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激光切割机床故障处理
发表时间:2021-08-05     阅读次数:212     字体:【

CO2 激光切割机床故障处理


摘 要:分析设备故障原因,制定纠正预防措施,避免故障再次发生。总结维修经验,提高维保人员技能水平。

关键词:维修;掉高压;碰撞;激光

0 引言

2013 年,公司结构件车间引进2 台团结普瑞玛CP3000 的CO2 激光切割机床。由于缺少此类设备维护维修经验,出现故障大多依赖生产厂家售后服务,导致维修周期长、维修成本高。通过分析故障原因,制定纠正预防措施,形成设备故障A4 报告等,避免故障再次发生。在此过程中不断累积维修经验,提高设备维保人员技能水平,逐步实现由外委维修向自主+外委维修的模式转变。

1 “掉高压”故障维修

1.1 故障描述

在切割过程中,激光监视器突然出现“2104”报警,查询报警内容为“掉高压”。设备重启后工作正常,但此后切割过程中间歇性出现该报警故障,且报警频率越来越高。

1.2 原因分析

根据激光器工作原理,初步分析导致此报警的可能原因有5 点。

(1)高纯气体不纯,特别是气体中水分超标。水分进入谐振腔内会使谐振腔内等离子体电阻率下降,高压电源电流异常增大。

(2)谐振腔泄漏,周围空气进入谐振腔内。谐振腔在正常工作时为负压,如果有泄漏点周围空气就会进入谐振腔。

(3)热交换器或其密封圈渗漏,冷却水进入谐振腔。

(4)混气比不正确。混气比不正确会导致激光功率下降,激光器会适当提高电源高压电流增大功率,当高压电流超过一定范围就会出现报警。

(5)真空泵回流。真空泵单向阀密封不严,带油蒸汽的废气回流至谐振腔,污损镜片等内光路元件,致使功率下降。

1.3 排查

(1)将气体换到其他激光器上使用正常,排除气体不纯原因。

(2)将谐振腔抽真空至1 kPa(10 mbar)以下,关闭所有电磁阀,20 min 后压力上升40 Pa(0.4 mbar),符合设备出厂要求,排除泄漏和热交换器渗漏原因。

(3)检测混气比,重新调整。调整后故障依然存在,且出现频率未下降,排除混气比不正确原因。

(4)拆下真空泵与谐振腔之间管路,擦拭无油污。拆下前镜、尾镜和折返镜,擦洗后重新安装调整,故障依然存在,排除真空泵回流原因。

1.4 再排查

从设备工作状态方面进行分析排查。在实际切割过程中观察“掉高压”前的变化,功率上升到1200 W 左右突然“掉高压”。开启“暖机”模式,逐渐提高暖机功率。当功率设定1500 W 时,测量输出功率只有1200 W,且1#谐振腔内出现“拉丝”现象。运行约20 s,激光器出现“掉高压”报警,检查激光器电源显示“过电流”报警。检测激光器电源电子元件,无异常。

测量电源监控线路板(图1),1#谐振腔检测电压输出为8.4 V,2#~8#谐振腔电压约为7.6 V,判断为1#谐振腔油浸式倍压电源损坏。拆解油浸式电源组(图2),测量1#谐振腔倍压电源变压器、倍压电容和倍压二极管等电子元件,均无异常。测量降压检测电路,其中1 件100 kΩ 电阻实测值为116 kΩ。初步判断导致设备出现“掉高压”报警的原因是该电阻损坏。

1.5 应急措施

从其他旧线路板拆1 件100 kΩ、2 W 电阻,替换异常电阻。开启暖机模式,逐渐提高设定功率,直至最大功率3000 W。观察激光器工作状态,未出现“掉高压”报警,也无“拉丝”现象。

1.6 真因分析

(1)检测2 台激光器,共16 个降压电阻,阻值均偏大5%以上。此电阻为碳膜电阻,碳膜电阻功率小,受电压冲击容易氧化,导致阻值逐渐变大。故判断此处线路板设计时使用碳膜电阻不合理,应使用耐冲击稳定性更强的金属膜电阻。



