1 數(shù)控機床維修的基本方法
1.1 “集體會診”法
由主管人員主持，召集工藝、設(shè)備、操作等方面的人員進行會診，各人提個人的方案，逐一排查，進行解決。該方法在外資公司經(jīng)常采用。
1.2 plc輸入輸出點記錄法(plc i/o led photo record)
在以往的維修中，我們發(fā)現(xiàn)很多設(shè)備的故障發(fā)生在上班開機時。其實設(shè)備并沒有硬件故障，往往是由于操作不當或其他原因造成plc輸入信號丟失。雖然故障不大，但查找起來也比較費事。為此，我們用數(shù)碼相機將正常時plc上的輸入輸出指示燈情況拍攝下來，并打印出來貼在plc旁邊。這樣，一旦出現(xiàn)類似問題，維修工只要對照照片，就能很快查出問題，甚至有時操作工都能據(jù)此發(fā)現(xiàn)問題。用數(shù)碼相機的好處是可以將圖片保存在微機中，方便分類管理和長期保存。這種照片記錄對照法，我們還用在一些可調(diào)閥門、限位開關(guān)和機械定位裝置上，對指導(dǎo)操作和維修起到了很好的作用。
1.3 硬盤備份法(hard disk backup)
現(xiàn)有的很多設(shè)備都采用了工業(yè)微機作為上位機控制裝置或人機界面。微機的故障80%以上是軟件故障。以前，出現(xiàn)軟件故障往往請專業(yè)計算機技術(shù)人員前來維修，一般是重新安裝系統(tǒng)，非常耗時。我們現(xiàn)在采用的硬盤備份法就是預(yù)先購置一塊與原機相同或相似的新硬盤，用ghost或類似軟件將原機的所有硬盤數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)全部拷貝在新硬盤上，作為備份。一旦出現(xiàn)軟件故障，只要簡便地將備份硬盤換上即可，大大縮短了維修時間。而且還能預(yù)防真正的硬盤損壞。這樣的工作一般維修工即可完成。
1.4 備件快速替代法(spare parts rapid replacement)
由于電子元器件發(fā)展相當迅速，一些電氣備件更新?lián)Q代得很快。如變頻器等高科技產(chǎn)品幾乎兩三年就更新?lián)Q代一次。因此，備件在采購時很難買到與原來完全相同的型號，有時還可能購買不同公司的產(chǎn)品。對于這些備件的更換，一般維修工有一定的難度，特別是像變頻器，若換不同廠家的產(chǎn)品，不但硬件接線上有所不同，而且參數(shù)的設(shè)定也不一樣。為保證維修工能準確快速更換，我們事先根據(jù)現(xiàn)場使用的變頻器和備件庫現(xiàn)存變頻器的技術(shù)參數(shù)，畫一張直接替換的操作流程圖和參數(shù)設(shè)定表發(fā)到各維修工手中，并貼在現(xiàn)場變頻器旁邊。其他復(fù)雜備件也采用類似方法，有效縮短了備件替換時間。
1.5 關(guān)鍵點維修法(key point checking and main taining)
如何利用人數(shù)有限的維修人員最大程度地保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，是我們設(shè)備管理人員研究的課題。很多大型設(shè)備、生產(chǎn)線可能出現(xiàn)故障的部位面多而廣，維修工在巡檢時要想面面俱到是很困難的。相反很多維修工常常是不得要領(lǐng)，在一些次要問題上花費很多精力。針對這種情況，我們實施了一種名為“點檢維修”的工作方法，用來指導(dǎo)維修工日常的巡檢和維修。這種方法就是根據(jù)每臺設(shè)備的不同情況，列出幾處最為關(guān)鍵的部分，以圖表形式下發(fā)到相關(guān)維修工，要求每天對這幾處進行重點巡視檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時維修，取得了較好效果。在制定點檢表時，必須注意以下兩點。
1)關(guān)鍵點必須找得恰當、準確 我們綜合了設(shè)備的技術(shù)手冊、有經(jīng)驗維修技師的意見、以及以前設(shè)備出現(xiàn)故障情況這三方面來確定的。
2)關(guān)鍵點要“精”. 一般一臺大型設(shè)備或500 m２范圍生產(chǎn)線中的關(guān)鍵點不超過10個，否則很可能流于形式。
1.6 缺陷改進法(defect retrofitted)
