機(jī)電設(shè)備維修與故障診斷

機(jī)電設(shè)備維修與故障診斷第一頁，共51頁。1.1數(shù)控機(jī)床維修與調(diào)試的意義1.2數(shù)控機(jī)床維修的基本原則與基本要求1.3數(shù)控機(jī)床維修的方法與步驟1.4數(shù)控機(jī)床常見故障的類型與特點1.5數(shù)控機(jī)床維修工技術(shù)等級標(biāo)準(zhǔn)第二頁，共51頁。1.1.1數(shù)控機(jī)床維修與調(diào)試的必要性數(shù)控機(jī)床是集光、機(jī)、電、氣、液、信息處理等為一體的復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、可編程控制器、精密機(jī)械、模擬、數(shù)字、電力電子、電機(jī)拖動、液壓與氣動、傳感器與檢測、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)。數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效率、高適應(yīng)性的特點，適用于多品種、中小批量精密復(fù)雜零件的加工。自動化程度高，運(yùn)行速度快，各部分聯(lián)系非常緊密，往往有成千上萬個機(jī)械零件和電器部件，無論哪一部分出現(xiàn)問題都是難以避免的，比如機(jī)械銹蝕、機(jī)械磨損、機(jī)械失效、電子元器件老化、插件接觸不良、電流電壓波動、溫度變化、干擾、噪聲，參數(shù)丟失或本身有隱患、灰塵、操作失誤等，都有可能導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障甚至使整個機(jī)床停機(jī)，從而造成整個生產(chǎn)停頓。返回下一頁上一頁第三頁，共51頁。1.故障的概念：數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）喪失了部分或全部規(guī)定功能。故障診斷技術(shù)：在機(jī)床運(yùn)行中或基本不拆卸的情況下，掌握機(jī)床（系統(tǒng)）現(xiàn)行狀態(tài)的信息，查明產(chǎn)生故障的部位和原因，預(yù)知系統(tǒng)的異常和故障，采取措施和對策。2.與故障診斷與維修相關(guān)的理論知識數(shù)控設(shè)備的可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。可靠度：R(t)可靠性用概率表示就是可靠度。定義為“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。不可靠度：F(t)定義為“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，發(fā)生故

