系统硬件维修详解

硬件故障检查过程因故障类型而异,以下所述方法无先后次序之分,可穿插进行,综合分析,逐个排除。

(1）常规检查

1)外观检查

系统发生故障后,首先进行外观检查。 运用自己的感官感受判断明显的故障,有针对性地检查可疑部分的元器件,查看空气断路器、继电器是否脱扣,继电器是否有断开现象,熔丝是否熔断,印制线路板上有无元件破损、断裂、过热,连接导线是否断裂、划伤,插拔件是否脱落等;若已检修过电路板,还得检查开关位置、电位器设定、短路棒选择、线路更改是否与原来状态相符,并注意观察故障出现时的噪声、振动、焦煳味、异常发热、冷却风扇是否转动正常等。

2)连接电缆、连接线检查

针对故障有关部分,用一些简单的维修工具检查各连接线、电缆是否正常。 尤其注意检查机械运动部位的接线及电缆,这些部位的接线易因受力、疲劳而断裂。

例如,WY203 型自动换箱数控组合机床Z 轴一启动,即出现跟随误差过大报警而停机。经检查发现,位置控制环反馈元件光栅电缆由于运动中受力而拉伤断裂,造成丢失反馈信号。

3)连接端及接插件检查

针对故障有关部位,检查接线端子、单元接插件。 这些部件容易因松动、发热、氧化、电化腐蚀而造成断线或接触不良。

例如,TC1000 型加工中心启动后出现114 号报警。 经检查发现,Y 轴光栅适配器电缆插头松脱。

4)恶劣环境下工作的元器件检查

针对故障有关部位,检查在恶劣环境下工作的元器件。 这些元器件容易因受热、受潮、受振动、粘灰尘或油污而失效或老化。

例如,WY203 型自动换箱数控组合机床一次X 轴报警跟随误差太大。 经检查发现,受冷却水及油污染,光栅标尺栅和指示栅都变脏。 清洗后,故障消失。

5)易损部位的元器件检查

数控机床的空气开关、继电器等的熔断器、触头是否有熔断或烧蚀,光栅、磁栅、印刷电路板等是否有油污、划伤、断裂,插接件是否有松动、脱落,按钮、开关等的触头是否有热粘接、污染或氧化等,应优先检查,逐一排除。

6)元器件易损部位应按规定定期检查

直流伺服电机电枢、电刷及整流子,测速发电机电刷及整流子,都容易磨损粘污物,前者造成转速下降,后者造成转速不稳。 纸带阅读机光电读入部件光学元件透明度降低,发光元件及光敏元件老化,都会造成读带出错。

例如,WY203 型自动换箱数控组合机床出现一次X 轴电机不能启动故障。 打开电机检查发现,炭刷磨损,电缆接头电化学腐蚀,接触不良。

7)定期保养的部件及元器件的检查

有些部件、元器件应按规定及时清洗润滑,否则容易出现故障。 如果冷却风扇不及时清洗风道等,则易造成过负载。 如果不及时检查轴承,则在轴承润滑不良时,易造成通电后转不动。

例如,TC1000 型加工中心NC 系统运行异常,经检查,NC 系统冷却风扇未能按时清除污物,管路堵塞,风扇过负载而烧坏,导致冷却对象过热,出现异常。

8)电源电压检查

电源电压正常是机床控制系统正常工作的必要条件。 电源电压不正常,一般会造成故障停机,有时还会造成控制系统动作紊乱。 硬件故障出现后,检查电源电压不可忽视,检查步骤可参考调试说明,方法是参照上述电源系统,从前(电源侧)向后检查各种电源电压。 应注意到电源组功率大、易发热,容易出故障。 多数情况电源故障是由负载引起,因此,更应该在仔细检查后继环节后再进行处理,熔丝断了只换熔丝是不行的,应该查明短路或过流过负载的真正原因。 检查电源时,不仅要检查电源自身馈电线路,还应检查由它馈电的无电源部分是否获得了正常的电压;不仅要注意到正常时的供电状态,还要注意到故障发生时电源的瞬时变化。

(2）故障现象分析法

故障分析是寻找故障的特征。 最好组织机械、电子技术人员及操作人员“会诊”,捕捉出现故障时机器的异常现象,分析产品检验结果及仪器记录的内容,必要(会出现故障发生时刻的现象)和可能(设备还可以运行到这种故障再现而无危险)时可以让故障再现,经过分析可能找到故障规律和线索。

