第2章　数控机床机械装调维修基础

2.1 数控机床的修理

修理（Repair）是指为保证在用数控机床正常、安全地运行，以相同的新的零部件取代旧的零部件或对旧的零部件进行加工、修配的操作，这些操作不应改变数控机床的特性。

数控机床修理与数控机床改装存在着本质上的区别，修理仅仅是将磨损或损坏了的零部件通过规范的操作使它恢复到原设计状态，而改造就不一样了，它需要通过再设计去改变数控机床的整机或部件的性能。

2.1.1 数控机床的修理种类

数控机床中的各种零件，到达磨损极限的经历各不相同，无论从技术角度还是从经济角度考虑，都不能只规定一种修理即更换全部磨损零件。但也不能规定过多，影响数控机床有效使用时间，通常将修理划分为三种，即大修、中修、小修。

（1）大修

数控机床大修主要是根据数控机床的基准零件已到磨损极限，电子器件的性能也已严重下降，而且大多数易损零件也已用到规定时间，数控机床的性能已全面下降而确定。大修时需将数控机床全部解体，一般需将数控机床拆离基础，在专用场所进行。大修包括修理基准件，修复或更换所有磨损或已到期的零件，校正坐标，恢复精度及各项技术性能，重新油漆。此外，结合大修可进行必要的改装。

（2）中修

中修与大修不同，不涉及基准零件的修理，主要修复或更换已磨损或已到期的零件，校正坐标，恢复精度及各项技术性能，只需局部解体，并且仍然在现场就地进行。

（3）小修

小修的主要内容在于更换易损零件，排除故障，调整精度，可能发生局部不太复杂的拆卸工作，在现场就地进行，以保证数控机床正常运转。上述三种修理的工作范围、内容及工作量各不相同，在组织数控机床修理工作时应予以明确区分。尤其是大修与中、小修，其工作目的与经济性质是完全不同的。中、小修的主要目的在于维持数控机床的现有性能，保持正常运转状态。通过中、小修之后，数控机床原有价值不发生增减变化，属于简单再生产性质。而大修的目的在于恢复原有一切性能。在更换重要部件时，并不都是等价更新，还可能有部分技术改造性质的工作，从而引起起数控机床原有价值发生变化。属于扩大再生产性质。因此，大修与小修的款项来源应是不同的。

由上所述可知，在组织数控机床修理时，应将日常保养、检查、大、中、小修加以明确区分。

2.1.2 数控机床修理的组织方法

数控机床修理的组织方法对于提高工作效率，保证修理质量，降低修理成本，有着重要的影响，常见的修理方法有以下几种。

（1）换件修理法

即将需要修理的部件拆下来，换上事准备好的储备部件，此法可降低修理停留时间，保证修理质量，但需要较多的周转部件，需占有较多的流动资金，适于大量同类型数控机床修理的情况。

（2）分部修理法

即将数控机床的各个独立部分一次同时修理，分为若干次，每次修其中某一部分，依次进行。此法可利用节假日修理，减少停工损失，适用于大型复杂的数控机床。

（3）同步修理法

即将相互紧密联系的数台数机床，一次同时修理，适于流水生产线及柔性制造系统（FMS）等。

2.1.3 数控机床的修理制度

根据数控机床磨损的规律，“预防为主、养修结合”是数控机床检修工作的正确方针。但是，在实际工作中，由于修理期间除了发生各种维修费用以外，还引起一定的停工损失，尤其在生产繁忙的情况下，往往由于吝惜有限的停工损失而宁愿让数控机床带病工作，不到万不得已时绝不进行修理，这是极其有害的做法。由于对磨损规律的了解不同，对预防为主的方针认识不同，因而在实践中产生了不同的数控机床修理制度，主要有以下几种。

（1）随坏随修

即坏了再修，也叫事后修，事实上是等出了事故后再安排修理，这时候常常已经造成更大的损坏，有时已到无法修复的程度，即使可以修复也将耗费更多的资金，需要更长的时间，造成更大的损失，应当避免随坏随修的现象。

（2）计划预修

这是一种有计划的、预防性修理制度，其特点是根据磨损规律，对数控机床进行有计划的维护、检查与修理，预防急剧磨损的出现，是一种正确的修理制度。根据执行的严格程度不同，又可分为三种：

第一种是强制修理，即对数控机床的修理日期、修理类别、制订合理的计划，到期严格执行计划规定的内容。

第二种是定期修理，预订修理计划以后，结合实际检查结果，调整原订计划确定具体修理日期。

第三种是检查后修理，即按检查计划，根据检查结果制订修理内容和日期。

（3）分类维修

其特点是将数控机床分为A、B、C三类。A为重点数控机床，B为非重点数控机床，C为一般数控机床，对A、B两类采用计划预修，而对C类采取随坏随修的办法。

选取何种修理制度，应根据生产特点、数控机床重要程度，经济得失的权衡，综合分析后确定。但应坚持预防为主的原则，减少随坏随修的现象，也要防止过分修理带来的不必要的损失（过分修理即对可以工作到下一次修理的零件予以强制更换，不必修理却予以提前更换）。