障的概率。第四頁，共51頁。故障密度f(t):不可靠度對時間的微分，稱為故障密度。f*(t)為經(jīng)驗故障密度。故障率λ（t）：（1）瞬時故障率：產(chǎn)品在某一瞬間發(fā)生故障的概率（2）平均故障率：產(chǎn)品在某一段時間發(fā)生故障的概率第五頁，共51頁。故障密度f(t)和不可靠度F(t)的關(guān)系故障規(guī)律第六頁，共51頁。1.1.2數(shù)控機(jī)床維修與調(diào)試的目的數(shù)控機(jī)床維修與調(diào)試的基本目的就是要提高數(shù)控設(shè)備的可靠性。數(shù)控設(shè)備的可靠性是指在規(guī)定的時間內(nèi)、規(guī)定的工作條件下維持無故障工作的能力。衡量數(shù)控設(shè)備可靠性的重要指標(biāo)是平均無故障時間MTBF(MeanTimeBetweenFailures、平均修復(fù)時間MTTR(MeanTimetoRepair)和平均有效度A。平均無故障時間(MTBF)是指數(shù)控機(jī)床在使用中兩次故障間隔的平均時間，即返回下一頁上一頁數(shù)控機(jī)床常用它作為可靠性的定量指標(biāo)，顯然平均無故障時間越長越好。第七頁，共51頁。平均修復(fù)時間(MTTR)是指數(shù)控機(jī)床從開始出現(xiàn)故障直至排除故障、恢復(fù)正常使用的平均修復(fù)時間，即該指標(biāo)反映數(shù)控設(shè)備的可維修性，顯然平均修復(fù)時間越短越好。平均有效度是對數(shù)控設(shè)備正常工作概率進(jìn)行綜合評價的指標(biāo)，它是指一臺可維修數(shù)控機(jī)床在某段時間內(nèi)維持其性能的概率，即返回下一頁上一頁第八頁，共51頁。1.2.1數(shù)控機(jī)床維修的基本原則數(shù)控機(jī)床維修的基本原則主要有以下6個方面。1.先外部后內(nèi)部2.先機(jī)械后電氣3.先靜后動4.先簡單后復(fù)雜5.先公用后專用6.先一般后特殊返回下一頁上一頁第九頁，共51頁。1.2.2數(shù)控機(jī)床維修的基本要求1.人員素質(zhì)的要求(1)專業(yè)知識面廣(2)勤于思考(3)重視經(jīng)驗積累(4)善于學(xué)習(xí)(5)具備專業(yè)英語閱讀能力(6)能熟練操作機(jī)床和使用維修儀器(7)有較強(qiáng)的動手能力和實驗技能返回下一頁上一頁第十頁，共51頁。2.技術(shù)資料和技術(shù)準(zhǔn)備1)技術(shù)資料(1)數(shù)控裝置部分(2)PLC裝置部分(3)伺服單元部分(4)機(jī)床部分(5)機(jī)床主要配套功能部件的說明書與資料返回下一頁上一頁第十一頁，共51頁。2)技術(shù)準(zhǔn)備(1)數(shù)據(jù)備份(2)現(xiàn)場測繪(3)故障維修返回下一頁上一頁第十二頁，共51頁。3.工具及備件的要求合格的維修工具是進(jìn)行數(shù)控機(jī)床維修的必備條件，數(shù)控機(jī)床是精密設(shè)備，它對各方面的要求較普通機(jī)床高，對于不同的故障，所需要的維修工具亦不盡相同。常用的工具主要有以下幾類。返回下一頁上一頁第十三頁，共51頁。(1)常用儀表類①數(shù)字萬用表。②數(shù)字轉(zhuǎn)速表。返回下一頁上一頁第十四頁，共51頁。③示波器。④相序表。PLC編程器。返回下一頁上一頁第十五頁，共51頁。⑥邏輯測試筆。⑦邏輯分析儀⑧集成電路測試儀。分為離線IC測試儀和在線IC測試儀兩種。離線IC測試儀可用來測試數(shù)控機(jī)床上的通用數(shù)字集成電路和模擬集成電路等。返回下一頁上一頁第十六頁，共51頁。在線IC測試儀⑨特征代碼分析儀⑩短路故障追蹤儀返回下一頁上一頁第十七頁，共51頁。除了上面介紹的數(shù)控診斷儀器之外，還有很多其他的診斷儀器，比如存儲器測試儀，激光干涉儀，球桿儀，電動機(jī)故障檢測儀，機(jī)械故障聽診器，各種信號、油液、噪聲分析儀等。(2)常用工具類維修數(shù)控設(shè)備除了要配備必要的測量儀表、儀器之外，一些維修工具也是不可缺少的，主要有以下幾種。①電烙鐵。②吸錫器。返回下一頁上一頁第十八頁，共51頁。手動吸錫器價格便宜，但在一些場合吸錫效果不好，如拆多層電路板上芯片的接地和電源引腳時，因散熱快，難以吸凈焊錫。電動吸錫器帶電熱絲和吸氣泵，使用時對準(zhǔn)焊點，待錫熔化后按動(手動或腳踩)吸氣泵將錫抽凈。吸錫器如圖1-12。③旋具。④鉗類工具。返回下一頁上一頁第十九頁，共51頁。⑤扳手。⑥常用的長度測量工具。⑦其他。其他工具包括剪刀、鑷子、刷子、吹塵器、清洗盤、帶鱷魚鉗的連接線、純酒精、清潔觸點用噴劑、潤滑油等。返回下一頁上一頁第二十頁，共51頁。(3)常用的備件數(shù)控機(jī)床的維修所涉及的元器件、零件眾多，備用的元器件不可能全部準(zhǔn)備充分、齊全。備件管理備件ABC分析法返回下一頁上一頁第二十一頁，共51頁。1.3.1數(shù)控機(jī)床維修的方法1.數(shù)控機(jī)床維修的常規(guī)方法數(shù)控機(jī)床發(fā)生的大多數(shù)故障，總體上說可采用下述10種方法來進(jìn)行故障診斷。(1)直觀法(7)測量比較法(2)系統(tǒng)自診斷法(8)原理分析法

