数控机床电气维修技术浅析

一、数控设备的维护保养知识

数控设备是自动化程度高、结构复杂的先进加工设备,是企业的关键和重点设备。要充分发挥数控设备的高效率,必须正确操作,精心维护,以保证设备的利用率。正确的操作和使用可以防止机床的非正常磨损,避免突发故障;良好的日常维护可以使设备保持良好的技术状态,延缓劣化过程,及时发现和消除隐患,从而保证安全运行。

1、数控设备使用中应注意的问题

1.1数控设备的使用环境

为了提高数控设备的使用寿命,一般要求避免阳光直射和其他热辐射,避免放置在湿度过大、灰尘或有腐蚀性气体的地方。腐蚀性气体容易腐蚀、劣化电子元器件,造成元器件之间接触不良或短路,影响设备正常运行。精密数控设备应远离振动大的设备,如冲床、锻造设备等。

1.2电源要求

为了避免电源波动范围大(大于10%)和可能出现的瞬时干扰信号的影响,数控设备一般采用专用电源(如低压配电室分成一路单独供数控机床使用)或附加稳压装置等。,可以减少供电质量和电气干扰的影响。

1.3操作程序

操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一,操作人员必须按照操作规程进行操作。机床发生故障时,操作者应注意保留现场,并向维修人员如实说明故障前后的情况,以便于分析、诊断和及时排除故障原因。

另外,数控机床不宜长期存放。购买数控机床后,要充分利用,特别是在运行的第一年,使容易出现故障的薄弱环节尽早暴露出来,在保修期内得以消除。没有加工任务的时候,数控机床也要定时开机,最好一周一两次,每次空运行一个小时左右,利用机床本身的发热量降低机器内部的湿度,防止电子元器件受潮,同时也可以及时发现有无电池报警,防止系统软件和参数丢失。

2、数控机床维修

数控机床的种类很多,每一种数控机床由于其功能、结构和系统的不同而具有不同的特点。其维护的内容和规则也各有特点。具体来说,应根据机床的类型、型号和实际使用情况,参照机床使用说明书的要求,制定和建立必要的定期和分级维护保养制度。以下是一些常见和常见的日常保养要点。

2.1数控系统维护

1)严格遵守操作规程和日常维护制度2)尽量少开数控柜和高压柜的门。

机加工车间的空气体中有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦落在数控系统中的电路板或电子器件上,很容易造成元器件之间的绝缘电阻下降,甚至导致元器件和电路板的损坏。在夏季,有些用户为了使数控系统长时间超负荷工作,打开数控机柜的门散热。这是一种极不可取的方法,最终会导致数控系统的加速损坏。

3)定期清洗数控机柜的散热和通风系统。

检查数控机柜上的每个冷却风扇是否正常工作。或者每半年检查一次风道过滤器是否堵塞。如果过滤网上的灰尘堆积过多,没有及时清理,数控柜内的温度就会过高。

4)数控系统输入输出设备的定期维护

80年代以前生产的数控机床,大多配有光电读带器。如果磁带阅读器被污染,将导致读取信息的错误。因此,光电读数器必须按要求进行维护。

5)定期检查和更换DC电机电刷

DC电机电刷的过度磨损会影响电机的性能,甚至造成电机损坏。因此,应定期检查和更换电机电刷。数控车床、数控铣床、加工中心等。应每年检查一次。

6)定期更换蓄电池。

通常,为数控系统中的CMOSRAM存储器设备提供可充电电池维护电路,以确保当系统不通电时,存储器的内容能够被保持。一般情况下,即使没有出现故障,也要每年更换一次,以保证系统的正常运行。更换电池应在数控系统的供电状态下进行,以防止更换时RAM中的信息丢失。

7)备用电路板的维护

当备用印刷电路板长期不使用时,应定期安装在数控系统中并通电一段时间,以防损坏。

2.2机械零件的维护

1)主传动链的维护

定期调整主轴传动皮带的松紧,防止皮带打滑造成转动损失;检查主轴润滑恒温油箱,调整温度范围,及时补充油量,清洗过滤器;主轴的刀具夹紧装置长期使用后,会产生间隙,影响刀具的夹紧。需要及时调整液压缸活塞的位移。

