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數控設備在維（wéi）修過（guò）程中次生故障問題的研究

2018-6-22 來源：南通職業大學作者（zhě）：季照平

摘要：分析了數控設備維修中次生故障產生的主要原因和種類，給出了數控設備次生故障（zhàng）的（de）概念，提出了一些常用的預防數（shù）控設備發生次生故障的方法。

關鍵詞（cí）：數控設備（bèi）；維修（xiū）；次生故障

0、引言

隨著數控設備使用（yòng）年限的增（zēng）加、數控（kòng）係（xì）統的（de）老化（huà）、早期（qī）應用的數控係統停產等因素，使得數控設備的保養和維修變得日（rì）益困難。數控設備涉及（jí）多個領域的知識，如機械、液壓、電氣、計算機、氣動、光學（xué）、計（jì）算（suàn）機控（kòng）製等，與狀態監測、故障診斷、數字測試等技術密切相（xiàng）關，與普通（tōng）機加工設備相比較，數控設備的維修、維護方法有很大的區（qū）別。加之（zhī）使用數控設備用戶的層次也不（bú）盡相（xiàng）同，因此，企業對數控設備維護、維（wéi）修的認（rèn）知程度也不一樣，同樣（yàng）加（jiā）劇了數控設（shè）備維修、維護的難度。

現在能夠熟練掌握數控設備軟、硬（yìng）件維修的專業人才比較缺乏，大（dà）部分維修（xiū）人員對數控維修方麵專業知識掌握不（bú）夠。因此，在進（jìn）行數控機床維修時（shí），常會使（shǐ）用一些不合理的（de）方（fāng）法（fǎ）進行機床軟硬件設置、操作，可能會造成數（shù）控設備各通信模塊（kuài）之間的不匹（pǐ）配，嚴重的會導致驅動板短路、擊（jī）穿，對數控設備造成次生故障。

1、數控設備次生故（gù）障的種類

數控設備由數控係統、電氣控製係統、機械結構3 部分組成，結構比較複雜，因此，維修時造（zào）成機床次（cì）生故障的（de）種類也比較多。從設備的這三大結構（gòu）看（kàn），次生故障可以分為三類：數控係（xì）統參數故障；PCB板接（jiē）線、PCB 板元器件、旋鈕參數設置故（gù）障；機械（xiè）部件及（jí）其他形式的故障。

數控係統參數故障是指係統的初（chū）始參數遭到人（rén）為（wéi）改動（dòng），致使設備無法正常運行。Fanuc 0I-Mc 為例，需設定的參數近千個，主要（yào）有基本參數、伺（sì）服參數、主軸參數三大（dà）類（lèi）。任意更改其中的一個參（cān）數（shù）都可能會影響設備的正常運行。數控係統參數故障在設備（bèi）維（wéi）修中時常出現。在設備維修時，設備係統參數由於調試的需要會被修改，但經常會出現調試結束後（hòu）沒有及時將數據複原。如果本次設備維修（xiū）沒有成功，那會導致後續維（wéi）修相當麻煩。但是對於這（zhè）類的次（cì）生故障修複比較簡單，查明原因（yīn）後，可以（yǐ）用廠家（jiā）提供的數據盤對係（xì）統數據進行恢複即可。

現代數（shù）控係（xì）統由各個相對（duì）獨立（lì）的（de）功能單元組合而成，每個單元上都有很多參數旋鈕、開關、數據插（chā）線等。比如在伺服驅（qū）動單元中用參數旋鈕來調節係統零點漂移和閉環增益。在係統已（yǐ）經調（diào）試完畢的情況下，任意調節其中的參數旋鈕都會對係統的穩定運行帶來危害。通常情況下，該類故障不（bú）易（yì）發現，因此往往會加劇設（shè）備維修（xiū）的難度。