(3)動態(tài)梯形圖診斷法(9)敲擊法

(4)參數(shù)檢查法(10)局部升溫(5)功能程序測試法(6)交換法返回下一頁上一頁第二十二頁，共51頁。例1：直觀檢查一臺德國MAHO公司五軸聯(lián)動加工中心。在一次傳輸程序中，CPU板傳輸接口燒壞。檢查發(fā)現(xiàn)在RS232接口處有明顯焦糊痕跡。將斷線處跳接，更換一塊8255芯片，重新安裝在機(jī)床上，將機(jī)床參數(shù)輸入，機(jī)床恢復(fù)正常。第二十三頁，共51頁。例2：自診斷功能分析武漢重型機(jī)床廠生產(chǎn)的16m立車，在一次加工過程中出現(xiàn)43號報警（PLC未準(zhǔn)備好工作）。讀出ISTACK中故障代碼為34，查詢西門子840C診斷手冊，內(nèi)容為接口DMP模塊啟動錯誤。檢查發(fā)現(xiàn)連接地面操作臺的DMP模塊地板未上電。查閱電氣圖紙發(fā)現(xiàn)為其供電的一空氣開關(guān)跳閘。第二十四頁，共51頁。例3：動態(tài)T型圖診斷武漢重型機(jī)床廠生產(chǎn)的16M立車，在使用過程中發(fā)現(xiàn)X軸回油槽大量往外漏油。檢查回油線路沒有發(fā)現(xiàn)堵的現(xiàn)象，查閱電氣原理圖有定程和定時潤滑。用PG720編程器，在線監(jiān)控：PLC邏輯狀態(tài)正常，PLC輸出控制9K50繼電器。后檢查發(fā)現(xiàn)，9K50常開觸點粘連，更換新的繼電器，故障排除。參考程序(定時潤滑）第二十五頁，共51頁。例4：替換法在機(jī)床的運(yùn)行過程中，X軸運(yùn)行正常，Z軸出現(xiàn)故障，并且報跟蹤誤差過大，圖a是正常時的接線圖，為了判斷具體故障原因，進(jìn)行如圖b對調(diào)現(xiàn)在運(yùn)行系統(tǒng)，（1）如果此時X軸不能正常運(yùn)行，Z軸能正常運(yùn)行可以得出什么結(jié)論？（2）如果對調(diào)后，Z軸依然有故障，說明什么？（3）如果判斷故障不是出現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)上，進(jìn)行如圖c對調(diào)現(xiàn)在運(yùn)行系統(tǒng)，此時如果X軸不能正常運(yùn)行，Z軸能正常運(yùn)行，可以得出什么結(jié)論？第二十六頁，共51頁。2.數(shù)控機(jī)床維修的先進(jìn)方法(1)遠(yuǎn)程診斷遠(yuǎn)程診斷是數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家維修部門提供的一種先進(jìn)的診斷方法，這種方法采用網(wǎng)絡(luò)通信手段。返回下一頁上一頁第二十七頁，共51頁。(2)自修復(fù)系統(tǒng)自修復(fù)系統(tǒng)就是在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有備用模塊，在CNC系統(tǒng)的軟件中裝有自修復(fù)程序，當(dāng)該軟件在運(yùn)行時一旦發(fā)現(xiàn)某個模塊有故障，系統(tǒng)一方面將故障信息顯示在CRT上，另一方面自動尋找是否有備用模塊，如有備用模塊，則系統(tǒng)能自動使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊使系統(tǒng)能較快地進(jìn)入正常工作狀態(tài)。這種方案適用于無人管理的自動化工作的場合。返回下一頁上一頁第二十八頁，共51頁。(3)專家診斷系統(tǒng)專家診斷系統(tǒng)又稱智能診斷系統(tǒng)。它將專業(yè)技術(shù)人員、專家的知識和維修技術(shù)人員的經(jīng)驗整理出來，運(yùn)用推理的方法編制成計算機(jī)故障診斷程序庫。專家診斷系統(tǒng)主要包括知識庫和推理機(jī)兩部分。返回下一頁上一頁第二十九頁，共51頁。(4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由許多并行的功能單元組成，這些單元類似于生物神經(jīng)系統(tǒng)的單元，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反映了人腦功能的若干特性，是一種抽象的數(shù)學(xué)模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點是信息的分布式存儲和并行協(xié)同處理，它有很強(qiáng)的容錯性和適應(yīng)性，善于聯(lián)想、綜合和推廣。返回下一頁上一頁

將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于數(shù)控機(jī)床故障診斷，將其作為某些難以用傳統(tǒng)方法處理的故障診斷的手段和方法，這是數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技術(shù)的發(fā)展方向。第三十頁，共51頁。1.3.2數(shù)控機(jī)床維修的步驟數(shù)控設(shè)備的故障診斷與維修的過程基本上可分為故障記錄、維修前的檢查、故障分析與排除、維修排故后的總結(jié)。1.故障記錄(1)故障發(fā)生時的情況記錄(2)故障發(fā)生的頻繁程度記錄(3)故障的規(guī)律性記錄(4)故障時的外界條件記錄返回下一頁上一頁第三十一頁，共51頁。2.維修前的檢查(1)機(jī)床的工作狀況檢查