2)滚珠丝杠螺纹副的维护

定期检查和调整螺旋副的轴向间隙,保证反向传动精度和轴向刚度;定期检查丝杠与床身的连接是否松动;如果丝杠保护装置损坏,应及时更换,防止灰尘或切屑进入。

3)刀库和换刀机械手的维护

严禁将超重和超长的刀具装入刀库,以免机械手换刀时刀具掉落或刀具与工件、夹具碰撞;经常检查刀库返回位置是否正确,检查机床主轴换刀点位置是否到位,并及时调整;开机时,让刀库和机械手空运转,检查各部分工作是否正常,特别是各行程开关和电磁阀能否正常工作;检查工具在机械手上的锁紧是否可靠,如有异常及时处理。

2.3液压和气动系统的维护

定期清洁或更换各种润滑、液压和气动系统的过滤器或子滤网;定期检查液压系统的油质,更换液压油;定期排空气压系统的空气过滤器;

2.4机床精度的维护

定期检查和校正机床水平和机械精度。校正机械精度有两种方法:软方法和硬方法。软方法主要是通过系统参数补偿,如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置修正等。硬化法一般在机床大修时进行,如修导轨、预紧滚珠丝杠螺母副调整反向间隙等。

二、维修工作的基本条件

数控机床的价值从几十万元到几千万元不等,一般都是企业关键产品和工艺的关键设备。机器一旦停机,其影响和损失往往很大。然而,人们往往更多地关注这类设备的效率,不仅较少关注其合理使用,而且对其维护和维修工作关注太少。人们不重视日常维护维修工作条件的创造和投入是非常普遍的,临时发生故障是普遍现象。因此,为了充分发挥数控机床的效益,必须重视维护工作,创造良好的维护条件。电气维修更为重要,因为数控机床日常发生的大部分都是电气故障。

1.人员条件

数控机床电气维修的速度和质量取决于电气维修人员的素质。

(1)首先,有高度的责任感和良好的职业道德。(2)知识渊博。需要学习并基本掌握与数控机床电气控制相关的各个学科的知识,如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工技术、机械传动技术等,当然还有前面提到的数控基础知识。(3)应经过良好的技术培训。学习数控技术的基础理论,尤其是针对具体数控机床的技术培训,首先要参加相关的培训课程和机床安装现场的实操训练,然后向有经验的维修人员学习,更重要的是更长时间的自学。(4)勇于实践。要积极参与数控机床的维护和操作,在不断的实践中提高自己的分析能力和动手能力。(5)掌握科学方法。热情不足以做好保养。一定要在长期的学习和实践中总结提高,提炼出分析问题、解决问题的科学方法。(6)学习和掌握电气维修常用的各种仪器、仪表和工具。(7)掌握一门外语,尤其是英语。至少你应该能看懂技术数据。

2.物质条件

(1)为某一台数控机床准备通用和专用的电气备件。(2)非必要的常备电器元件要快速顺利的采购。③必要的维修工具、仪器仪表等。,最好配备笔记本电脑和必要的维护软件。(4)每台数控机床的完整技术图纸和数据。(5)数控机床使用、维护技术档案。

3.关于预防性维护

预防性维护的目的是降低故障率,其工作主要包括以下几个方面。

(1)人员安排:为每台数控机床配备专门的操作人员、技术人员和维修人员,所有人员都要不断努力提高自己的业务和技术水平。

(2)计划和归档:根据每台机床的具体性能和加工对象,建立操作规章制度,建立工作和维修档案,管理人员要定期检查、总结和改进。

(3)日常维护每台数控机床都要建立日常维护计划,包括维护内容(如坐标轴传动系统的润滑与磨损、主轴润滑等。、油、水管路、各种温度控制、平衡系统、冷却系统、传动皮带的松紧程度、继电器和接触器触点的清洁程度、插头和端子的松动程度、电气柜的通风状况等。)和功能组件和部件的维护周期(每日

(4)提高利用率如果数控机床长期闲置不用,需要使用时,首先机床的静动态传动性能会受到油脂凝固、灰尘甚至生锈的影响,降低机床的精度,油系统的堵塞更是一大烦恼;从电气的角度来说,由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由成千上万个电子元器件组成的,它们的性能和寿命是非常离散的,宏观上可以分为三个阶段:一年之内基本处于所谓的“磨合”阶段。在这个阶段,故障率呈下降趋势。如果在此期间连续启动机床,“磨合”任务会很快完成,一年的维修期也可以充分利用。第二阶段是有效生命阶段,即充分发挥其有效性的阶段。在合理使用和良好日常维护的条件下,机床正常运行至少可达五年;第三阶段是系统寿命的老化阶段,这一阶段电气和硬件故障会逐渐增多,数控系统的平均使用寿命约为8 ~ 10年。