2.1.4 对维修人员的素质要求

（1）专业知识面广

① 掌握计算机原理、电子技术、电工原理、自动控制与电力拖动、检测技术、机械传动及机械加工方面的知识。

② 掌握数字控制、伺服驱动及PLC的工作原理。

③ 掌握检测系统的工作原理。

④ 能编写简单的数控加工程序。

⑤ 能运用各种方法编写PLC的程序。

（2）具有专业外语的阅读能力

① 能读懂数控系统的操作面板、CRT显示的外文信息。

② 能读懂外文的随机手册。

③ 能读懂外文的技术资料。

④ 能熟练的运用外文的报警提示。

（3）有较强的动手能力和实验能力

① 对数控系统进行操作。

② 能查看报警信息。

③ 能检查、修改参数。

④ 能调用自诊断功能，进行PLC接口检查。

⑤ 会使用维修的工具、仪器、仪表。

⑥ 会操作数控机床。

2.1.5 数控机床维修必要的技术资料和技术准备

维修人员应在平时认真整理和阅读有关数控系统的重要技术资料。维修工作做得好坏，排除故障的速度快慢，主要决定于维修人员对系统的熟悉程度和运用技术资料的熟练程度。数控机床维修人员所必需的技术资料和技术准备见表2-1。

2.1.6 数控机床的故障维修

（1）数控机床故障维修的原则

① 先外部后内部。数控机床是机械、液压、电气一体化的机床，故其故障的发生必然要从机械、液压、电气三者综合反映出来。数控机床的检修要求维修人员掌握先外部后内部的原则。即当数控机床发生故障后，维修人员应先采用望，闻、听、问等方法，由外向内逐一进行检查。比如：数控机床的行程开关、按钮开关、液压气动元件以及印制线路板插头座、边缘接插件与外部或相互之间的连接部位、电控柜插座或端子排这些机电设备之间的连接部位，因其接触不良造成信号传递失灵，是产生数控机床故障的重要因素。此外，由于工业环境中温度、湿度变化较大，油污或粉尘对元件及线路板的污染，机械的振动等，对于信号传送通道的接插件都将产生严重影响。在检修中重视这些因素，首先检查这些部位就可以迅速排除较多的故障。另外，尽量避免随意地启封、拆卸，不适当的大拆大卸，往往会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。

② 先机械后电气。由于数控机床是一种自动化程度高，技术复杂的先进机械加工设备。机械故障一般较易察觉，而数控系统故障的诊断则难度要大些。先机械后电气就是首先检查机械部分是否正常，行程开关是否灵活，气动、液压部分是否存在阻塞现象等。因为数控机床的故障中有很大部分是由机械动作失灵引起的。所以，在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可以达到事半功倍的效果。

③ 先静后动。维修人员本身要做到先静后动，不可盲目动手，应先询问机床操作人员故障发生的过程及状态，阅读机床说明书、图样资料后，方可动手查找处理故障。其次，对有故障的机床也要本着先静后动的原则，先在机床断电的静止状态，通过观察测试、分析，确认为非恶性循环性故障，或非破坏性故障后，方可给机床通电，在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障，然而对恶性的破坏性故障，必须先行处理排除危险后，方可进入通电，在运行工况下进行动态诊断。

④ 先公用后专用。公用性的问题往往影响全局，而专用性的问题只影响局部。如机床的几个进给轴都不能运动，这时应先检查和排除各轴公用的CNC、PLC、电源、液压等公用部分的故障，然后再设法排除某轴的局部问题。又如电网或主电源故障是全局性的，因此一般应首先检查电源部分，看看断路器或熔断器是否正常，直流电压输出是否正常。总之，只有先解决影响一大片的主要矛盾，局部的、次要的矛盾才有可能迎刃而解。

⑤ 先简单后复杂。当出现多种故障互相交织掩盖、一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决较大的问题。常常在解决简单故障的过程中，难度大的问题也可能变得容易，或者在排除容易故障时受到启发，对复杂故障的认识更为清晰，从而也有了解决办法。

⑥ 先一般后特殊。在排除某一故障时，要先考虑最常见的可能原因，然后再分析很少发生的特殊原因。例如：一台FANUC-0T数控车床Z轴回零不准常常是由于降速挡块位置走动所造成的，一旦出现这一故障，应先检查该挡块位置，在排除这一常见的可能性之后，再检查脉冲编码器、位置控制等环节。

（2）维修前的准备

接到用户的直接要求后，应尽可能直接与用户联系，以便尽快地获取现场信息、现场情况及故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、用户现场有无备件等。据此预先分析可能出现的故障原因与部位，而后在出发到现场之前，准备好有关的技术资料与维修服务工具、仪器备件等，做到有备而去。