(3）面板显示与指示灯显示分析法

数控机床控制系统多配有面板显示器和指示灯。 面板显示器可将大部分被监控的故障识别结果以报警的方式给出。 对于各个具体的故障,系统有固定的报警号和文字显示给予提示。 特别是彩色CRT 的广泛使用及反衬显示的应用,使故障报警更为醒目。 出现故障后,系统会根据故障情况、故障类型,提示或者同时中断运行而停机。 对于加工中心运行中出现的故障,必要时,系统会自动停止加工过程,等待处理。 指示灯只能粗略地提示故障部位及类型等。 程序运行中出现的故障,程序显示报警出现时程序的中断部位,坐标值显示提示故障出现时运动部件坐标位置,状态显示能提示功能执行结果。 在维修人员未到现场前,操作人员尽量不要破坏面板显示状态、机床故障后的状态,并向维修人员报告自己发现的面板瞬时异常现象。 维修人员应抓住故障信号及有关信息特征,分析故障原因。 故障出现的程序段,可能是指令执行不彻底而应答。 故障出现的坐标位置,可能有位置检测元件故障、机械阻力太大等现象发生。 维修人员和操作人员要熟悉本机床报警目录,对于有些针对性不强、含义比较广泛的报警,要不断总结经验,掌握这类报警发生的具体原因。(www.xing528.com)

(4）系统分析法

判断系统存在故障的部位时,可对控制系统方框图中的各方框单独考虑。 根据每一方框的功能,将方框划分为一个个独立的单元。 在对具体单元内部结构了解不透彻的情况下,可不管单元内容如何,只考虑其输入和输出。 这样就简化了系统,便于维修人员判断故障。 首先检查被怀疑单元的输入,如果输入中有一个不正常,该单元就可能不正常。 这时应追查提供给该输入的上一级单元;在输入都正常的情况下而输出不正常,故障即在本单元内部。 在将该单元输入和输出与上下有关单元脱开后,可提供必要的输出电压,观察其输出结果(也请注意有些配合方式将相关单元脱开后,给该单元供电会造成本单元损坏)。 当然,在使用这种方法时,要求了解该单元输入/输出的电信号性质、大小、不同运行状态信号及它们的作用。用类似的方法可以找出独立单元中某一故障部件,将怀疑部分由大缩到小,逐步缩小故障范围,直至将故障定位于元件。 在维修的初步阶段及有条件时,对怀疑单元可采用换件诊断修理法。 但要注意,换件时应该弄清备件的型号、规格、各种标记、电位器调整位置、开关状态、跳线选择、线路更改及软件版本是否与怀疑单元相同,并确保不会由于上下级单元损坏造成的故障而损坏新单元;此外,还要考虑可能要重调新单元的某些电位器,以保证该新单元与怀疑单元性能相近。 一点细微的差异都可能导致失败或造成损失。 这里要特别强调的是,系统若带有分立的PLC 时,系统产生故障后,应该确定故障发生在系统本身还是发生在内装的PLC 中,这就要求熟悉NC 与PLC 信息交换的内容,搞清楚某一动作不执行是由于NC 没给PLC 指令,还是由于NC 给了PLC 指令而PLC 未执行,或者是由于PLC 未准备好应答信号,NC 不可能提供该指令等。

(5）信号追踪法

信号追踪法是指按照控制系统方框图从前往后或从后向前地检查有关信号的有无、性质、大小及不同运行方式的状态,与正常情况比较,查看有什么差异或是否符合逻辑。 如果线路由各元件“串联”组成,则出现故障时“串联”的所有元件和连接线都值得怀疑。 在较长的“串联”电路中,适宜的做法是将电路分成两半,从中间开始向两个方向追踪,直到找到有问题的元件(单元)为止。 两个相同的路线,可以对它们部分地交换试验。 这种方法类似于将一个电机从其电源上拆下,接到另一个电源上试验电机。 类似地,在其电源上另接一电机来试该电源,这样可以判断出是电机有问题还是电源有问题。 但对数控机床来讲,问题就没有这么简单了,交换一个单元一定要保证该单元所处大环节(如位置控制环)的完整性,否则可能闭环受到破坏,保护环节失效,PI 调节器输入得不到平衡。 例如,只改用Y 轴调节器驱动X 轴电机,若只换接X 轴电机及转速传感器于Y 轴调节器,而不改接X 轴位置反馈于Y 轴反馈上,改接X 轴转速设定于Y 轴调节器上(或在NC 中改X 轴为Y 轴号),给指令于Y 轴,这时X 轴各限位开关失效,且X 轴移动无位置反馈,可能机床一启动即产生X 轴测量回路硬件故障报警,且X 轴各限位开关不起作用。

