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數(shù)控設(shè)備在維修過程中次生故障問題的研究

2018-6-22 來源：南通職業(yè)大學(xué) 作者：季照平

摘要：分析了數(shù)控設(shè)備維修中次生故障產(chǎn)生的主要原因和種類，給出了數(shù)控設(shè)備次生故障的概念，提出了一些常用的預(yù)防數(shù)控設(shè)備發(fā)生次生故障的方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控設(shè)備；維修；次生故障

0、引言

隨著數(shù)控設(shè)備使用年限的增加、數(shù)控系統(tǒng)的老化、早期應(yīng)用的數(shù)控系統(tǒng)停產(chǎn)等因素，使得數(shù)控設(shè)備的保養(yǎng)和維修變得日益困難。數(shù)控設(shè)備涉及多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，如機(jī)械、液壓、電氣、計(jì)算機(jī)、氣動(dòng)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)控制等，與狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、數(shù)字測試等技術(shù)密切相關(guān)，與普通機(jī)加工設(shè)備相比較，數(shù)控設(shè)備的維修、維護(hù)方法有很大的區(qū)別。加之使用數(shù)控設(shè)備用戶的層次也不盡相同，因此，企業(yè)對(duì)數(shù)控設(shè)備維護(hù)、維修的認(rèn)知程度也不一樣，同樣加劇了數(shù)控設(shè)備維修、維護(hù)的難度。

現(xiàn)在能夠熟練掌握數(shù)控設(shè)備軟、硬件維修的專業(yè)人才比較缺乏，大部分維修人員對(duì)數(shù)控維修方面專業(yè)知識(shí)掌握不夠。因此，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床維修時(shí)，常會(huì)使用一些不合理的方法進(jìn)行機(jī)床軟硬件設(shè)置、操作，可能會(huì)造成數(shù)控設(shè)備各通信模塊之間的不匹配，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)板短路、擊穿，對(duì)數(shù)控設(shè)備造成次生故障。

1、數(shù)控設(shè)備次生故障的種類

數(shù)控設(shè)備由數(shù)控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)3 部分組成，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此，維修時(shí)造成機(jī)床次生故障的種類也比較多。從設(shè)備的這三大結(jié)構(gòu)看，次生故障可以分為三類：數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)故障；PCB板接線、PCB 板元器件、旋鈕參數(shù)設(shè)置故障；機(jī)械部件及其他形式的故障。

數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)故障是指系統(tǒng)的初始參數(shù)遭到人為改動(dòng)，致使設(shè)備無法正常運(yùn)行。Fanuc 0I-Mc 為例，需設(shè)定的參數(shù)近千個(gè)，主要有基本參數(shù)、伺服參數(shù)、主軸參數(shù)三大類。任意更改其中的一個(gè)參數(shù)都可能會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)故障在設(shè)備維修中時(shí)常出現(xiàn)。在設(shè)備維修時(shí)，設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)由于調(diào)試的需要會(huì)被修改，但經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)調(diào)試結(jié)束后沒有及時(shí)將數(shù)據(jù)復(fù)原。如果本次設(shè)備維修沒有成功，那會(huì)導(dǎo)致后續(xù)維修相當(dāng)麻煩。但是對(duì)于這類的次生故障修復(fù)比較簡單，查明原因后，可以用廠家提供的數(shù)據(jù)盤對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)即可。

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)由各個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能單元組合而成，每個(gè)單元上都有很多參數(shù)旋鈕、開關(guān)、數(shù)據(jù)插線等。比如在伺服驅(qū)動(dòng)單元中用參數(shù)旋鈕來調(diào)節(jié)系統(tǒng)零點(diǎn)漂移和閉環(huán)增益。在系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試完畢的情況下，任意調(diào)節(jié)其中的參數(shù)旋鈕都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來危害。通常情況下，該類故障不易發(fā)現(xiàn)，因此往往會(huì)加劇設(shè)備維修的難度。