(2)機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)情況檢查(3)機(jī)床和系統(tǒng)之間連接情況的檢查(4)CNC裝置的外觀檢查返回下一頁上一頁第三十二頁，共51頁。3.故障分析與排除根據(jù)對現(xiàn)場各種情況的分析，對各種可能的原因進(jìn)行排查，從中找出故障的真正原因。對于維修人員來說這是對機(jī)床熟悉程度、知識水平、實踐經(jīng)驗和分析判斷能力的綜合考驗。在分析故障起因時，思路一定要開闊，無論是CNC系統(tǒng)、機(jī)床強(qiáng)電，還是機(jī)械液壓、氣路等，只要是有可能引起該故障的原因，都要盡可能全面地列出來，進(jìn)行綜合判斷和篩選，然后通過必要的測試，達(dá)到確診和最終排除故障的目的。返回下一頁上一頁第三十三頁，共51頁。4.維修排故后的總結(jié)提高故障分析和維修排除后總結(jié)與提高工作是非常重要的階段，應(yīng)引起足夠的重視?？偨Y(jié)提高的主要內(nèi)容包括:詳細(xì)記錄從故障的發(fā)生、分析判斷到排除全過程中出現(xiàn)的各種問題，采取的各種措施，涉及的相關(guān)電路圖、相關(guān)參數(shù)和相關(guān)軟件;期間錯誤分析和排故方法也應(yīng)記錄，并記錄無效的原因，除填入維修檔案外，內(nèi)容較多時還要另文詳細(xì)書寫;總結(jié)排故過程中所需圖樣、資料、備件、工具、儀表等的不足，以備條件允許時備齊。返回下一頁上一頁第三十四頁，共51頁。1.4.1數(shù)控機(jī)床的故障1.數(shù)控機(jī)床故障的概念數(shù)控機(jī)床的故障是指數(shù)控機(jī)床喪失了規(guī)定的功能，它包括機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)等方面的故障。數(shù)控機(jī)床維修的概念

數(shù)控機(jī)床故障診斷是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中，根據(jù)設(shè)備故障的現(xiàn)象，在掌握數(shù)控系統(tǒng)各部分工作原理的前提下，對現(xiàn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，并輔助必要的檢測手段，查明故障部位和原因，提出有效的維修對策，以便維修人員或操作人員盡快進(jìn)行故障的修復(fù)。返回下一頁上一頁第三十五頁，共51頁。2.故障的機(jī)理分析故障機(jī)理是指誘發(fā)零件、部件、系統(tǒng)發(fā)生故障的物理、化學(xué)、電學(xué)與機(jī)械學(xué)過程，也可以說是形成故障的原因。故障機(jī)理還可以表述為數(shù)控機(jī)床的某種故障在達(dá)到表面化之前，其內(nèi)部的演變過程及其因果關(guān)系。在研究故障機(jī)理時，需要考察的基本因素至少有3個。返回下一頁上一頁第三十六頁，共51頁。①對象，指故障件本身的內(nèi)部狀態(tài)與結(jié)構(gòu)對故障的誘發(fā)作用，即內(nèi)因的作用，如機(jī)床的功能、特性、強(qiáng)度、內(nèi)部應(yīng)力、內(nèi)部缺陷、設(shè)計方法、安全系數(shù)、安裝條件等。

②原因，指能引起設(shè)備與系統(tǒng)發(fā)生故障的破壞因素，如動作應(yīng)力(質(zhì)量、電流、電壓、輻射能等)，環(huán)境應(yīng)力(溫度、濕度、放射線、日照等)，人為的失誤(誤操作、裝配錯誤、調(diào)整錯誤等)以及時間的因素(環(huán)境隨時間的變化、負(fù)荷周期、時間的推移)等故障誘因。③結(jié)果，即產(chǎn)生的異常狀態(tài)，或者說基本因素②作用基本因素①的結(jié)果?；疽蛩丌俚臓顟B(tài)超過某種界限，就發(fā)生故障而作為故障模式，即基本因素③。返回下一頁上一頁第三十七頁，共51頁。1.4.2數(shù)控機(jī)床常見故障的類型數(shù)控設(shè)備的故障是多種多樣的，可以從不同的角度對其進(jìn)行分類。1.按故障發(fā)生的部位分類(1)主體故障

(2)電氣故障返回下一頁上一頁第三十八頁，共51頁。2.按故障的性質(zhì)分類(1)確定性故障確定性故障是指控制系統(tǒng)主機(jī)中的硬件損壞，或只要滿足一定的條件數(shù)控機(jī)床必然會發(fā)生的故障。這一類故障現(xiàn)象在數(shù)控機(jī)床上最為常見，但由于它具有一定的規(guī)律，因此也給維修帶來了方便。