PCB 板元器件故（gù）障是指 PCB 板的電子元器件在維修更換時人（rén）為導致電子元件損壞、導電銅模擊穿斷裂的現象。現代數控係統的各功（gōng）能單元都是由大規模集（jí）成電路組成，造成電子元（yuán）件故障（zhàng）的原因很多，如過流、過熱損壞（huài），高壓擊穿（chuān）等。數控係統所采用的一些電（diàn）子元件、芯片都是十分精密（mì）的，特征參數要求較高（gāo）。甚（shèn）至有些廠商為了滿足設計需求（qiú），相關芯（xīn）片都是（shì）定製（zhì）生產的，這勢必會導致設備維修難度（dù）的增加。集成電（diàn）路板維（wéi）修時，維修人（rén）員必須要注意對高壓靜電的釋放，各種合成化纖材料如地（dì）毯、人造地（dì）板、橡膠鞋底由於摩（mó）擦的作用可能（néng）會在人（rén）體上產（chǎn）生（shēng）瞬間的高壓靜電，導致 CMOS 元件的損壞、存儲器（qì） CMOSRAM 的損壞或者數據遺失，嚴重的會導致 PCB 板線（xiàn）路擊穿。此外，由於（yú）數控係統的複雜性，很多（duō） PCB 板往往都做成 4 層、5 層甚至更多（duō）層數，有時為了排除該 PCB 板是否有問題，通過置（zhì）換法頻繁的拆裝、插拔該電路板。由於力的作用，在置換電路（lù）板時導致PCB 板彎曲使得板內導線斷裂。這種故障的維修（xiū）需要專業的調試監測設備，維修難度相當（dāng）大。

機械（xiè）部件的次生故障如機械部件（jiàn）安（ān）裝位置不準確、機械部（bù）件安裝錯位、部（bù）件緊固的螺栓受力不均等，也會影響設備的加工精度，影響設備的正常運行。這些也是在維修過程中需要注意的。

2、次生故（gù）障的嚴重性

維修時有（yǒu）些次生故障造成非常嚴重的後（hòu）果，導致故障修複周期延長，難（nán）度（dù）加大，給企業造成巨大的經濟損失。

某企業（yè）早期引進的配套 YASKAWA 係統的五軸加工中心，該加工中心可進行多種工藝加工、功能（néng）相當（dāng）強大，係統結構複雜。該數控係統是由（yóu）YASKAWA公司自行研發的，工業控（kòng）製機（jī）為核心（xīn）單元的係統，係統結構相當複雜，由於該類控製係統已下線，不再生產。當該係統出現故障時，YASKAWA 售後部門也找不到好的解決方法。

以該係統無法正（zhèng）常啟動為例，說（shuō）明次生故障的嚴重性。由於係統老舊，經常有些零星的故障發生，所以在修複該故障之前，企（qǐ）業維修部門已經安排相關的維修人員（yuán）進行了數次維（wéi）修，但是故障未能排除。後邀請數控維修專家協助故障排除。經檢測（cè）後發現24 V 電源指示燈正常，但電（diàn）源（yuán）輸出為 12 V，經更換電（diàn）源 PCB 後，電（diàn）源（yuán）輸出正常，嚐試開機，但係統依然未能（néng）正常啟動。查閱係統工控機結構資（zī）料時，發現資料不完整，從係統原理（lǐ）這個方麵入手排查故障也（yě）難以實現。但該五軸加工中心（xīn）是企業產品關鍵部件（jiàn）的（de）加工設備，由於設備故（gù）障，對企業的正常生產產生極大的影響（xiǎng）。為盡快修複機床，對機床係統的硬件結構（gòu）進行詳細檢查。在檢查到係統中斷係（xì）統時，根據工控機的工（gōng）作原理和（hé）數控係統開機時的一些現象，大致可以判斷出中（zhōng）斷係統的這 2 個輸出端被人為短接了。經和廠家相關人員（yuán）聯係，對該人為短接作了確認，並恢複正確（què）的接線方式。重新開機（jī），數控係統可以正常啟（qǐ）動，故障解決。