所以,最好在没有加工任务的情况下,以较低的速度空运行机床一段时间,至少要经常给数控系统加电,甚至每天加电。

三。维护和故障排除技术

1.常见电气故障的分类

数控机床的电气故障可以根据故障的性质、现象、原因或后果进行分类。

(1)故障定位分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电气设备、印刷电路板、电线电缆、连接器等的异常状态甚至损坏。,只有修理甚至更换后才能消除。软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障,只能通过输入或修改一些数据甚至修改PLC程序才能排除。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障是数控系统软件的缺陷甚至丢失,只能联系厂家或其服务机构解决。

(2)根据故障发生时有无指示,可分为有诊断指示的故障和无诊断指示的故障。现在的数控系统都设计有完善的自诊断程序,可以实时监控整个系统的软硬件性能。一旦发现故障,将立即报警或在屏幕上显示简要说明。结合系统配备的诊断手册,不仅可以找到故障的原因和位置,还可以提出排除故障的方法。机床制造商还将具有针对特定机床设计的相关故障说明和诊断说明。这两部分故障都带有诊断指示,每个电气设备上都有各种指示器,这样更容易排除大多数电气故障。部分无诊断指示的故障是由于上述两个诊断程序不完整(如开关开路、连接松动等。).这种故障要看故障发生前的工作过程、故障现象和后果,以及维修人员对机床的熟悉程度和技术水平来分析排除。

(3)根据断层是否具有破坏性,可分为破坏性断层和非破坏性断层。对于破坏性故障,损坏工件甚至机床的故障,维修时不允许重复。此时只能根据故障发生时的现象进行相应的检查分析才能排除,技术难度大,有一定风险。如果工件可能被损坏,则移除工件并尝试再现故障过程,但要非常小心。

(4)根据失效的概率,可分为系统失效和随机失效。系统性故障是指只要满足一定条件就会发生的确定性故障;随机故障是指在相同条件下的偶发性故障,难以分析,通常与机床机械结构局部松动、错位、部分电气部件特性漂移或可靠性降低、电气设备内部温度过高等有关。这种故障只有经过反复测试,综合判断才能排除。

(5)用机床的运动质量特性来衡量,是机床运动特性下降的故障。在这种情况下,机床虽然可以正常工作,但加工不出合格的工件。比如机床定位精度超差,反向死区过大,坐标运行不稳。这种故障必须通过测试仪器对产生误差的机械和电气环节进行诊断,然后通过优化调整机械传动系统、数控系统和伺服系统来排除。

2.故障调查和分析

这是故障排除的第一阶段,也是非常关键的阶段。应做好以下工作:

(1)询问与调查当收到机床现场故障需要排除故障的信息时,首先应要求操作者尽量保持现场故障状态,不做任何处理,有利于快速准确地分析故障原因。同时,仔细询问故障的故障指示、故障表象和故障背景,并据此做出初步判断,从而确定工具、仪器、图纸、备件等。这应该是进行现场故障排除和减少往返时间。

②现场检查到达现场后,首先验证操作人员提供的各种信息的准确性和完整性,以验证初步判断的准确性。由于操作人员的水平,很多情况下对故障情况的描述不清楚,甚至完全不准确。因此,到达现场后,不要急于处理,要再次仔细调查各种情况,以免破坏现场,增加故障排除的难度。

③故障分析根据已知的故障情况,按照上一节所述的故障分类方法分析故障类型,从而确定排故原则。由于指出了大多数故障,一般来说,通过参考与机床匹配的CNC系统的诊断手册和操作说明,可以列出许多可能的故障原因。

(4)确定原因。调查各种可能的原因,找出此故障的真正原因。这时,维修人员是对机床的熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。⑤故障排除准备中有些故障的排除方法可能比较简单,而有些故障往往比较复杂,需要做一系列的准备工作,如准备工具和仪器、部分拆卸、零部件的修理、零部件的采购甚至制定排除故障的计划步骤等。

数控机床电气系统故障调查、分析和诊断的过程也是故障排除的过程。一旦找出原因,故障就差不多排除了。因此,故障分析和诊断的方法变得非常重要。常见的电气故障诊断方法总结如下。