每台数控机床都应设立维修档案，将出现过的故障现象、时间、诊断过程、故障的排除做出详细的记录，就像医院的病历一样。这样做的好处是给以后的故障诊断带来很大的方便和借鉴，有利于数控机床的故障诊断。数控机床的操作者应记好工作日志，例如某厂的工作日志见表2-2。

这里应强调实事求是，特别是涉及操作者失误造成的故障，应详细记载。这只作为故障诊断的参考，而不能作为对操作者惩罚的依据。否则，操作者不如实记录，只能产生恶性循环，造成不应有的损失。这是故障诊断前的准备工作的重要内容，没有这项内容，故障诊断将进行得很艰难，造成的损失也是不可估量的。

（3）现场诊断

现场故障诊断是对数控机床所出现的故障进行诊断，找到故障产生的原因，确认故障部位，想办法排除故障，或是更换备件，或是修改参数，从而恢复数控机床功能，使其正确运行的工作过程。

数控机床出现了故障，应该认真地进行由表及里地分析，确定故障部位。数控机床的故障初步判别框图如图2-1所示。

设备维修完毕之后，维修人员应向操作者详细说明故障产生的原因及其危害，并就产生的故障向操作者讲述在数控机床使用过程中应注意的事项，使操作者能正确地处理简单的故障，并在重大故障发生时妥善保护好现场，正确及时地向维修人员提供与故障有关的信息，协助维修人员进行故障诊断。

（4）数控机床维修的步骤

① 调查故障现场。

a.机床在什么情况下出现的故障。

?是否是机床在正常运行时突然出现故障。

?是否是电源网络瞬间断电后产生故障。

?是否有大容量设备的启动造成故障。

?是否是在手动操作过程中产生故障。

?故障产生时有什么外观现象。

?是否有撞击声音。

?是否有电弧闪光现象。

?是否有特殊气味。

b.故障产生后操作者采取了哪些措施。

?是否按过急停按钮。

?是否按过复位按钮。

?是否移动过运动部件。

?是否断开机床总电源。

c.现场维修之前，一定要注意听取以前维修人员都做了哪些方面的试验、哪些方面的维修，在听的过程中，要确定他们哪些是对的，哪些不能下结论。

② 掌握故障信息。

a.故障发生时报警号和报警提示是什么？哪些指示灯和发光管指示了什么报警?

b.如无报警，系统处于何种工作状态？系统的工作方式诊断结果是什么?

c.故障发生在哪个程序段？执行何种指令？故障发生前进行了何种操作?

d.故障发生在何种速度下？轴处于什么位置？与指令值的误差量有多大?

e.以前是否发生过类似故障？现场有无异常现象？故障是否重复发生?

f.想方设法去测试一些必要点的电压波形或电压值。不管做任何处理，首先，自己在理论上可以自圆其说，在理论上没有错。

③ 分析故障原因。

a.归纳法。从故障原因出发摸索其功能联系，调查原因对结果的影响，即根据可能产生该种故障的原因分析，看其最后是否与故障现象相符来确定故障点。

b.演绎法。是从所发生的故障现象出发，对故障原因进行分割式的分析方法。即从故障现象开始，根据故障机理，列出多种可能产生该故障的原因；然后，对这些原因逐点进行分析，排除不正确的原因，最后确定故障点。

④ 建立故障树。

a.分析数控机床的故障，再将故障产生的诸多因素用适当的符号表示，用逻辑符号将它们连接起来。

b.逐级展开故障产生的原因，直至把故障产生的原因分析出来。

c.当机床故障产生后，通过主干、支干、分支逐级分析法来寻找故障产生的原因。

d.该方法较为直观，通用。建立故障树本身工作量很多、烦琐，易出漏洞，对单一故障较为适用。

⑤ 排列可能引起故障的诸多因素。

数控机床产生同一故障现象的原因可能是多种多样的。

a.有CNC系统的原因。

b.有机械的原因。

c.有机床电气系统的原因。

d.有伺服方面的原因。

在大的方面的原因确定下以后，还要缩小故障范围，比如造成伺服报警的原因有以下几种。

a.镶条松动，造成某个方向过紧。

b.导轨润滑不良造成摩擦力太大。

c.滚珠丝杠换向器有问题，导致丝杠卡住。

d.伺服系统增益过大，造成电动机启动、停止时冲击过大。

e.伺服电动机抱闸没打开。

f.切削量过大。

g.刀具损坏。

h.防护罩卡住。

⑥ 进行维修。

在采取措施之前一定要注意以下几点。

a.一定要认真阅读资料，弄清楚这台设备的主系统规格型号、伺服系统的规格型号。

b.要求操作人员配合，并要通过操作人员来进一步了解机床的情况。

c.观察及触摸印制电路板上的器件，摇晃各个插头插座、各个电缆、各个印制电路板，特别注意不要带电插拔印制电路板。对于有场效应电子器件，防止静电击穿，不要去触摸它。

d.必要的部分，在没有图样情况下要进行测绘，以便分析清楚它的工作原理。