【數控機床】基于典型機電一體化設備數控機床維護與維修初探
2020-12-22 來源：江蘇省宿遷中等專業學校 作者：焦雙強
摘要：我國提出《中國制造 2025》規劃，要把制造大國向制造強國轉型，加強新技術與制造業深度融合，突出智能制造，那么機電一體技術會獲得快速發展，其典型設備—數控機床市場占有率會極大提高，那么設備的維護與維修在實際生產中就會占據重要意義。做好設備維護與維修工作，保障企業正常生產，降低設備故障發生率，延長設備平均使用壽命，從而降低產品生產成本，增強企業市場競爭力。文章闡述了數控機床日常維護管理的內容及維修的一些方法，保障數控機床有效運行奠定了良好基礎。
關鍵詞：數控機床；維護；維修；設備
0、引言
數控機床是典型的機電一體化設備，能實現機械加工的高速度、高精度和高自動化，其技術融合了機械、液壓、氣壓、電氣、傳感監測和信息傳輸等。在工業智能化趨勢下，數控加工作為智能制造重要一環，關乎企業正常生產經營，其日常維護管理、故障診斷與排除越來越受到企業重視。做好數控機床維護與維修工作，同時也能為智能制造其它生產單元提供示范引領作用。數控機床結構復雜，涉及的技術范圍廣，一旦發生故障不能正常運行，如果工作人員沒有維修技術、方法和經驗，那么短時間內很難排除故障。企業要是從機床生產廠家聘請專門技術人員來現場維修，既要耽誤大量的生產時間，還要付出很高的維修成本，但是有時故障發生原因很簡單，只需簡單操作即可解決，比如技術人員在現場修改某個參數。聘請的技術維修人員如果對解決問題的方法進行保密，那么再發生類似的故障，勢必會增加企業維護與維修成本。企業要加強這方面的人員和設備管理，對一些故障進行防范和維修技術積累，是可以降低設備故障發生率，延長設備使用壽命，保障產品質量，從而提高企業生產效率，降低生產成本。
1、 數控機床維護與維修基礎
1.1 數控機床維護與維修的基本內容
從現在企業生產機電設備方式上看，都是模塊化生產，從數控機床的數控系統到機械零部件，各個企業分工明確，進行專業化、規模化的設計和制造，數控機床廠已經從傳統的零部件設計、生產、組裝，轉變為機床的總裝廠。那么作為數控機床廠家想要修復所有故障就不太現實，更別說機床的使用者了。作為企業的設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，降低設備故障發生率，提高企業生產效率。數控機床維護與維修人員要充分了解機床構造、原理及組成，熟悉各個零部件的結構、規格和訂貨型號，甚至其訂貨渠道。對于易損件要有充足的備份，在數控機床發生故障時能及時更換。現代數控機床維護與維修的內容比較多，包含機械、電氣和控制，其要求也很高，好在數控機床自帶了很多診斷軟件，加上其它技術手段，維護與維修還是比較方便的。要充分利用數控系統和伺服驅動系統提供的維修和診斷信息，這是現代數控機床維護與維修的一項重要診斷手段和工具，如傳統的檢測儀器已經很難檢查數控系統和伺服驅動系統的控制和反饋信號，利用計算機技術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域，縮小故障排除范圍。對于電氣部分，要能理解整個數控機床電氣控制系統控制過程，看懂電氣圖紙，熟悉數控系統和伺服驅動系統和可編程控制器之間的信號聯系過程和控制接口。對于有問題的元氣件，根據電氣控制系統模塊化的設計理念，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，或者借助一些專業化設備進行診斷排故，對一些功能失效零部件進行必要的更換。由于數控機床有別于傳統機床，其本身保存了大量數據信息，要及時做好相關數據的備份。
1.2 數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要求
數控機床是價格相對高昂的自動化機電產品設備，結構復雜，技術密集，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，還要掌握數字控制、PLC 編程和伺服驅動的工作原理，能利用網絡技術進行線下、線上診斷排故。對機床各部分功能結構都要了解，具備相應的電工電子技術、自動控制與電力拖動、機械傳動、液壓和氣動等基礎知識。熟悉數控系統設備的系統配置、硬件連接、數據備份等內容；能看懂電氣圖，并能與實物相對應；能看懂梯形圖，并能局部修改；會改系統參數；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，為后續維護與維修工作提供參考。
1.2.2 技術資料準備
