數(shù)控機(jī)床故障源分類(lèi)及實(shí)例

司聚朝

（中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司，河北 邢臺(tái) 054025）

機(jī)床尤其是數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障有很多種原因，筆者認(rèn)為造成機(jī)床發(fā)生故障的原因不止是機(jī)械和電氣兩種，還有其他很多種。下面就發(fā)生機(jī)床故障的原因類(lèi)型進(jìn)行分析，并對(duì)典型故障進(jìn)行排除指導(dǎo)。

1.機(jī)械或液壓原因

很多機(jī)床尤其是數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障，最先從數(shù)控界面上報(bào)警，但這并不意味著故障源一定就是電氣方面引起的，實(shí)際情況是，很多貌似故障源是電氣原因，實(shí)際是機(jī)械或液壓原因。常見(jiàn)的此類(lèi)故障如下。

（1）數(shù)控機(jī)床采用光柵尺做位置檢測(cè)元件的直線軸發(fā)生暴走

先排除電氣可能的原因：光柵尺定尺和讀數(shù)頭是否被污染；讀數(shù)頭的安裝位置偏離了定尺3mm（參考該光柵尺的安裝、調(diào)試說(shuō)明書(shū)）；光柵尺的信號(hào)線有斷線現(xiàn)象。如果排除了上述三種電氣原因后，基本上可以斷定，發(fā)生機(jī)床直線軸暴走的原因是：該直線軸的機(jī)械傳動(dòng)鏈磨損或松動(dòng)造成反向間隙過(guò)大引起。由于該直線軸為帶有光柵尺做位置控制、反饋的全閉環(huán)控制，直線軸的間隙過(guò)大使得該軸在定位時(shí)不準(zhǔn)確而發(fā)生暴走。如果把光柵尺屏蔽掉而改為半閉環(huán)控制，此時(shí)的故障現(xiàn)象變?yōu)槎ㄎ痪炔?，一般不?huì)發(fā)生暴走現(xiàn)象。

（2）數(shù)控機(jī)床的直線軸一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)正常，反方向出現(xiàn)報(bào)警

C61160車(chē)床采用西班牙FAGOR 8055TC數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控化改造后，Z軸（溜板箱沿床身導(dǎo)軌方向）移動(dòng)時(shí)，一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)正常，另一個(gè)方向開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)“Z軸跟隨誤差出界”。該直線軸采用光柵尺作為位置檢測(cè)的全閉環(huán)控制。如果屏蔽掉光柵尺，故障現(xiàn)象改變?yōu)椋阂粋€(gè)方向運(yùn)動(dòng)正常，反方向出現(xiàn)爬行、震蕩并有齒輪的撞擊聲。經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)由溜板箱上的背帽松動(dòng)引起。當(dāng)機(jī)床往正常方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于背帽往里“坐”和其斜齒嚙合良好而運(yùn)動(dòng)正常；當(dāng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于背帽向外頂使其和斜齒輪嚙合不好而發(fā)生故障。

（3）數(shù)控機(jī)床直線軸不均衡“吃刀”時(shí)，該軸前后竄動(dòng)

在C61200車(chē)床上加工軋輥輥徑時(shí)，當(dāng)X軸“吃刀”后，發(fā)現(xiàn)X軸前后竄動(dòng)。加工的軋輥的輥徑是圓形的金屬棒料，但不規(guī)則即料偏。X軸為光柵尺做位置檢測(cè)的全閉環(huán)控制，該軸改為半閉環(huán)控制后，這種現(xiàn)象消失。一般人認(rèn)為是光柵尺有故障了，其實(shí)恰恰相反，正因?yàn)樽鳛槲恢脵z測(cè)的光柵尺很正常，采用其作為位置檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了X軸傳動(dòng)鏈存在問(wèn)題。最終檢查出來(lái)是X軸滾珠絲杠背帽松動(dòng)引起。

2.電氣原因

由于電氣原因引起機(jī)床故障太多，這里只就一個(gè)典型的原因作以分析。

TS6916落地式雙面鏜銑床，采用的是FAGOR數(shù)顯裝置，各個(gè)直線軸的電機(jī)采用西班牙FAGOR交流伺服電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)裝置采用FAGOR公司的AXD驅(qū)動(dòng)裝置，在投產(chǎn)使用后，有時(shí)一個(gè)月或半個(gè)月偶爾出現(xiàn)Z軸瞬間暴走一下。經(jīng)過(guò)測(cè)量線，沒(méi)發(fā)現(xiàn)有斷線的地方。這種故障不經(jīng)常發(fā)生，偶爾發(fā)生一次，當(dāng)找來(lái)維修人員的時(shí)候，很難重現(xiàn)故障現(xiàn)象。剛開(kāi)始以為是變頻器對(duì)FAGOR裝置產(chǎn)生干擾引起，加強(qiáng)其屏蔽后，效果不理想，過(guò)了半年，該現(xiàn)象又出現(xiàn)了。經(jīng)查找原因，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題的該直線軸編碼器的信號(hào)線的12腳的阻值為0.6Ω，比其他信號(hào)線的阻值大了一倍。換了電纜線后，發(fā)現(xiàn)機(jī)床正常。

3.周?chē)恼駝?dòng)

TK6913數(shù)控鏜銑床，其數(shù)控系統(tǒng)采用西門(mén)子840D系統(tǒng)。投產(chǎn)不久即經(jīng)常發(fā)生“NC與PLC通信不上”的故障。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生該故障的次數(shù)和周?chē)鷻C(jī)床的開(kāi)動(dòng)率有關(guān)系，周?chē)鷻C(jī)床開(kāi)動(dòng)越多，該機(jī)床故障出現(xiàn)的頻率越高。最后發(fā)現(xiàn)，電柜內(nèi)的840D數(shù)控系統(tǒng)的NCU插件的固定螺絲松了，周?chē)鷻C(jī)床開(kāi)動(dòng)得多，傳來(lái)的振動(dòng)可使NCU插板出現(xiàn)瞬間抖動(dòng)而引起故障所致。

4.氣候和氣溫

C61315大型車(chē)床一切正常。有1年的12月末由于加工產(chǎn)品供料沒(méi)了，機(jī)床停了1周時(shí)間。料供上后，開(kāi)動(dòng)機(jī)床時(shí)，機(jī)床主軸在采用高速擋時(shí)發(fā)生床頭箱齒輪磕碰。該機(jī)床主軸三個(gè)擋位，主軸電機(jī)采用直流電機(jī)，其控制系統(tