNC-21T数控车床在安装调试后不久,X轴运动时偶尔出现报警,指示实际位置与指令不一致。采用直观法发现X轴编码器外壳因被撞而变形,故怀疑该编码器已损坏,调换一个新编码器后上述故障排除。
2)听 利用人体的听觉功能可查询到数控机床因故障而产生的各种异常声响的声源,如电气部分常见的异常声响有:电源变压器、阻抗变换器与电抗器等因为铁心松动、锈蚀等原因引起的铁片振动的吱吱声;继电器、接触器等的磁回路间隙过大,短路环断裂、动静铁心或镶铁轴线偏差,线圈欠压运行等原因引起的电磁嗡嗡声或者触点接触不良的嗡嗡声以及元器件因为过流或过压运行失常引起的击穿爆裂声。而伺服电机、气控器件或液控器件等发生的异常声响基本上和机械故障方面的异常声响相同,主要表现在机械的摩擦声、振动声与撞击声等等。例如华中HNC-21T数控车床起动X空运动时,没有进给运动,但系统显示发出信号,电机发生啸叫声,从而大致判断出驱动器故障,换之解决。
3)触 当CNC系统出现时有时无的故障时,宜采用此方法。CNC系统是由多块线路板组成的,板上有许多焊点,板与板之间或模块与模块之间又通过插件或电缆相连。所以,任何一处的虚焊或接触不良,就会成为产生故障的主要原因。检查时,用绝缘物轻轻敲打可疑部位(即虚焊、接触不良、碰线、多余物短路、多余物卡触点等)。如果确实是因虚焊或接触不良而引起的故障,则该故障会重复出现。同时,对于进给运动故障也大多采用此方法:例如丝杆进给时,正常工作时,用手触摸丝杆或拖板运行平滑,加减速成比例上升、下降。当进给系统出现故障:丝杆旋转时速率发生突变,手触明显有抖动感,进一步表现出加工产品表面质量和尺寸精度下降。 也可用其判断机械部分是否齿轮烂牙、键槽松动等。
4)嗅 在电气设备诊断或各种易挥发物体的器件采用此方法效果较好。如一些烧烤的烟气、焦糊味等异味。因剧烈摩擦,电气元件绝缘处破损短路,使附着的油脂或其他可燃物质发生氧化等。
采用直观法可迅速找到故障原因,而采用其它方法要化费不少时间,甚至一时解决不了。但同时也要求维修人员具有丰富的维修经验,要有多学科的较宽知识面和综合判断能力。


2、系统自诊断法

   充分利用数控系统的自诊断功能,根据CRT上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示,可判断出故障的大致原因。进一步利用系统的自诊断功能,还能显示系统与各部分之间的接口信号状态,找出故障的大致部位,它是故障诊断过程中最常用、有效的方法之一。例如华中HNC-21T数控车床加工过程中在CRT上发生出错报警,通过调用自诊断画面显示X超程,但此拖板并没有超程。从此出发找其故障方向原因:原来由于加工人员没有及时清理铁屑,堵塞压住行程开关所致,通过诊断方向,很容易地排除故障。同时注意,数控系统出现一故障现象引起原因多种多样,自诊断系统只给我们维修提供维修的方向,并不完全可信。必须结合实际处理实际故障原因。


3、程序测试法

  功能程序测试法是将所修数控系统的G、M、S、T、F功能的全部使用指令编成一个试验程序,并穿成纸带或存储在硬盘、电子盘、软盘上。在故障诊断时运行这个程序,可快速判定哪个功能不良或丧失。功能程序测试法常应用于以下场合:
1)机床加工造成废品而一时无法确定是编程,操作不当、还是数控系统故障时;
2)数控系统出现随机性故障,一时难以区别是外来干扰,还是系统稳定性不好。如不能可靠地执行各加工指令,可连续循环执行功能测试程序来诊断系统的稳定性;
3)闲置时间较长的数控机床在投入使用时或对数控机床进行定期检修时。
例如一长期工作华中HNC-21T数控车床,加工时出现加工尺寸不稳定:时大时小,通常称其跑线。由于引起跑线原因众多:丝杆间歇过大、电机松动、系统故障、伺服故障、程序不合理。通过固有程序运行,加工并无故障。从而判断出时程序编辑有误。同时,利用程序测试法可以测试新的数控系统,测试数控设备系统的加工精度、机械刚度以及相互的配合度,对整个系统合理配合性进行验证。