數控機床種類繁多，其技術參數千差萬別，即使同一機床廠家生產的同一型號的數控機床很多參數設置都有差異，做好原始備份非常重要。一般數控機床具備的資料有：機床使用說明書、私服系統技術資料、主要部件技術資料、數控系統資料、PLC 方面技術資料、電氣圖紙、部件清單及其訂貨號、維修記錄、機床參數、梯形圖等。這些技術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是利用系統提供的診斷手段，查閱有關資料并快速判斷故障所在。
1.3 數控機床日常維護工作
為了保證數控機床正常使用，企業都會制定一套完整的設備維護管理方案，其數控系統日常維護就是重中之重，數控系統是整個數控機床控制核心，對其維護對這個機床來說至關重要。數控系統的維護重要的工作有：
1.3.1 保證數控系統散熱正常
數控系統要在一個合適的環境中才能正常工作，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。
1.3.2 定期更換電池
在操作機床時有很多數據要保存，電池正常供電能確保 RAM 中的數據不會丟失，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 中的數據不會丟失。
1.3.3 備份好數據
在更換有關電路板時要注意規格型號，在更換前做好有關數據備份工作，因為有些電路板中含有機床參數和數據，以確保系統軟件能正常運行。以 FANUC 數控系統中數據為例，種類較多，包含螺距誤差補償數據、宏程序、系統參數數據、道具補償數據、系統配置數據、伺服和主軸維護信息、FLASH ROM 中的數據、PLC 程序等。維護與維修人員必須理解各種數據的作用，怎么備份，用什么軟件備份，這項工作做好后，就抓住數控設備維護與維修的核心。
1.3.4 定人定機使用
數控機床定人定機使用，操作人員更加熟悉設備的特點，即使數控系統操作面板按鍵字符模糊不清，也可以減少對數控設備誤操作和維護不當。
2 、數控機床故障分析
2.1 數控機床故障處理思路
數控機床強大的故障報警系統給維護與維修人員工作上帶來有力的幫助，例如 FANUC 數控系統提供豐富的報警號和報警信息，為了便于用戶區別報警分類，在每個報警號前加了報警類別縮寫，比如與伺服模塊相關的報警“SV0438（X）逆變器電流異常”，維修過程中要充分利用系統提供的報警號和報警信息進行分析和判斷。當數控機床發生故障時，故障處理的思路一般是：首先弄清數控機床故障發生情況，維護與維修人員要認真調查現場，了解故障發生的時間、發生頻率和發生故障的工作條件，詢問操作人員機床使用情況，以往機床故障處理情況，然后根據調查的情況，有報警信息的，根據報警信息處理，沒有報警信息的，根據數控系統控制過程處理。如果維修人員根據現有資料和經驗不能排除故障，那么就要聯系機床廠家技術客服或者其他技術人員商討解決辦法。如果是數控機床硬件故障，聯系相關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信息與數控系統公司聯系。
2.2 故障分析案例
某數控車床使用 FANUC 0i-TD 數控系統，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。主軸電機內部有主軸電機轉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 通過串行數據電纜線交換信息，CNC 不斷地讀取從主軸放大器串行數據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，此故障的產生包括幾個環節，可能故障原因有：
①. 傳感器參數設定錯誤。②. 主軸放大器控制印制電路權故障，或者連接錯設導致反饋信號無法收到。③. 主軸電機內部傳感器故障或位置調整故障。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、結束語
數控機床作為典型機電一體化產品，與其它機電產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、豐富的專業知識和維修經驗，還要有良好的職業道德責任感。平時做好數控機床維護保養工作，規范操作，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。通過熟悉數控機床工作原理和控制過程，結合相關診斷工具，慢慢積累故障處理經驗，注意觀察數控機床故障發生狀況，從而摸索出故障發生的規律，能快速的判斷問題所在及時排除故障，提高企業生產效率，降低產品生產成本，提高企業效益。
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