(1)目测法这是故障分析初期的必要方法,即利用感官检查。

(1)询问故障现场人员仔细询问故障发生的过程、表象和后果,在整个分析判断过程中可能要多次询问。

②目测检查机床各部分的工作状态是否正常(例如各坐标轴、主轴、刀库、机械手等的位置。)、各电控装置是否有报警指示(例如数控系统、温控装置、润滑装置等。),并就地检查有无保险烧损、烧损、元器件开裂、电线电缆脱落、各操作元件位置是否正确等。

③触摸:在整机断电的情况下,通过触摸主电路板的安装状态、插头插座的插入状态、电源和信号导体的连接状态(如伺服和电机接触器接线),可以找出故障的可能原因。

(4)通电是指通电检查是否有冒烟、着火、异常声音、气味、电机及部件过热,一旦发现立即断电分析。

(2)仪表检查法使用常规的电气仪表测量每组的交流和DC电源电压以及相关的DC和脉冲信号,以发现可能的故障。比如用万用表检查电源,在一些电路板上设置相关信号的状态测量点进行测量,用示波器观察相关脉动信号的幅度、相位甚至有无,用PLC编程器在PLC程序中查找故障位置和原因。

(3)信号和报警指示分析方法

(1)硬件报警指示这是指各种电子电气设备上的各种状态和故障指示,包括数控系统和伺服系统。结合指示灯状态和相应的功能描述,可以了解指示内容、故障原因和故障排除方法。

(2)软件报警指示如上所述,系统软件、PLC程序和加工程序中的故障通常都配有报警显示,通过将显示的报警号与相应的诊断指导手册进行比较,就可以知道可能的故障原因和排除故障的方法。

(4)接口状态检查方法

现代数控系统大多将PLC集成于其中,而CNC与PLC之间是以一系列接口信号的形式相互通信的。一些故障与接口信号的错误或丢失有关。这些接口信号有的可以通过相应的接口板和输入输出板上的指示灯显示,有的可以通过简单的操作显示在CRT屏幕上,所有的接口信号都可以由PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员熟悉机床的接口信号和PLC编程器的应用。

(5)参数调整方法

数控系统、PLC和伺服驱动系统都设置了许多可修改的参数,以满足不同机床和不同工况的要求。这些参数不仅可以使每个电气系统与特定的机床匹配,而且对于优化机床的每个功能也是必要的。因此,任何参数变化(尤其是模拟参数)甚至丢失都是不允许的;而随机床长期运行引起的力学或电学性质的变化,会打破初始的匹配状态和优化状态。这种故障是指故障分类一节中的后一种故障,需要重新调整一个或多个相关参数才能排除。这种方式对维护人员的要求很高,不仅要对具体系统的主要参数有很好的了解,还要知道它的地址和功能,还要有丰富的电气调试经验。

(6)备件更换方法

当故障分析结果集中在一块印刷电路板上时,由于电路集成度的不断扩大,很难将故障落实到其上的某个区域甚至某个元器件上。为了缩短停机时间,可以先更换备件,再对故障板进行检查维修。更换备件板应注意以下问题。

任何备件的更换都必须在断电的情况下进行。

许多印刷电路板都设置了一些开关或短路棒,以满足实际需要。因此,需要在更换备件板上记录原开关位置和设置状态,并在新板上进行相同的设置,否则会报警,无法工作。一些印刷电路板的更换,更换后还需要一些特定的操作来完成软件和参数的建立。这需要仔细阅读相应电路板的操作说明。

有些印刷电路板是不能轻易拔掉的,比如含有工作内存的板或者备用电池板,会丢失有用的参数或者程序。当您必须更换它时,也必须遵循相关说明。

鉴于以上情况,在拔出旧板更换新板之前,一定要仔细阅读相关资料,了解要求和操作步骤后再开始工作,以免造成更大的麻烦。

(7)交叉换位法

当发现有故障的板卡或不确定是否有故障,且没有备件时,可以将系统中两块相同或兼容的板卡互换检查,如交换两块坐标命令板或伺服板,即可判断故障板卡或故障位置。这种交叉换位法不仅要特别注意硬件接线的正确互换,还要注意一系列相应参数的互换。否则不仅达不到目的,反而会导致新的断层和思维混乱。要提前考虑周全,设计好软硬件交换方案,准确无误再交换核对。