在長期的維修工作中，我們發(fā)覺有些設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)一些重復(fù)的故障，而且隨機性很強。對其進一步分析后，我們發(fā)現(xiàn)并確認是設(shè)備在設(shè)計制造過程中存在缺陷，僅靠維修是不能根除的，必須進行改造才能根除隱患。舉一個比較典型的例子，某廠有一臺意大利引進的冰箱內(nèi)膽真空熱成型機，其加熱控制部分采用了一套單片機系統(tǒng)與一臺上位微機進行聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換。其經(jīng)常出現(xiàn)的故障是單片機與微機通訊不暢，但重新上電或換一塊單片機主板可能恢復(fù)正常，其中一次故障還將微機的com1口燒壞。后來經(jīng)過查找資料，我們發(fā)現(xiàn)是設(shè)計時采用的通訊方式不合理所致。單片機與微機采用的是rs232c方式直聯(lián)，沒有隔離，并且電纜長度超過30 m。我們知道，rs232c通訊方式抗干擾性較差，通訊距離一般小于15 m。為此，我們對通訊電纜進行了改造，兩端分別加裝了adam公司的7520-rs485/rs232光隔轉(zhuǎn)換器，使得在大部分距離內(nèi)采用rs485方式傳輸數(shù)據(jù)，從此故障再也沒有發(fā)生過。
1.7 實時監(jiān)控法(real time monitoring)
數(shù)控機床經(jīng)常會發(fā)生一些軟故障，這對診斷帶來困難。此時可采用數(shù)據(jù)采集卡等將關(guān)鍵點信號采集并實時記錄，以便診斷時進行綜合分析?！疤摂M儀器”的出現(xiàn)為實時監(jiān)控提供可能性。應(yīng)該注意的是，該監(jiān)控系統(tǒng)和cnc是相互獨立的，監(jiān)控系統(tǒng)是最終用戶自制的。
2 數(shù)控改造的幾種選擇
2.1 采用plc實現(xiàn)數(shù)控改造
在一些印刷、包裝等對定位精度要求不是太高的場合，以及一些生產(chǎn)線控制場合，可采用通過plc完成數(shù)控改造任務(wù)。此時采用的是通用型plc，而不是數(shù)控專用型如fanucpmc等。
目前通用型plc功能已經(jīng)很強大，包括定位模塊，a/d、d/a、i/o模式，可實現(xiàn)許多工控場合的功能。
2.2 商用cnc(plc)、伺服系統(tǒng)進行改造
這種方式是目前流行的改造模式。數(shù)控系統(tǒng)制造商提供愈來愈方便的調(diào)試方法和工具軟件，以方便機床廠和改造商。
調(diào)試軟件主要包括伺服系統(tǒng)適配、梯形圖和機床參數(shù)。cnc制造商一般會提供光盤和調(diào)試手冊。如西門子公司在出售其經(jīng)濟型數(shù)控802d時，會免費提供調(diào)試cd盤以及sinumerik 802d簡明調(diào)試指南。美國a-b公司在銷售9系列cnc時，會讓用戶購買ods(offline development system)軟盤及手冊。該ods可在個人計算機上進行梯形圖開發(fā)、機床參數(shù)設(shè)置、零件加工程序編輯等，通過232口和cnc通訊。
2.3 選擇工控機進行數(shù)控改造
不僅是金屬切削機床等的數(shù)控改造，也包括過程控制、順序控制等工控場合，可利用工控機的可靠性，選擇合適工具軟件或自己開發(fā)軟件進行改造。
90年代初期，我們曾用std工控機和4套直流伺服系統(tǒng)，自己開發(fā)軟件改造國產(chǎn)5040數(shù)控銑床。
工業(yè)控制計算機采用3臺8088 cpu std計算機組成。由通訊接口連接起來。每一臺std計算機均由若干模板組成。作為分布計算機數(shù)控的硬件支持。
2.4 選擇pc-based cnc
pc-based cnc是開放式數(shù)控目前的實現(xiàn)方式。但距真正意義上的開放式數(shù)控還有很遠距離。目前，對于“開放式結(jié)構(gòu)”仍沒有一致定義。某些用戶認為開放式表示能夠接受當?shù)厥褂玫耐ㄐ艆f(xié)議；而另一些用戶認為開放式意味著所有控制器操作界面完全一致。對機床應(yīng)用工程師而言，開放式意味著對刀架移動、傳感器和邏輯控制有標準的輸入/輸出接口。對大公司和大學(xué)的研究工程師來說，開放式意味著以上所有這些均來自隨即拿來就用的積木塊。由于來自用戶和集成商的壓力，開放式結(jié)構(gòu)的開發(fā)正在向前發(fā)展并將繼續(xù)下去。目前的一個積極成果即是基于個人計算機的cnc，即pc-based cnc。