PCB 板元器件故障是指 PCB 板的電子元器件在維修更換時(shí)人為導(dǎo)致電子元件損壞、導(dǎo)電銅模擊穿斷裂的現(xiàn)象。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的各功能單元都是由大規(guī)模集成電路組成，造成電子元件故障的原因很多，如過流、過熱損壞，高壓擊穿等。數(shù)控系統(tǒng)所采用的一些電子元件、芯片都是十分精密的，特征參數(shù)要求較高。甚至有些廠商為了滿足設(shè)計(jì)需求，相關(guān)芯片都是定制生產(chǎn)的，這勢必會(huì)導(dǎo)致設(shè)備維修難度的增加。集成電路板維修時(shí)，維修人員必須要注意對(duì)高壓靜電的釋放，各種合成化纖材料如地毯、人造地板、橡膠鞋底由于摩擦的作用可能會(huì)在人體上產(chǎn)生瞬間的高壓靜電，導(dǎo)致 CMOS 元件的損壞、存儲(chǔ)器 CMOSRAM 的損壞或者數(shù)據(jù)遺失，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致 PCB 板線路擊穿。此外，由于數(shù)控系統(tǒng)的復(fù)雜性，很多 PCB 板往往都做成 4 層、5 層甚至更多層數(shù)，有時(shí)為了排除該 PCB 板是否有問題，通過置換法頻繁的拆裝、插拔該電路板。由于力的作用，在置換電路板時(shí)導(dǎo)致PCB 板彎曲使得板內(nèi)導(dǎo)線斷裂。這種故障的維修需要專業(yè)的調(diào)試監(jiān)測設(shè)備，維修難度相當(dāng)大。

機(jī)械部件的次生故障如機(jī)械部件安裝位置不準(zhǔn)確、機(jī)械部件安裝錯(cuò)位、部件緊固的螺栓受力不均等，也會(huì)影響設(shè)備的加工精度，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。這些也是在維修過程中需要注意的。

2、次生故障的嚴(yán)重性

維修時(shí)有些次生故障造成非常嚴(yán)重的后果，導(dǎo)致故障修復(fù)周期延長，難度加大，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

某企業(yè)早期引進(jìn)的配套 YASKAWA 系統(tǒng)的五軸加工中心，該加工中心可進(jìn)行多種工藝加工、功能相當(dāng)強(qiáng)大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。該數(shù)控系統(tǒng)是由YASKAWA公司自行研發(fā)的，工業(yè)控制機(jī)為核心單元的系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，由于該類控制系統(tǒng)已下線，不再生產(chǎn)。當(dāng)該系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，YASKAWA 售后部門也找不到好的解決方法。

以該系統(tǒng)無法正常啟動(dòng)為例，說明次生故障的嚴(yán)重性。由于系統(tǒng)老舊，經(jīng)常有些零星的故障發(fā)生，所以在修復(fù)該故障之前，企業(yè)維修部門已經(jīng)安排相關(guān)的維修人員進(jìn)行了數(shù)次維修，但是故障未能排除。后邀請(qǐng)數(shù)控維修專家協(xié)助故障排除。經(jīng)檢測后發(fā)現(xiàn)24 V 電源指示燈正常，但電源輸出為 12 V，經(jīng)更換電源 PCB 后，電源輸出正常，嘗試開機(jī)，但系統(tǒng)依然未能正常啟動(dòng)。查閱系統(tǒng)工控機(jī)結(jié)構(gòu)資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)資料不完整，從系統(tǒng)原理這個(gè)方面入手排查故障也難以實(shí)現(xiàn)。但該五軸加工中心是企業(yè)產(chǎn)品關(guān)鍵部件的加工設(shè)備，由于設(shè)備故障，對(duì)企業(yè)的正常生產(chǎn)產(chǎn)生極大的影響。為盡快修復(fù)機(jī)床，對(duì)機(jī)床系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)檢查。在檢查到系統(tǒng)中斷系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)工控機(jī)的工作原理和數(shù)控系統(tǒng)開機(jī)時(shí)的一些現(xiàn)象，大致可以判斷出中斷系統(tǒng)的這 2 個(gè)輸出端被人為短接了。經(jīng)和廠家相關(guān)人員聯(lián)系，對(duì)該人為短接作了確認(rèn)，并恢復(fù)正確的接線方式。重新開機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)可以正常啟動(dòng)，故障解決。