(2)排查过程中发现的其他问题。混气比与出厂设定偏差较大;高纯气体更换和使用不规范。

1.7 纠正预防措施

(1)采购100 kΩ、2 W 金属膜电阻更换,避免出现该故障。

(2)修改操作保养指导书。增加电源电压、电流定期检测项目;调整混气比,增加定期检点调整项目;制定标准换气操作步骤使用要求,宣贯培训。

(3)对激光器用高纯气体(N2、CO2、He2)进行第三方检验,不合格的气体要求供应商限期整改。

2 切割头与板材频繁碰撞问题解决

2.1 问题描述

(1)因板材经常翘起,导致激光切割机床切割头与翘起板材碰撞,致使电容头、陶瓷体、切割嘴和四联件等零部件损坏。碰撞后更换备件、调整等浪费大量时间,延误生产。

(2)2018 年,因碰撞损坏零部件共计损失10.3 万元,明细见表1(停机损失未计)。


2.2 原因分析

从人、机、料、法、环五要素分析可能原因。

(1)人。新员工操作不熟练,遇到板材翘曲不能及时处理或处理不当;操作工责任心差,发现可能会碰撞的情况不做处理;发生碰撞后未重新调整同轴,导致激光束偏射,烧坏电容头;随动未及时调整,导致碰撞再次发生。

(2)机。切割头随动对碰撞反应不灵敏,发生碰撞时不能及时停止,导致事故扩大。

(3)料。板材内应力大,切割时板材受热,应力释放导致其翘曲。

(4)法。切割路径设置考虑不充分,未考虑尽量避开易翘曲部位;未使用微连接。

(5)环。板材存放架短、存放时间长,以及过往人员踩踏,导致板材弯曲,切割过程中容易翘曲。

2.3 排查整改

(1)对所有操作工进行培训、考核,制定相应奖惩制度。

(2)调整随动灵敏度,在不影响使用的情况下调整至最高。

(3)板材上机前重新开平,释放部分内应力。

(4)编程、排版时优化切割路径,尽量避开易翘曲部位;使用微连接,减少工件翘起概率。

(5)加长板材存放架,避免两头下沉弯曲;重新规划板料存放区,设置护栏,避免人员穿行踩踏。

上述措施实施后,碰撞问题出现频次略有下降,但未彻底解决问题。

2.4 分析视频照片进行排查

(1)造成此问题迟迟得不到解决的根源是发生碰撞时专业人员不在现场,无法还原当时状况。后续通过在设备上安装监控且每次碰撞后拍摄照片,分析视频和照片资料,碰撞均是在切割完某一割缝后,空运行至下一割缝起点时发生。空运行前切割头会向上移动一段距离(抬头高度)。尝试提高抬头高度,解决问题。

(2)研究控制程序。观察切割程序,发现空运行抬头由子程序1012 和1022 控制。打开子程序分析控制原理。

(3)切割头高度控制原理。利用传感器感应计算距离板材高度,当需要空运行时,Z 轴负方向移动直至感应高度10 mm 处停止,再进行空运行动作。

2.5 真因分析

(1)这种控制方式存在以下缺点:①传感器精准感应距离10 mm,距离越大,误差越大。②不能预防碰撞,只能发生碰撞后停止运行。③使用PID 控制,发生碰撞时存在响应滞后问题,导致碰撞事故扩大。④只能感应到板材高度落差均匀变化的情况,无法感应板材高度落差突变的情况。

(2)根据操作工拍摄的碰撞现场照片(图3),建立数图模型(图4),分析出现碰撞的情况:a 点向任意方向移动均会发生碰撞,b 点向左移动时会发生碰撞。

(3)根据数图模型,计算工件最高翘起或下陷高度为30 mm,抬头高度设置10 mm,不可能完全避免碰撞。但是目前这种控制方式,无法将抬头高度设置到10 mm 以上。

2.6 纠正预防措施

(1)制定调整方案。调整1#机床子程序,删除Z 轴移动至传感器检测的10 mm 位置,更改为:Z 轴沿负方向相对移动35 mm,不再使用传感器随动控制,试运行无异常。连续运行24 h,无碰撞和异常,调整2#机床程序。

(2)验证可行性。记录调整前后Z 轴伺服电机负载率,调整前后最大负载率相差很小,且均不超过30%。

(3)验证。连续运行至今(4 个月),未发生碰撞及异常。

3 总结

CO2 激光切割机床“掉高压”故障及切割头碰撞现象,严重影响生产效率,造成大量损失。通过分析故障原因,排除故障,找出真因,制定纠正预防措施,彻底避免同类故障再次发生。研究设备结构及原理,总结维修经验,实现了此类设备部分故障的自主维修


 
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