目前的具體實現(xiàn)，其硬件組成是個人計算機加運動控制卡。軟件組成主要是計算機軟件平臺(如win，dos)加數(shù)控系統(tǒng)軟件。美國delta tau公司的pmac多軸運動控制卡的開發(fā)在這方面走得更快一些，已開發(fā)出pc總線、vme總線、std總線的pmac卡。整個運動控制由pmac獨立完成。主機上運行的軟件僅為一個開發(fā)環(huán)境，負責顯示、調(diào)試、零件程序編制、通訊等。pmac運行時前臺負責坐標軸運動控制，后臺負責plc。采用美國 motorola 56001 dsp作為cpu，可接直流、交流、步進電機。反饋元件可采用增量/絕對編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵尺等。
另一種變通做法是在硬件和軟件上參照個人計算機結(jié)構(gòu)，但已有了變化。比如西門子840d，按照目前mmc、cnc、plc三位一體的數(shù)控控制機模式，在mmc上完全是一臺標準的ipc工控機，但操作系統(tǒng)用的是flex os。cnc、plc集中在ncu中，外圍接口包括主軸、進給模塊，i/o口等。840d和驅(qū)動611d之間連接通過總線進行(802d中開始使用現(xiàn)場總線profibus)，更貼近計算機的信息傳遞方式。另外，由于采用操作系統(tǒng)flex os，其操作界面跟普通的個人計算機非常相似。
上面舉的pmac運動控制卡和西門子840d等，他們在基于個人計算機的cnc方面做了許多工作，但是距離真正的開放式還有許多路要走。
理想的模式應(yīng)該是工控機+實時操作系統(tǒng)＋開發(fā)環(huán)境＋數(shù)控函數(shù)庫的模式。數(shù)控控制軟件應(yīng)該是可以裝配的，裝配的對象是數(shù)控函數(shù)庫中的庫函數(shù)。開發(fā)環(huán)境給用戶提供開發(fā)工具，將庫函數(shù)納入到實時操作系統(tǒng)中去。這樣一來，就象是plc程序的開發(fā)從cnc 制造商轉(zhuǎn)移到機床廠、數(shù)控集成商一樣，數(shù)控系統(tǒng)的形成亦可以從cnc制造商轉(zhuǎn)移到機床廠、集成商，甚至最終用戶。這才是最終意義上的開放式cnc。
3、數(shù)控改造的流程
數(shù)控改造流程如下：
1) 訂購時，主要依據(jù)主軸功率、進給扭矩、安裝、i/o點數(shù)等指標進行選購。如原機床有資料可參考更好，如沒有只能去現(xiàn)場實測。
2) 硬件聯(lián)線主要應(yīng)參考cnc制造商的硬件聯(lián)線手冊。
3) 梯形圖開發(fā)主要參考制造商plc編程手冊。
4) 調(diào)試時主要依據(jù)參數(shù)手冊及調(diào)試指南。
綜上所述，cnc制造商提供的硬件聯(lián)結(jié)手冊、plc編程、調(diào)試手冊、參數(shù)手冊是必須化大力氣消化的。特別是第一次改造前。
隨著數(shù)控系統(tǒng)越來越“個人計算機”化，數(shù)控調(diào)試時常用軟件進行。如西門子840d，在調(diào)試前應(yīng)將pg編程機和840d的pg口用mpi電纜(多端通信接口)連結(jié)。調(diào)試內(nèi)容有兩個，一個是plc基本程序應(yīng)用——激活mcp(機床控制面板)和軸使能，第二個是機床數(shù)據(jù)md(即機床參數(shù))調(diào)整。
4、數(shù)控維修和改造的關(guān)系
國內(nèi)從事數(shù)控改造的工程技術(shù)人員均是搞數(shù)控維修或數(shù)控系統(tǒng)出身。但是做過維修和改造的人員發(fā)覺這二者之間有關(guān)系亦還是有很多差異。
有的人說數(shù)控改造是維修的高級形式，有人說搞改造的人不一定能做好維修，而大部分搞維修的人沒有做過改造。
應(yīng)該說這二者均是數(shù)控技術(shù)服務(wù)的內(nèi)容，但畢竟是兩件不同的事。
按照中國國情，數(shù)控維修比改造要更困難一點。主要是因為維修市場不成熟，備件解決困難。加上維修學(xué)科牽涉面廣，不確定因素多，診斷技術(shù)和裝備落后，費用偏低。而數(shù)控改造雖然所需的總體知識水平較高，但不確定因素少，相對命中率較高。
目前國內(nèi)數(shù)控服務(wù)企業(yè)存在的重改造、輕維修的傾向越來越嚴重。但是最終用戶最迫切需求的、量大面廣的數(shù)控維修無法得到滿意的解決。