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1、1 第一章 数控车床的维修 一、 数控车床维修工作的基本条件 数控车床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序 的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设 备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维 修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现 临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控车床的效益，我们一定 要重视维修工作，创造出良好的维修条件。 1人员条件 数控车床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。 1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。 2）知识面要广，要学习
2、并基本掌握有关数控车床电气控制的各学科知识， 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 工艺以及机械传动技术，当然还包括基本数控知识。2 3）应经过良好的技术培训，数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数 控车床的技术培训，首先是参加相关的培训班和车床安装现场的实际培训，然 后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。 4）勇于实践，要积极投入数控车床的维修与操作的工作中去，在不断的实 践中提高分析能力和动手能力。 5）掌握科学的方法，要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的 学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。 6）学习
3、并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。 7）掌握一门外语，特别是英语，起码应做到能看懂技术资料。 2物质条件1）准备好通用的和某台数控车床专用的电气备件。 2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。 3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修 软件。 4）每台数控车床所配有的完整的技术图样和资料。 5）数控车床使用 、维修技术资料档案。 3关于预防性维护 预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作： 1）人员安排为每台数控车床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员， 所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。 2）建档针对每台车
4、床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维 修档案，管理者要经常检查、总结、改进。 3）日常保养对每台数控车床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容(如 坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制， 平衡系统，冷却系统，传动带的松紧,继电器、接触器触头清洁，各插头、接线 端是否松动，电气柜通风状况等等)及各功能部件和元气件的保养周期(每日、 每月、半年或不定期)。 4）提高利用率数控车床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先车床3 的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降 低车床精度，油路系统的堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于
5、一台数控 车床的整个电气控制系统硬件是由数以万计的电子元器件组成的，他们的性能 和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓 “磨合”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动车床则会较 快完成“磨合”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命阶 段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下, 车床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故 障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在 810年左右。因此，在没有加工 任务的一段时间内，最好较低速度下空运行车床，至少也要经常给数控车床通 电,甚至每天通电。 二
6、、 数控车床故障诊断 我们要学习车床的诊断首先要需要了解两个概念：系统可靠性是指数控系统 在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力，故障是指系统在规定的条 件和规定的时间内失去了规定的功能： 1诊断的内容 1）动作诊断：监视车床各动作部分，判定动作不良的部位。诊断部位是 ATC、APC和车床主轴。 2）状态诊断：当车床电机带动负载时，观察运行状态。 3）点检诊断：定期点检液压元件、气动元件和强电柜。 4）操作诊断：监视操作错误和程序错误。 5）数控系统故障自诊断。 2典型数控车床的故障诊断与维修 1）伺服报警 414# 、 410# 台湾省产 FTC-30 数控车床在加工过程中出现 414
7、# 、 410# 报警 , 动力停止。关闭电源再开机 ,X 轴移动时车床振颤 , 后又出现报警并动力停止。 查系统维修手册 , 报警信息为伺服报警、检测到 X 轴位置偏差大。根据现象 分析 , 认为可能有以下原因 : 伺服驱动器坏 ;X 轴滚珠丝杠阻滞及导轨 阻滞。针对原因 , 调换同型号驱动器后试机 , 故障未能排除。针对故障, 4 进入伺服运转监视画面 , 移动轴观察驱动器负载率 , 发现明显偏大 , 达到 250%-300%。 判断可能为机械故障。拆开 X 轴防护罩 , 仔细检查滚珠丝 杠和导轨均未发现异常现象。车床 X 轴水平倾斜 45o 安装 , 应有防止其下 滑的平衡块或制动装置