(8)特殊处理方法

当今的数控系统已经进入了基于PC和开放的发展阶段,其中的软件内容越来越丰富,包括系统软件、机床制造商软件甚至用户自己的软件。由于软件逻辑设计上的一些不可避免的问题,有些故障状态是无法分析的,比如崩溃。对于这种故障现象,可以采取特殊措施进行处理,如关闭整机电源,稍停后再开机,有时也能排除故障。维护人员可以在长期的实践中探索其规律或其他有效的方法。

3.电气维护和故障排除

这是故障排除的第二阶段,也是实施阶段。

如前所述,电气故障的分析过程也是排除故障的过程。因此,在上一节的分析方法中已经全面介绍了一些常见的电气故障的排除方法。本节列举几种常见的电气故障进行简要介绍,供维修人员参考。

(1)电源

它是动力维护系统乃至整个机床正常运转的能量来源。如果失败或轻微失败,将会丢失数据并导致停机。它会破坏部分甚至全部系统。西方国家由于电力充裕,电网质量高,其电气系统的供电设计考虑较少,对于我国波动大、谐波高的供电网络略显不足。再加上一些人为的因素,供电导致的故障难免会发生。在设计数控机床的电源系统时,应尽量做到以下几点:

提供一个独立的配电箱,不与其他设备串联使用。供电质量差的地区应配备三相交流稳压装置。电源开始时有良好的接地。进入数控机床的三相电源应采用三相五线制,中心线(N)和接地线(PE)应严格分开。柜内电气元件的布局和交流、DC线的敷设应相互隔离。

(2)数控系统位置环故障

①定位响铃报警。位置测量电路可能开路;测量元件损坏;位置控制建立的接口信号不存在等。②坐标轴无指令移动。可能是漂移太大;位置环或速度环接入正反馈;反馈线路断路;测量元件损坏。

(3)机床坐标找不到零点。

可能是零方向远离零点;编码器损坏或线路开路;光栅标记偏移;零减速开关故障。

(4)机床动态特性变差,工件加工质量下降,甚至机床以一定速度振动。

机械传动系统间隙过大甚至严重磨损或导轨润滑不足甚至磨损的可能性很大。对于电控系统,可能是速度环、位置环及相关参数不再处于最佳匹配状态,应在机械故障基本消除后再进行优化调整。

(5)偶发性停机故障

这里有两种可能的情况:一种是相关软件设计中的问题,如上所述,导致在一定的操作和功能操作组合下关机失败,正常情况下,机床再次断电就会消失;另一种情况是环境条件造成的,如强干扰(电网或外围设备)、温度和湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视,比如中国南方普通工厂甚至敞开的大门附近放置机床,电气柜长时间打开,附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等。这些因素不仅会造成故障,还会严重损坏系统和机床,所以一定要注意改进。

由于本文篇幅有限,读者可以参考数控机床的随机数据和其他专门针对各种故障的文章。

4.维修和故障排除后的总结和改进工作

数控机床电气故障维修、分析、排除后的总结和改进,是故障排除的第三个阶段,也是非常重要的一个阶段,应该引起足够的重视。

总结工作的主要内容包括:

详细记录从故障发生、分析判断到排除故障全过程的各类问题、采取的各类措施、相关电路图、相关参数、相关软件。同时,错误分析和故障排除方法也应记录并记录无效的原因。除了填写维修档案外,内容较多的要另纸详细书写。

有条件的维修人员应从典型的故障检修实践中找出具有普遍意义的内容作为研究课题进行理论探讨和撰写论文,从而达到改进的目的。特别是在一些故障的排除中,没有经过仔细系统的分析判断,就偶然排除了故障,更需要事后总结研究。总结故障排除过程中需要的各种图纸和文字资料,如有不足,事后想办法补充,以后的日子里再研究,以备不时之需。

从故障排查中找出自己知识的不足,制定学习计划,争取尽快补课。

找出工具、仪器和备件的短缺,有条件时补足。

改进总结工作的好处是:

快速提高维修人员的理论水平和维修能力。提高重复性故障的维修速度。有利于分析设备的故障率和维修性,改进操作规程,提高机床的使用寿命和利用率。可以改善原机床电气设计的缺点。资源共享。汇总数据可作为其他维护人员的参数数据和学习培训资料。

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