【数控机床】基于典型机电一体化设备数控机床维护与维修初探
摘要：我国提出《中国制造 2025》规划，要把制造大国向制造强国转型，加强新技术与制造业深度融合，突出智能制造，那么机电一体技术会获得快速发展，其典型设备—数控机床市场占有率会极大提高，那么设备的维护与维修在实际生产中就会占据重要意义。做好设备维护与维修工作，保障企业正常生产，降低设备故障发生率，延长设备平均使用寿命，从而降低产品生产成本，增强企业市场竞争力。文章阐述了数控机床日常维护管理的内容及维修的一些方法，保障数控机床有效运行奠定了良好基础。
关键词：数控机床；维护；维修；设备
0、引言
数控机床是典型的机电一体化设备，能实现机械加工的高速度、高精度和高自动化，其技术融合了机械、液压、气压、电气、传感监测和信息传输等。在工业智能化趋势下，数控加工作为智能制造重要一环，关乎企业正常生产经营，其日常维护管理、故障诊断与排除越来越受到企业重视。做好数控机床维护与维修工作，同时也能为智能制造其它生产单元提供示范引领作用。数控机床结构复杂，涉及的技术范围广，一旦发生故障不能正常运行，如果工作人员没有维修技术、方法和经验，那么短时间内很难排除故障。企业要是从机床生产厂家聘请专门技术人员来现场维修，既要耽误大量的生产时间，还要付出很高的维修成本，但是有时故障发生原因很简单，只需简单操作即可解决，比如技术人员在现场修改某个参数。聘请的技术维修人员如果对解决问题的方法进行保密，那么再发生类似的故障，势必会增加企业维护与维修成本。企业要加强这方面的人员和设备管理，对一些故障进行防范和维修技术积累，是可以降低设备故障发生率，延长设备使用寿命，保障产品质量，从而提高企业生产效率，降低生产成本。
1、 数控机床维护与维修基础
1.1 数控机床维护与维修的基本内容
从现在企业生产机电设备方式上看，都是模块化生产，从数控机床的数控系统到机械零部件，各个企业分工明确，进行专业化、规模化的设计和制造，数控机床厂已经从传统的零部件设计、生产、组装，转变为机床的总装厂。那么作为数控机床厂家想要修复所有故障就不太现实，更别说机床的使用者了。作为企业的设备维护与维修人员的工作就是能分析和判断出故障所在，能更换零部件，降低设备故障发生率，提高企业生产效率。数控机床维护与维修人员要充分了解机床构造、原理及组成，熟悉各个零部件的结构、规格和订货型号，甚至其订货渠道。对于易损件要有充足的备份，在数控机床发生故障时能及时更换。现代数控机床维护与维修的内容比较多，包含机械、电气和控制，其要求也很高，好在数控机床自带了很多诊断软件，加上其它技术手段，维护与维修还是比较方便的。要充分利用数控系统和伺服驱动系统提供的维修和诊断信息，这是现代数控机床维护与维修的一项重要诊断手段和工具，如传统的检测仪器已经很难检查数控系统和伺服驱动系统的控制和反馈信号，利用计算机技术及时准确判断故障原因，分析故障原因所在控制部分的某个区域，缩小故障排除范围。对于电气部分，要能理解整个数控机床电气控制系统控制过程，看懂电气图纸，熟悉数控系统和伺服驱动系统和可编程控制器之间的信号联系过程和控制接口。对于有问题的元气件，根据电气控制系统模块化的设计理念，及时更换备件。对于机械故障，采用机械维修思路和经验进行维修，通常会有某些零件或部件损坏，致使工作能力丧失，电动机功率降低，传动系统失去平衡和噪声增大等，通过感观“看、听、摸、闻”比较，或者借助一些专业化设备进行诊断排故，对一些功能失效零部件进行必要的更换。由于数控机床有别于传统机床，其本身保存了大量数据信息，要及时做好相关数据的备份。
1.2 数控机床维护与维修的基本要求
1.2.1 维护与维修人员素质要求
数控机床是价格相对高昂的自动化机电产品设备，结构复杂，技术密集，要想长期保持加工精度，良好的维护和维修是必要的，这都有赖于高素质的维护与维修人员和机床操作人员。维护与维修人员除了有必要的机床操作技能，会编制加工程序和了解机械加工工艺，使用一些典型的工量具外，还要掌握数字控制、PLC 编程和伺服驱动的工作原理，能利用网络技术进行线下、线上诊断排故。对机床各部分功能结构都要了解，具备相应的电工电子技术、自动控制与电力拖动、机械传动、液压和气动等基础知识。熟悉数控系统设备的系统配置、硬件连接、数据备份等内容；能看懂电气图，并能与实物相对应；能看懂梯形图，并能局部修改；会改系统参数；在机床诊断界面（CRT）上会有大量的英文，维护与维修人员要能理解其含义，能初步
理解英文维修资料的信息。同时维护与维修人员要有良好的责任心，在每次维修诊断时，要做好必要的记录，为后续维护与维修工作提供参考。
1.2.2 技术资料准备
数控机床种类繁多，其技术参数千差万别，即使同一机床厂家生产的同一型号的数控机床很多参数设置都有差异，做好原始备份非常重要。一般数控机床具备的资料有：机床使用说明书、私服系统技术资料、主要部件技术资料、数控系统资料、PLC 方面技术资料、电气图纸、部件清单及其订货号、维修记录、机床参数、梯形图等。这些技术资料在机床维护与维修过程中是必不可少的，对工作人员帮助很大。维护与维修人员的主要任务是利用系统提供的诊断手段，查阅有关资料并快速判断故障所在。