同樣，某配套 Siemens 802D 係統的數控車床，在加工完檢測工件時，發現（xiàn）尺（chǐ）寸偏差較大，無法通過磨（mó）耗（hào）修調來實現加工精度。由於機床在運行過程中（zhōng），無任何報警現象，因此可以判定數控（kòng）係（xì）統（tǒng），伺服驅動（dòng）係統沒有問題（tí）。造成尺寸偏差較大的原（yuán）因（yīn）是（shì）控製係統參數（shù）與傳動係統參數不匹配造成的（de）。要保證參（cān）數匹配，必須統（tǒng）一設定以下參數：指令（lìng）倍乘係數，檢測倍乘係數，電子齒輪比，絲杆螺距，編（biān）碼器脈衝數等。這樣才能保證加工的實際尺寸與理（lǐ）論尺寸（cùn）一致（zhì）（合理的誤差，可（kě）通過磨耗修調）。在檢查 Siemens 802D 數控（kòng）係統參數，發現 2 個驅動軸的編碼器脈衝數和係（xì）統設定的值不（bú）一（yī）致。經查看 X/Z 軸的伺服電（diàn）機型號相同，但所配置的編（biān）碼器脈衝數不一樣，係統設定時（shí）把（bǎ）2 個脈衝值設置（zhì）錯位了。後與企業維修部門溝通得知（zhī），在機床保養時（shí），把電機拆下進行（háng）了清洗積碳，在安裝時沒有（yǒu）注意到兩（liǎng）電機所配（pèi）置的編碼器不一樣，把 X/Z 軸電機安裝錯位了，導致了加工尺寸偏差較大的故障。經重新安裝電機後（hòu），零件加工精度（dù）恢複正常。

3 、次（cì）生（shēng）故障的預防

由於數（shù）控設備涉及多個學科領域，內部組成結構非常（cháng）複雜。如果一個（gè）維修人員僅僅懂得機械結構的維修、或僅（jǐn）從事過電氣方麵的維修，是遠遠不（bú）夠的。要求維修（xiū）人員熟練掌握各學科領（lǐng）域知識，也是不現實（shí）的。因（yīn）此就難免（miǎn）會在維修過程中，造成次生故障（zhàng）問題。

預防數控設備維修（xiū）過程中（zhōng）發（fā）生次生故障問題，顯得尤為迫切和重要。根據（jù）數控設備的結構，把設備維修分為設備外（wài）圍設（shè）備維修、設備本體機械部分維修、數控係（xì）統軟件部（bù）分維修和數控係統硬件部分（fèn）維修。根據維（wéi）修大類，明確維修人員責任範圍。如（rú）維修大類發生交叉時，維修人員必須相互協商共同（tóng）製定維修方案後實（shí）施。此外，企業維保人員（yuán）及時做好設備的定期維護保養，也是（shì）有效預防機床故障的方法。

維修過程中，維修人員必須嚴格遵守維修製度，這也有助於減少次生故（gù）障問題發生概率。如維修時選擇合適的維（wéi）修工（gōng）具，工作服等，避免由於工作服靜電（diàn）和選用工具（jù）不（bú）當造成的元器（qì）件損壞（huài）；維修時做好詳盡的維修記錄，記錄好（hǎo）維修前的各開關參（cān）數狀態（tài）、通信電纜（lǎn）接插件位置等，如果維修未成功，及時恢複到維修前狀態；維修前要做好充分的技術準備，充分了解需維修模塊的工作原理；維修中參數（shù）修改、接線要規範；維修後編製維修說明，維（wéi）修資料專人妥善保管。

4、結語

通過對（duì）數控設備維修中所產（chǎn）生次生故障的種類及（jí）嚴重性的分析，表（biǎo）明生產企業製定合適的數控設（shè）備維修保養管（guǎn）理辦法（fǎ），對預防數控設備（bèi）維（wéi）修中發生次（cì）生故（gù）障問題具（jù）有積極意義，同（tóng）時亦可為企業帶來良好的經濟效益。

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