數控設備在維修過程中次生故障問題的研究
2018-6-22 來源：南通職業大學 作者：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的概念，提出了一些常用的預防數控設備發生次生故障的方法。
關鍵詞： 數控設備； 維修； 次生故障
0、 引言
隨著數控設備使用年限的增加、數控系統的老化、早期應用的數控系統停產等因素，使得數控設備的保養和維修變得日益困難。 數控設備涉及多個領域的知識，如機械、液壓、電氣、計算機、氣動、光學、計算機控制等，與狀態監測、故障診斷、數字測試等技術密切相關，與普通機加工設備相比較，數控設備的維修、維護方法有很大的區別。 加之使用數控設備用戶的層次也不盡相同，因此，企業對數控設備維護、維修的認知程度也不一樣，同樣加劇了數控設備維修、維護的難度。
現在能夠熟練掌握數控設備軟、硬件維修的專業人才比較缺乏，大部分維修人員對數控維修方面專業知識掌握不夠。 因此，在進行數控機床維修時，常會使用一些不合理的方法進行機床軟硬件設置、操作，可能會造成數控設備各通信模塊之間的不匹配，嚴重的會導致驅動板短路、擊穿，對數控設備造成次生故障。
1、數控設備次生故障的種類
數控設備由數控系統、電氣控制系統、機械結構3 部 分組成 ，結構比較復雜 ，因此 ，維修時造成機床次生故障的種類也比較多。從設備的這三大結構看，次生故障可以分為三類： 數控系統參數故障；PCB板接線、PCB 板元器件、旋鈕參數設置故障；機械部件及其他形式的故障。
數控系統參數故障是指系統的初始參數遭到人為改動，致使設備無法正常運行。Fanuc 0I-Mc 為例，需設定的參數近千個，主要有基本參數、伺服參數、主軸參數三大類。 任意更改其中的一個參數都可能會影響設備的正常運行。 數控系統參數故障在設備維修中時常出現。 在設備維修時，設備系統參數由于調試的需要會被修改，但經常會出現調試結束后沒有及時將數據復原。 如果本次設備維修沒有成功，那會導致后續維修相當麻煩。但是對于這類的次生故障修復比較簡單，查明原因后，可以用廠家提供的數據盤對系統數據進行恢復即可。
現代數控系統由各個相對獨立的功能單元組合而成，每個單元上都有很多參數旋鈕、開關、數據插線等。 比如在伺服驅動單元中用參數旋鈕來調節系統零點漂移和閉環增益。 在系統已經調試完畢的情況下， 任意調節其中的參數旋鈕都會對系統的穩定運行帶來危害。 通常情況下，該類故障不易發現，因此往往會加劇設備維修的難度。
PCB 板元器件故障是指 PCB 板的電子元器件在維修更換時人為導致電子元件損壞、導電銅模擊穿斷裂的現象。 現代數控系統的各功能單元都是由大規模集成電路組成，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。 數控系統所采用的一些電子元件、芯片都是十分精密的，特征參數要求較高。甚至有些廠商為了滿足設計需求，相關芯片都是定制生產的，這勢必會導致設備維修難度的增加。集成電路板維修時， 維修人員必須要注意對高壓靜電的釋放，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在人體上產生瞬間的高壓靜電， 導致 CMOS 元件的損壞、 存儲器 CMOSRAM 的損壞或者數據遺失，嚴重的會導致 PCB 板線路擊穿。 此外，由于數控系統的復雜性，很多 PCB 板往往都做成 4 層、5 層甚至更多層數， 有時為了排除該 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， 在置換電路板時導致PCB 板彎曲使得板內導線斷裂。 這種故障的維修需要專業的調試監測設備，維修難度相當大。
機械部件的次生故障如機械部件安裝位置不準確、機械部件安裝錯位、部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、 次生故障的嚴重性
維修時有些次生故障造成非常嚴重的后果，導致故障修復周期延長，難度加大，給企業造成巨大的經濟損失。
