数控机床维修中的问题及对策研究

王静

【摘要】数控机床维修中的故障是复杂多样的。本文从维修中需注意的问题、电气故障排除等几方面进行了分析论述，以期对该学科理论的发展以及学生将来实习操作有所裨益。

【关键词】数控机床；维修；问题及对策

一、数控机床维修中的相关问题

1.维修中的故障分类

首先是硬故障与软故障，数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因及后果等，分为硬故障和软故障。硬故障是指电子、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。而软故障般是指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，这就只能与数控机床生产厂商或其服务机构联系解决了。

其次是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。

再次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。

有时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，参照上述分类型采取相应的分析、排除。

2.维修中需要注意的事项

大、中型数控机床的主轴一般都具有齿轮变速传动方式。这是为了保证低速时可传递较大的转矩，同时又能扩大恒功率区域的变速范围。

齿轮变速存在一个“挂档”的问题。在挂档时为预防顶齿现象常采取电机瞬动来完成，因此要注意：大惯量部件的延时需要用时间继电器检测。挂档限位开关应回答计算机挂档成功与否，由于挂档的瞬间点动需向接口输出短时运动命令，因此在PLC中很难实现，因为PAL系统无法处理电机的运动问题，所以在面板上要保留手动挂档按钮开关，对这种问题需要特别注意。在某些情况下，用户可自定义一些G码与M码，实际是调用一个专用子程序完成特定功能。此外，夹紧、放松问题在大型专用设备中比较突出，为了在大惯量条件下准确定位，坐标轴在到达目的位置时应立即夹紧，运动时立即放松。为了避免夹紧时抖动，有时需要对坐标轴分成低夹及高夹两个程度。这些功能的要求会增加接口软件编写的难度。对数控车床来说，要有合理的导轨防护和润滑。

二、数控机床维修中的电气故障排除

1.电气故障排除

电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或故障会丢失数據造成停机，重者则会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，加之一些人为因素，难免出现由电源而引起的故障。

因此在设计数控机床的供电系统时应尽量做到：提供独立的配电箱而不与其他设备串用；电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置；电源始端有良好的接地；进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开；电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离，更不能乱接中线至PE。国标GB/T 52261中明确规定“在电气设备内部，中线和保护接地电路之间不应相连。也不应把PE兼用端子在机械电柜内部使用。”但在现场维修翻新工作中，改造后的数控机床，由于增加器件，需要AC220V电源，就直接将三相380V中的一相与机床PE接地端构成AC220V。显然，当P处因机械故障断开时，此时设备就成为一个对地有AC220V电压带电体。也有在增加三相用电的器件后，将找出的中线接到了PE端子上。这样就对操作者或任何接近机床的人员构成直接电击的危险。

有些数控设备经过维修、改造后增加了一些机构，因走线方便，或与其他设备有动作联系，新增部分的机构不是从该设备的电源切断开关下方引线，而另外引线，违反了“把机械电气设备连接到单一电源上”的规定。紧急情况时，切断设备上的电源开关，却不可能切断设备的全部电流，造成对人员危害的潜在隐患。

2.数控系统位置环故障分析

（1）位置环报警。

可能是位置测量回路开路、测量元件损坏，位置控制建立的接口信号不存在等。

（2）坐标轴在没有指令的情况下产生运动。

可能是漂移过大，位置环或速度环接成正反馈，反馈接线开路，测量元件损坏。

（3）机床坐标找不到零点。

可能是零方向在远离零点，编码器损坏或接线开路，光栅零点标记移位，回零减速开关失灵。

（4）机床动态特性变差。

机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很大一种可能是，机械传动系统间隙过大，甚至磨损严重或者导轨润滑不充分、磨损造成的。对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。

（5）偶发性停机故障。

这里有两种可能情况：一种情况是相关软件设计中的问题，造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失。另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，这点一定要注意。数控机床等设备的电气柜通风，必须采取“正压”方式。有的国产数控机床采用负压通风，刀架上的切削液沿蛇皮管流入电柜，并使电缆地沟中的潮气、切削时的粉尘等皆沿着各通道、缝隙进入电柜之中。使电气柜内线路板及各电气件上留有一层污垢和明显的水汽（凝露）痕迹，机床故障频繁，严重影响机器的正常进行。在GB/T 5226.1中的13.3明确规定控制装置的外壳一般应具备不低于IP54的防护等级。

有些数控机床的改造，尤其是一些局部小改动，却不在相关的技术文件中作出相应的修订或说明，造成文件与实际状况不符。一些设备经几次修理改动后某些部分变成了无线号、无器件标识、无电路或机械图样的“三无”产品。

而一般企业的设备管理部门往往对制造厂提供的技术文件管理比较严格，却对维修改动后的记录不予重视。这种状况持续时间越久，问题就越严重，数控设备对“具体人”或具体维修单位的依赖性就越明显。从而降低了市场竞争力。

因此，对拥有数控设备的学校和企业，在设备维修过程中要特别重视改造一方所提供的资料，是否确实符合GB的要求。