1.3 数控机床日常维护工作
为了保证数控机床正常使用，企业都会制定一套完整的设备维护管理方案，其数控系统日常维护就是重中之重，数控系统是整个数控机床控制核心，对其维护对这个机床来说至关重要。数控系统的维护重要的工作有：
1.3.1 保证数控系统散热正常
数控系统要在一个合适的环境中才能正常工作，平时要尽量少打开电气柜门，减少灰尘落到印制电路板上，以防止造成电路板短路。电路板上的灰尘要及时清理，让其正常散热，要保障风扇正常工作，定期清理通风系统。
1.3.2 定期更换电池
在操作机床时有很多数据要保存，电池正常供电能确保 RAM 中的数据不会丢失，所以电池要定期更换。机床长期不工作时，也要定期通电，为充电电容及时充电，在更换电池时确保 RAM 中的数据不会丢失。
1.3.3 备份好数据
在更换有关电路板时要注意规格型号，在更换前做好有关数据备份工作，因为有些电路板中含有机床参数和数据，以确保系统软件能正常运行。以 FANUC 数控系统中数据为例，种类较多，包含螺距误差补偿数据、宏程序、系统参数数据、道具补偿数据、系统配置数据、伺服和主轴维护信息、FLASH ROM 中的数据、PLC 程序等。维护与维修人员必须理解各种数据的作用，怎么备份，用什么软件备份，这项工作做好后，就抓住数控设备维护与维修的核心。
1.3.4 定人定机使用
数控机床定人定机使用，操作人员更加熟悉设备的特点，即使数控系统操作面板按键字符模糊不清，也可以减少对数控设备误操作和维护不当。
2 、数控机床故障分析
2.1 数控机床故障处理思路
数控机床强大的故障报警系统给维护与维修人员工作上带来有力的帮助，例如 FANUC 数控系统提供丰富的报警号和报警信息，为了便于用户区别报警分类，在每个报警号前加了报警类别缩写，比如与伺服模块相关的报警“SV0438（X）逆变器电流异常”，维修过程中要充分利用系统提供的报警号和报警信息进行分析和判断。当数控机床发生故障时，故障处理的思路一般是：首先弄清数控机床故障发生情况，维护与维修人员要认真调查现场，了解故障发生的时间、发生频率和发生故障的工作条件，询问操作人员机床使用情况，以往机床故障处理情况，然后根据调查的情况，有报警信息的，根据报警信息处理，没有报警信息的，根据数控系统控制过程处理。如果维修人员根据现有资料和经验不能排除故障，那么就要联系机床厂家技术客服或者其他技术人员商讨解决办法。如果是数控机床硬件故障，联系相关职能部门进行购买并提供订货号。若不能确定故障原因，维修人员要记录好相关信息与数控系统公司联系。
2.2 故障分析案例
某数控车床使用 FANUC 0i-TD 数控系统，选用 βi 主轴电机和 βi SVSP 伺服放大器，机床一开机，就有“SP9073（s）电机传感器断线”报警信息出现。主轴电机内部有主轴电机转速和位置检测传感器以及温度检测传感器，该传感器信息通过电缆线进人主轴放大器，主轴放大器与 CNC 通过串行数据电缆线交换信息，CNC 不断地读取从主轴放大器串行数据电缆传送过来的信息，包括主轴放大器、主轴电机及编码器等信息，当信息中有电机传感器信号断线信息时，就在 CNC 上显示SP9073 报警，七段 LED 数码管上显示 73。SP9073 报警信息是电机传感器信号断线，但故障原因不仅限于反馈电缆线断线，此故障的产生包括几个环节，可能故障原因有：
①. 传感器参数设定错误。②. 主轴放大器控制印制电路权故障，或者连接错设导致反馈信号无法收到。③. 主轴电机内部传感器故障或位置调整故障。④. 主轴电机传感器的反馈电缆故障。⑤. 外部有高频干扰信号，造成反馈信号传输不正常。
故障分析：
①. 参数没人修改；②. 传感器反馈电缆连接位置正确；③. 反馈电缆线没有断线现象，但反馈电缆与动力电缆没有分开走线；④. 重新把反馈电缆分开走线，再重新上电测试，运行正常。
故障解决：
①. 重新把反馈电缆与动力电缆分开重新走线，机床工作正常。②. 把产生故障的原因尽可能罗列清楚，再对故障原因进行排除。
3、结束语
数控机床作为典型机电一体化产品，与其它机电产品在维护与维修方面有很多相似之处，但要确保其高精度可靠运行，维护与维修人员的工作难度还是很大的。其不光要有较强的动手能力、丰富的专业知识和维修经验，还要有良好的职业道德责任感。平时做好数控机床维护保养工作，规范操作，可以大大降低机床故障率。在处理故障原因时，要做到具体问题具体分析，多角度考问题，逐步缩减排查范围。通过熟悉数控机床工作原理和控制过程，结合相关诊断工具，慢慢积累故障处理经验，注意观察数控机床故障发生状况，从而摸索出故障发生的规律，能快速的判断问题所在及时排除故障，提高企业生产效率，降低产品生产成本，提高企业效益。
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