同樣，某配套 Siemens 802D 系統(tǒng)的數(shù)控車床，在加工完檢測工件時(shí)，發(fā)現(xiàn)尺寸偏差較大，無法通過磨耗修調(diào)來實(shí)現(xiàn)加工精度。由于機(jī)床在運(yùn)行過程中，無任何報(bào)警現(xiàn)象，因此可以判定數(shù)控系統(tǒng)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒有問題。造成尺寸偏差較大的原因是控制系統(tǒng)參數(shù)與傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)不匹配造成的。要保證參數(shù)匹配，必須統(tǒng)一設(shè)定以下參數(shù)：指令倍乘系數(shù)，檢測倍乘系數(shù)，電子齒輪比，絲桿螺距，編碼器脈沖數(shù)等。這樣才能保證加工的實(shí)際尺寸與理論尺寸一致（合理的誤差，可通過磨耗修調(diào)）。在檢查 Siemens 802D 數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn) 2 個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的編碼器脈沖數(shù)和系統(tǒng)設(shè)定的值不一致。經(jīng)查看 X/Z 軸的伺服電機(jī)型號(hào)相同，但所配置的編碼器脈沖數(shù)不一樣，系統(tǒng)設(shè)定時(shí)把2 個(gè)脈沖值設(shè)置錯(cuò)位了。后與企業(yè)維修部門溝通得知，在機(jī)床保養(yǎng)時(shí)，把電機(jī)拆下進(jìn)行了清洗積碳，在安裝時(shí)沒有注意到兩電機(jī)所配置的編碼器不一樣，把 X/Z 軸電機(jī)安裝錯(cuò)位了，導(dǎo)致了加工尺寸偏差較大的故障。經(jīng)重新安裝電機(jī)后，零件加工精度恢復(fù)正常。

3 、次生故障的預(yù)防

由于數(shù)控設(shè)備涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。如果一個(gè)維修人員僅僅懂得機(jī)械結(jié)構(gòu)的維修、或僅從事過電氣方面的維修，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。要求維修人員熟練掌握各學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，也是不現(xiàn)實(shí)的。因此就難免會(huì)在維修過程中，造成次生故障問題。

預(yù)防數(shù)控設(shè)備維修過程中發(fā)生次生故障問題，顯得尤為迫切和重要。根據(jù)數(shù)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)，把設(shè)備維修分為設(shè)備外圍設(shè)備維修、設(shè)備本體機(jī)械部分維修、數(shù)控系統(tǒng)軟件部分維修和數(shù)控系統(tǒng)硬件部分維修。根據(jù)維修大類，明確維修人員責(zé)任范圍。如維修大類發(fā)生交叉時(shí)，維修人員必須相互協(xié)商共同制定維修方案后實(shí)施。此外，企業(yè)維保人員及時(shí)做好設(shè)備的定期維護(hù)保養(yǎng)，也是有效預(yù)防機(jī)床故障的方法。

維修過程中，維修人員必須嚴(yán)格遵守維修制度，這也有助于減少次生故障問題發(fā)生概率。如維修時(shí)選擇合適的維修工具，工作服等，避免由于工作服靜電和選用工具不當(dāng)造成的元器件損壞；維修時(shí)做好詳盡的維修記錄，記錄好維修前的各開關(guān)參數(shù)狀態(tài)、通信電纜接插件位置等，如果維修未成功，及時(shí)恢復(fù)到維修前狀態(tài)；維修前要做好充分的技術(shù)準(zhǔn)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(guī)范；維修后編制維修說明，維修資料專人妥善保管。

4、結(jié)語

通過對(duì)數(shù)控設(shè)備維修中所產(chǎn)生次生故障的種類及嚴(yán)重性的分析，表明生產(chǎn)企業(yè)制定合適的數(shù)控設(shè)備維修保養(yǎng)管理辦法，對(duì)預(yù)防數(shù)控設(shè)備維修中發(fā)生次生故障問題具有積極意義，同時(shí)亦可為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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