摘要：随着我国社会科技的迅猛发展，数控机床技术也随之不断发展，通过对自动控制理论在数控机床维修中的应用进行分析，从自动控制理论的角度入手，详细阐述数控机床伺服控制的方式，与实际相结合，找到数控机床故障形成的原因，提出相应的措施加以解决，以供人们参考。
关键词：自动控制；数控机床；维修；应用
1概述
数控机床作为一种较为复杂的机电一体化产品，其故障类型多种多样，导致故障的原因也不容易发现，即使找出了数控机床的故障原因，也可能存在多种对应的维修方案。数控机床的复杂性决定了数控机床可能产生的故障多种多样，常见的故障有磨损导致的加工精度降低、液压系统的泄漏、异物卡堵导致的机械故障、电气元件的老化、误操作导致的系统参数故障等。数控机床故障的复杂性导致数控机床的可用度偏低、维护及维修费用偏高，本文在研究设备维修理论的基础上，结合数控机床的故障类型和特点，分析并得出影响数控机床维修性的主要因素和提高数控机床维修性的途径。
2数控机床
数控机床是一种自动化机床，装有程序的控制系统。数控机床的控制系统能够对由G代码、M代码、S代码、T代码和F代码组成的程序进行处理，同时对其进行译码，从而让机床开始运作并进行零件加工。数控机床具有很多特征，它主要体现在以下几方面:第一，加工精密度比较高，能够确保加工质量。第二，可以多轴运动，加工出样式繁杂的零件。第三，当加工零件需要变动时，只需要对数控程序进行转换，在一定程度上能够减少生产的筹备时间。第四，机床自身的精密度比较高，硬度强，可对加工用量进行优化选择，使其生产效率得以提升。第五，机床自动化水平比较高，这在一定程度上能够降低工作强度。第六，数控机床不仅对操作人员的修养有较高要求，还对维修人员的技术有更大的要求。数控机床通常由五大部分构成:一是主机，它作为数控机床的主体，主要实现各种切削加工功能。二是数控装置，它作为数控机床的重中之重，主要对数字化的零件程序进行输入，并将输入的信息进行储存，对数据进行转换，完成各种控制功能。三是驱动装置，它作为一种驱动部件，主要控制数控机床工作。四是辅助装置，作为一种配套部件，在数控机床中是不可缺少的，它能够确保数控机床安全有效运行。五是编程和其他附属设备，主要将零件程序在数控机床外进行编制及储存。
3数控设备电源故障
不同国家所用的工业用电的电压是不同的，欧洲国家一般用电为AC400V，由于欧洲国家的电网相当稳定，因此在设计电源部分时就没有过多地关注电源的工作环境问题，这样一来从欧洲进口的数控设备，如果配搭的是西门子或海德汉数控系统，工作在我国AC380V工业电的情况下，其电源部分就容易出故障。其故障主要有二大类：1、是功率模块损坏：2、是继电器触点粘连。
4数控设备换刀系统的故障
对于车床、立加，换刀系统的故障是常见的故障之一，通过济南数控车刀塔的故障，分析国产刀塔的工作原理及常见的故障处理方式、通过EMCO332车刀塔的故障，分析进口车削中心刀塔的工作原理及常见的故障处理方式、通过VMP32立加换刀系统的故障，分析台湾产立加换刀系统的工作原理及常见的故障处理方式。
5数控设备伺服故障
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置（计算机）和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。
FANUC 系统由于其电源电压为DC 400 V，同时其电源的设计余量多，因此FANUC 系统的故障多发生在伺服。
5.1台湾省产程泰GLS150数控车床在加工过程中出现 414#、410#报警，动力停止。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆关闭电源再开机，X 轴移动时机床振颤，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：（1） 伺服驱动器坏；（2）X 轴滚珠丝杠阻滞及导轨阻滞。针对原因（1）， 调换同型号驱动器后试机，故障未能排除。针对故障（2）， 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。机床 X 轴水平倾斜 45° 安装， 应有防止其下滑的平衡块或制动装置，检查中未发现平衡块， 但机床说明书电器资料 显示 PMC 确有 X 轴刹车释放输出接点， 而对比同型机床该接点输出正常。检查机床厂设置的 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，机床厂家在安装整机时处理不当或电器件压接不牢靠。能引起一些故障，而此类故障分析查找原因较麻烦。
6换刀装置故障
数控车换刀一般的过程是：换刀电机接到换刀信号后，通过蜗轮蜗杆减速带 动刀架旋转，由霍尔元件发出刀位信号，数控系统再利用这个信号与目标值进行 比较以判断刀具是否到位。刀换到位后，电机反转缩紧刀架。在我维修数控车的 过程中遇到了以下几个故障现象。故障一：一台四刀位数控车床，发生一号刀位找不到，其它刀位能正常换刀的故障现象。故障分析：由于只有一号刀找不到刀位，可以排除机械传动方面的问题，确定就是电气方面的故障。
7影响伺服系统功能的指标
对于多轴运作的数控机床来说，每个轴之间必须互相配合，否则就会影响加工的成效和精密度，为了让机床正常运作，按照时序规定的时间进行，就必须控制好轴的动作。判断数字伺服控制系统功能的优劣主要有三大指标:第一，动态过渡时间 ts，它是指阶跃响应达到并维持在终值的 ± 5% 误差带以内所用的最短时间。总线能够在一定程度上控制数控系统，它主要根据事前编制好的程序进行工作，零件的程序段、系统的动作和过渡时间都是成正比的，只有等上个动作完成了，才能继续下个动作的执行，因此过渡时间不能过长，否则会降低加工的速率。第二，超调量 δ，它是指系统输出响应在最高值时，其超出稳态值部分与稳态值的比值。一旦超调量超过标准量，机床就会在给定点附近反复晃动，这时编码器是找不到目标位置的，会导致机床发生警报而停机，使下一个动作无法进行。第三，静态误差 Δ，它是指受到控制系统的影响，当执行机构靠近目标位置时，其静态位置会给出误差的大小，一旦误差值过大，执行机构远离目标位置，从而导致机床发生警报而停机。
8应用实例分析
以长城机床厂产的 896 数控车床为例，查看FANUC 维修说明书，发现 411#警报是因为伺服移动误差过大导致的，当系统给出移动指令，系统的位置误差计数器与系统的参数值不一样，从而发出系统警报。经过检查，发现误差数值一旦过大，就会发出警报。由于 X 轴带刹车，因此可以判断是刹车问题造成故障，对 X 轴的刹车线圈电阻进行测量，没有任何问题，但是用万用表对刹车电压进行测量时，找到原因是供给刹车线圈电压的 DC24V 中间继电器底座接触不严，把底座换掉后，该机床恢复正常。
以台湾高明五面体加工中心为例，它的系统是FANUC0，当系统停止移动指令，系统的位置误差计数器大于系统参数的值，从而发出系统警报，同时还发现 X 轴有向下移动的倾向。经过检查，发现是因为主轴自重下移造成静态误差过大而发出警报，检查之后发现是 Y 轴电机的 U 相的线断掉了，自身的扭矩很难承担主轴的重力，把电缆换掉以后，该机床才恢复正常。
参考文献:
[1]张相炎.兵器系统可靠性与维修性[M].北京：国防工业出版社，2016.
[2]吕川.维修性设计分析与验证[M].北京：国防工业出版社，2012.
[3]吕文元.先进制造设备维修理论、模型和方法[M].北京：科学出版社，2010.
论文作者:张国胜,何卫东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/20
标签：故障论文; 数控机床论文; 系统论文; 机床论文; 数控论文; 误差论文; 加工论文; 《电力设备》2018年第15期论文;