4、交换法

  现代数控系统大都采用模块化设计,按功能不同划分为不同的模块,随着现代数控技术的发展,电路的继承规模越来越大,技术也越来越复杂,按照常规的方法,很难把故障定位在一个很小的区域,而一旦系统发生故障利用此方法可缩短停机时间,快速找到故障板。将具有相同功能的两块板互相交换(一块好的,一块被怀疑是坏的),观察故障现象是否随之转移,还是故障依旧来判断被怀疑板。这些板是指印刷线路板、模块、集成电路芯片或元器件。若没有备用电路板或组件,可把故障区与无故障区的相同的电路板或组件互相交换,然后观察故障排除及转移情况,也可得到确诊。
  当数控系统某个轴运动不正常,如爬行、抖动、时动时不动、一个方向动另一个方向不动等故障时,常采用换轴法来确定故障部位。
  例如,华中HNC-21T数控车床,X轴不动,其它功能正常。故采用交换法进行如下: 首先,判断故障可能在系统、驱动器或电机,其次,将步进电机驱动电缆交换,X向正常,Z向电机不动,说明电机正常,系统到驱动器信号也正常。由此可判断原X轴驱动器损坏,需拆开机箱检修。闭环和半闭环数控还应考虑位置和速度反馈。
  同时在使用交换法时注意:
1)必须断电后才能更换电路板或组件。
2)有些电路板,例如PLC的I/O板上有地址开关,交换时要相应改变设置值。
3)有些电路板上有跳线及桥接调整电阻、电容,也应与原板相同,方可交换。
4)模块的输入输出必须相同。以驱动器为例,型号要相同,若不同,则要考虑接口、电流的影响,避免故障扩大。


5、原理分析法

  原理分析法是排除故障的最基本方法之一,当其它检查方法难以奏效时,可从电路基本原理出发,一步一步地进行检查,最终查出故障原因。
  运用这种方法必须对电路的原理有清楚的了解,掌握各个时刻各点的逻辑电平和特征参数(如电压值、波形),然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪对被测点进行测量,并与正常情况相比较,分析判断故障原因的可能性,再缩小故障范围,直至找出故障。例如华中HNC-21T数控车床,KA10不工作,线圈没电,从表面无从下手,排除此故障必须了解数控系统信号输入、输出的相互关系,KA10的前后呼应关系。

(图二)解决步骤1:了解KA10线圈电压需要24V,线圈一端接地,另一端必须有+24V,这一根线是系统输出线Y17,它没有输出原因怎样查找呢?这必须了解系统中线的关系、原理。解决步骤2:Y17信号叫伺服允许信号,驱动外部伺服驱动器工作信号,即使能端。Y17是否有输出,必须检测外部伺服进给是否正常位置?解决步骤3:谁检测告诉系统呢?X23信号。从原理图上可看出,X22受KA9控制,不难看出KA9受急停、X、Z超程开关控制。从而原理分析,当外部行程超程,KA9不正常工作,X23无信号输入,Y17无信号输出,当然进给不能正常工作。他们时紧密联系,相互制约。使其成一完整工作系统。不了解原理,很难找到原因。
维修不可墨守陈规,生搬理论的东西,一定要结合当时当地的实际情况,开阔思路,逐步分析,逐个排除,直至找到真正的故障原因。

  总之,虽然数控系统种类繁多,故障千变万化,维修方法也不尽相同,但仍希望探讨一些行之有效基本方法与思路,与大家交流以期能引起人们对数控系统维修技术的共鸣,在处理故障过程中怎样尽快打开思路、进入状态,缩小检测范围,克服了重重困难,尽力在短时间内解决问题,直触故障根源是维修技术人员水平高低的关键所在。减少设备停歇台时,为保障机床完好率做出应有的贡献。

参考文献:
[1]孙汉卿.数控设备维修技术[M].北京:高等教育出版社,2003.
[2]孙汉卿.数控原理与系统[M].北京:中国劳动保障出版社,2005.
[3]张光跃.数控机床故障诊断与维修[M].重庆:重庆大学出版社,2006.
[4]周炳文.实用数控机床故障诊断及维修技术500例[M].北京:北京大学出版社,2006.
[5]赵德明.伺服系统中检测器件常见故障与维修[J].设备管理与维修,2007,13(11):33-34.

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