1)接线系统(继电器-接触器系统)信号追踪法

硬接线系统具有可见接线、接线端子、测试点。 故障状态可以用试电笔、万用表、示波器等简单测试工具测量电压、电流信号大小、性质、变化状态、电路的短路与断路、电阻值变化等,从而判断出故障的原因。 举简单的例子加以说明:由一个继电器线圈K 在指定工作方式下,其控制线路为经X、Y、Z 三个触点接在电源P、N 之间,在该工作方式中K 应得电,但无动作,经检查P、N 间有额定电压,再检查X-Y 接点与N 间有无电压,若有电压,则向下测Y-Z 接点与N 间有无电压;若无电压,则说明Y 轴点可能不通。 其余类推,可找出各触点、接线或K本身的故障。 例如,控制板上的一个三极管元件,若c 极、e 极间有电源电压,b 极、e 极间有可使其饱和的电压,接法为射极输出。 如果e 极对地间无电压,就说明该三极管有问题。 当然,对一个比较复杂的单元来讲,问题就会更复杂一些,但道理是一样的,影响它的因素更多一些,关联单元相互间的制约要多一些。

2)NC、PLC 系统状态显示法

NC、PLC 程序是软件结构,有些机床面板、显示器、编程器可以进行状态显示,显示其输入、输出及中间环节标志位等的状态,用于判别故障位置。 例如,PLC 的输出Q 由输入I0.0、中间标志位F0.1 和来自NC 的信号F0.2 的与逻辑控制,可分别检查I0.0、F0.1、F0.2 的状态:若I0.1 =0,则要检查F0.1 的软件线路;若F0.2 =0,则要检查NC 为什么不使其为“1”。这种检查要比硬接线系统方便得多,但由于NC、PLC 功能很强而较复杂,因此,要求维修人员熟悉具体机型控制原理,PLC 程序中多有触发器支持,有的置位信号和复位信号都维持时间不长,有些环节动作时间很短,不仔细观察,很难发现已起过作用但状态已经消失的过程。

3)硬接线系统的强制

在追踪中也可以在信号线上加上正常情况的信号,以测试后继线路,但这样做是很危险的,因为这无形中忽略了许多环节。 因此,要特别注意以下问题:

①要将涉及前级的线断开,避免所加电源对前级造成损害。

②要尽量地移动可能发生位移运动的机床部分组件,以免该部分工作时由于长距离移动而触及限位开关,防止飞车碰撞。

③弄清楚所加信号是什么类型。 例如,是直流还是脉冲,是恒流源还是恒压源等。

④设定要尽可能小些(因为有时运动方式和速度与设定关系很难确定)。

⑤密切注意可能忽略的连锁环节导致的后果。

⑥要密切观察运动情况,勿使飞车超程。

4)NC、PLC 控制变量强制

例如,SIN8 的ST 方式和SS 系列编程仪CONTR VAR 方式同强制PLC 输出,标志位置位或复位,借以区分故障在NC 内、PLC 内还是外设。 接在PLC 输出上的执行元件不动作,可强制该输出为“1”,查看该元件是否带电,若程序不执行,这是由于PLC 的一个中间标志位不为“1”所致,可以强置该标志位为“1”。 当然,若程序中的该元素定义不可能为“l”,强制只能得到瞬间效果。 若相对标志位或输出长期强制,最好在程序中清除它的定义程序段,或使该程序段虽有而不被执行。 在诊断出故障单元后,也可利用系统分析法和信号追踪法将故障缩小到单元内部的某个插件、芯片、元件。

(6）静态测量法

静态测量法主要使用万用表测量元器件的在线电阻及晶体管上的PN 结电压,用晶体管测试仪检查集成电路块等元件的好坏。

(7）动态测量法

动态测量法是通过直观检查和静态测量后,根据电路原理图印制电路板上加上必要的交直流电压、同步电压和输入信号,然后用万用表、示波器等对电路板的输出电压、电流及波形等进行全面诊断并排除故障。 动态测量法有:电压测量法、电流测量法和信号注入和波形观察法。

①电压测量法是对可疑电路的各点电压进行普遍测量,将测量值与已知值或经验值进行比较,再应用逻辑推理方法判断出故障所在。

②电流测量法是通过测量晶体管、集成电路的工作电流、各单元电路和电源负载电流来检查电子印制电路板的常规方法。

③信号注入及波形观察法是利用信号发生器或直流电源在待查回路中的输入信号,用示波器观察输出波形。