某企業早期引進的配套 YASKAWA 系統的五軸加工中心，該加工中心可進行多種工藝加工、功能相當強大，系統結構復雜。 該數控系統是由YASKAWA公司自行研發的，工業控制機為核心單元的系統，系統結構相當復雜，由于該類控制系統已下線，不再生產。當該系統出現故障時，YASKAWA 售后部門也找不到好的解決方法。
以該系統無法正常啟動為例，說明次生故障的嚴重性。 由于系統老舊，經常有些零星的故障發生，所以在修復該故障之前，企業維修部門已經安排相關的維修人員進行了數次維修，但是故障未能排除。后邀請數控維修專家協助故障排除。 經檢測后發現24 V 電源指示燈正常，但電源輸出為 12 V，經更換電源 PCB 后，電源輸出正常，嘗試開機，但系統依然未能正常啟動。 查閱系統工控機結構資料時，發現資料不完整，從系統原理這個方面入手排查故障也難以實現。 但該五軸加工中心是企業產品關鍵部件的加工設備，由于設備故障，對企業的正常生產產生極大的影響。 為盡快修復機床，對機床系統的硬件結構進行詳細檢查。 在檢查到系統中斷系統時，根據工控機的工作原理和數控系統開機時的一些現象，大致可以判斷出中斷系統的這 2 個輸出端被人為短接了。 經和廠家相關人員聯系，對該人為短接作了確認，并恢復正確的接線方式。 重新開機，數控系統可以正常啟動，故障解決。
同樣， 某配套 Siemens 802D 系統的數控車床，在加工完檢測工件時，發現尺寸偏差較大，無法通過磨耗修調來實現加工精度。由于機床在運行過程中，無任何報警現象，因此可以判定數控系統，伺服驅動系統沒有問題。 造成尺寸偏差較大的原因是控制系統參數與傳動系統參數不匹配造成的。 要保證參數匹配，必須統一設定以下參數：指令倍乘系數，檢測倍乘系數，電子齒輪比，絲桿螺距，編碼器脈沖數等。這樣才能保證加工的實際尺寸與理論尺寸一致 （合理的誤差，可通過磨耗修調）。 在檢查 Siemens 802D 數控系統參數，發現 2 個驅動軸的編碼器脈沖數和系統設定的值不一致。 經查看 X/Z 軸的伺服電機型號相同，但所配置的編碼器脈沖數不一樣，系統設定時把2 個脈沖值設置錯位了。 后與企業維修部門溝通得知，在機床保養時，把電機拆下進行了清洗積碳，在安裝時沒有注意到兩電機所配置的編碼器不一樣，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。經重新安裝電機后，零件加工精度恢復正常。
3 、次生故障的預防
由于數控設備涉及多個學科領域，內部組成結構非常復雜。 如果一個維修人員僅僅懂得機械結構的維修、或僅從事過電氣方面的維修，是遠遠不夠的。 要求維修人員熟練掌握各學科領域知識，也是不現實的。因此就難免會在維修過程中，造成次生故障問題。
預防數控設備維修過程中發生次生故障問題，顯得尤為迫切和重要。根據數控設備的結構，把設備維修分為設備外圍設備維修、設備本體機械部分維修、數控系統軟件部分維修和數控系統硬件部分維修。根據維修大類，明確維修人員責任范圍。如維修大類發生交叉時，維修人員必須相互協商共同制定維修方案后實施。此外，企業維保人員及時做好設備的定期維護保養，也是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制度，這也有助于減少次生故障問題發生概率。 如維修時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造成的元器件損壞； 維修時做好詳盡的維修記錄，記錄好維修前的各開關參數狀態、通信電纜接插件位置等，如果維修未成功，及時恢復到維修前狀態；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；維修中參數修改、接線要規范；維修后編制維修說明，維修資料專人妥善保管。
4、 結語
通過對數控設備維修中所產生次生故障的種類及嚴重性的分析，表明生產企業制定合適的數控設備維修保養管理辦法，對預防數控設備維修中發生次生故障問題具有積極意義，同時亦可為企業帶來良好的經濟效益。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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