(2)隨機(jī)性故障隨機(jī)性故障是指數(shù)控機(jī)床在工作過程中偶然發(fā)生的故障。此類故障的發(fā)生原因較隱蔽，很難找出其規(guī)律性，故常也稱之為軟故障。隨機(jī)性故障的原因分析與故障診斷比較困難，一般而言，故障的發(fā)生往往與部件的安裝質(zhì)量、參數(shù)的設(shè)定、元器件的品質(zhì)、軟件設(shè)計不完善、工作環(huán)境的影響等諸多因素有關(guān)。返回下一頁上一頁第三十九頁，共51頁。3.按故障的指示形式分類(1)有報警顯示的故障數(shù)控機(jī)床的故障顯示可分為指示燈顯示與顯示器顯示兩種。(2)無報警顯示的故障這類故障發(fā)生時，機(jī)床與系統(tǒng)均無報警顯示，其分析診斷的難度通常較大，需要仔細(xì)、認(rèn)真地分析判斷才能予以確認(rèn)。返回下一頁上一頁第四十頁，共51頁。4.按故障的發(fā)生狀態(tài)分類(1)突然故障突然故障是指數(shù)控系統(tǒng)在正常使用過程中，事先并無任何故障征兆出現(xiàn)，而突然出現(xiàn)的故障。(2)漸變故障漸變故障是指數(shù)控系統(tǒng)在發(fā)生故障前的某一時期內(nèi)，已經(jīng)出現(xiàn)故障的征兆，但此時(或在消除系統(tǒng)報警后)，數(shù)控機(jī)床還能夠正常使用，并不影響加工出的產(chǎn)品的質(zhì)量。返回下一頁上一頁第四十一頁，共51頁。5.按數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的原因分類(1)自身故障數(shù)控機(jī)床自身故障是由數(shù)控機(jī)床自身的原因引起的，與外部使用環(huán)境及條件無關(guān)。數(shù)控機(jī)床所發(fā)生的絕大多數(shù)故障均屬此類故障，但應(yīng)注意有些故障并非由機(jī)床本身而是由外部原因所造成的。(2)外部故障數(shù)控機(jī)床外部故障是由外部原因造成的。返回下一頁上一頁第四十二頁，共51頁。6.按故障的影響程度分類從故障的影響程度來看，數(shù)控系統(tǒng)故障分為完全失效故障和部分失效故障。完全失效故障是指數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障后，不能再正常加工工件，只有等到故障排除后，才能讓數(shù)控機(jī)床恢復(fù)正常工作的情況。部分失效故障是指數(shù)控機(jī)床喪失了某種或部分系統(tǒng)功能，而數(shù)控機(jī)床在不使用該部分功能的情況下，仍然能夠正常加工工件。7.數(shù)控機(jī)床除上述常見故障分類外，還可根據(jù)故障發(fā)生時有無破壞性分為破壞性故障和非破壞性故障;或根據(jù)故障出現(xiàn)的嚴(yán)重程度分為危險性故障和安全性故障等。返回下一頁上一頁第四十三頁，共51頁。1.5.1數(shù)控機(jī)床的修理1.數(shù)控機(jī)床修理的概念數(shù)控機(jī)床修理是指為保證數(shù)控機(jī)床正常、安全地運(yùn)行，以相同的新的零部件取代舊的零部件或?qū)εf的零部件進(jìn)行加工、修配的操作，這些操作不應(yīng)改變數(shù)控機(jī)床的特性。數(shù)控機(jī)床修理與數(shù)控機(jī)床改裝存在著本質(zhì)上的區(qū)別，修理僅僅是將磨損或損壞了的零部件通過規(guī)范的操作恢復(fù)到原設(shè)計狀態(tài)。而改造就不一樣了，它需要通過再設(shè)計去改變數(shù)控機(jī)床的整機(jī)或部件的性能。返回下一頁上一頁第四十四頁，共51頁。2.數(shù)控機(jī)床修理的種類數(shù)控機(jī)床中的各種零件到達(dá)磨損極限的經(jīng)歷各不相同，無論從技術(shù)角度還是從經(jīng)濟(jì)角度考慮，都不能只規(guī)定一種修理即更換全部磨損零件，但也不能規(guī)定過多，而影響數(shù)控機(jī)床的有效使用時間。通常將修理劃分為3種，即大修、中修和小修。(1)大修(2)中修(3)小修返回下一頁上一頁第四十五頁，共51頁。3.數(shù)控機(jī)床修理的組織方