8、, 检查中未发现平衡块 , 但车床说明书电器资料 显示 PMC 确有 X 轴刹机释放输出接点 , 而对比同型车床该接点输出正常。检查 车床厂设置的 I/0 转接板 , 该点输出继电器工作正常 , 触点良好 , 可以输出 110V 制动释放电压。据此可断定制动线圈或传输电缆有故障。断电后 , 用万 用表检测制动线圈直流电组及绝缘良好 , 两根使用的电缆中有一根已断掉。更 换新的电缆后开机试验 , 一切正常。此故障虽然是有系统报警 , 但直接原因 却是电缆断线。这一故障并不常见车床厂家在安装整机时处理不当或电器件压 接不牢靠通常却都能引起一些故障而此类故障分析查找原因较麻烦。 2）统制 # 报警
9、1000 型加工中心在加工时出现 409# 报警 , 停机重开可继续加工 , 加 工中故障重现。发生故障时 , 主轴驱动 放大器处于报警状态，显示号报 警。维修手册说明为控制系统冷却风扇不转或故障。拆下放大器检查 , 发现风 扇油污较多 , 清洗后风干, 装上试机故障未排除。拆下放大器打开检查 , 发现 电路板油污严重, 且有金属粉尘附着。拆下电路板 , 用无水乙醇清洗 , 充分干 燥后装机试验 , 故障排除。此例中 , 故障起因为设备工作环境因素 , 空气湿 度大、干式加工、金属粉尘大。数控车床的系统主板、电源模块、伺服放大器 等的电路板由于高度集成 , 大都由多层印刷电路板复合而成 , 线
10、间距离狭小 , 异物进入极易引起电路板故障 , 这应该引起使用者的高度注意。 数控车床经 过近年来发展，技术己日臻成熟，功能越来越强，维修越来越方便。作为数控 系统的最终用户加工工厂来说 , 所要做的就是选取合适的系统配置 , 造就车床适当的工作环境 , 加强维护保养 , 利用有效的设备资源 , 充分开发 系统潜能 , 最大限度地为企业创造利润。 该车床在运行过程中显示屏上突然出现 414 报警。查询相关资料得知 414 号报警指示意义为 “ 在 X 轴方向上 , 伺服驱动系统发生故障 ” 。根 据经验 , 我们首先关掉总电源 , 然后将电柜门打开后 , 重新开机 , 目测 X 5 轴驱动板工
11、作状态 , 发现其板上 “HC”报警指示灯点亮。查阅相关资料得知 伺服放大器中发生电流异常。于是我们作了下列步骤的进一步维修判断。 （1）检查该车床参数表 , 对照厂家提供参数目录 , 结果未发现异常参数。 （2）重新关掉车床总电源 , 小心取下伺服驱动板。静态检查板后面的大功 率放大模块 , 基本正常。然后将取下的伺服放大驱动板作静态检查 , 用万用 表分别检查板上的大电流元件 , 结果发现大功率放大模块的 2 只前置放 大晶 体管已击穿 ( 型号为 R2662) 。将此管摘下 , 换上同型号新管后 , 重新装 入车床的电柜内 , 通电试用后 , 显示屏上报警号消失。同时伺服驱动板上 “HC
12、” 报警指示灯熄灭。此时 , 我们认为故障已排除。但是没有想到的是 , 当车床作空运行时 ,X 轴上可听到明显 “ 咯、咯、咯 ” 的声音 , 似滚珠丝 杠螺母中的滚珠损坏的声音 , 当时我们公司机械电气技术人员一致认为 X 轴 方向还存在阻尼现象。初步判断认为螺母中滚珠有损坏 , 但当我们用于转动丝 杠时 , 却显得比较轻松 , 无明显的卡阻现象。凭经验判断伺服驱动部分有故 障。于是我们检查伺服驱动板输出线到电动机的中间环节 , 查出中间的保护开 关常闭触点已呈开路状态。在手边无配件的情况下 , 用 1.5mm 的导线短接 , 重新开机运行 , 车床工作正常。 在数控车床维修过程中, 有时会
13、遇到一些比较特殊的故障, 例如: 有的车床在 刚开机时, 系统和车床工作正常。但是, 当工作一段时间后, 将出现某一故障。 这种故障有的通过关机后得以清除, 有的必须经过关机较长的时间后, 车床才 能重新工作。此类故障常常被人们称为“软故障”。由于此类故障的不确定性 和发生故障的随机性 , 使得车床时好时坏 , 这给检查、测量带来了相当的困 难。维修人员必须具备较高的业务水平和丰富的实践经 验 , 仔细分析故障现 象 , 才能判定故障原因 , 并加以解决。下面是在数控车床维修中一起比较典 型的“ 软故障”维修事例 , 现将故障现象、维修过程及分析思路介绍如下 , 供参考。 1 故障现象 台湾
14、GOODWAY 公司生产的 GCL-15 型数控车床 , 采用 FANUC T 数控系统。 X 、 Z 分别采用 FANUC 5、10 型 AC 伺服电动机驱动 , 主 轴采用 FANUC 8S AC 主轴驱动。车床带液压夹具、液压支架和 15 把刀的6 自动换刀装置, 全封闭防护, 自动排屑。车床本身价格高、精度好 , 是该公司 的主要加工设备之一。 该车床发生的故障现象为 : 车床开机时全部动作正常 , 伺服进给系统高速运 动平稳、低速无爬行 , 加工的零件 精度全部达到要求。当车床正常工作 5- 7h 后 ,Z 轴出现剧烈振荡 ,CNC 报警 , 车床无法正常工作。这时 , 即使关 机再
15、启动 , 只要手动或自动移动 Z 轴 , 在所有速度范围内 , 都发生剧烈振 荡。但是 , 如果关机时间足够长 , 车床 又可以正常工作 5-7h, 并再次出现 以上故障 , 如此周期性重复。 2 故障分析 根据以上故障现象 , 分析其原因不外乎与 Z 轴有关的机械、电气两个方面。 在机械方面 , 可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶 , 滚珠丝杠、丝杠轴承的 局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化 , 导致进给系统的不稳定。 在电气方面, 可能是由于某个元件的参数变化 , 引起系统的动态特性改变, 导 致系统的不稳定等。 鉴于本车床采用的是半闭环伺服系统, 为了分清原因, 维修的第一步是
16、松开 Z 轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接。在 Z 轴无负载的情况下, 运行加工 程序 , 以区分机械、电气故障。经试验发现 : 故障仍然存在, 但发生故障的 时间有所延长。因此, 可以确认故障为电气原因 , 并且和负载大小或温升有关。由于数控车床伺服进给系统包含了 CNC 、伺服驱动器、伺服电动机三大部分, 为了进一步分清原因, 维修的第二步是将 CNC 的 X 轴和 Z 铀的速度给定和 位置反馈互换 (CNC 的 M6 与 M8,M7 与 M9 互换 ),即：利用 CNC 的 X 轴指令控制车床的 Z 轴伺服和电动机运动 ,CNC 的 Z 轴指令控制车床的 X 轴伺服和电动机运动 , 以判别故障发 生在 CNC 或伺服。经更换发现 , 此时 CNC 的 Z 轴 ( 带 X 轴伺服及电动机 ) 运动正常 , 但 X 轴 (带 Z 轴伺 服及电动机)运动时出现振荡。据此,可以确认: 控制 Z 轴的 CNC 正常, 故障 在 Z 轴伺服驱动或伺服电动机上。 考虑到该车床 X 、 Z
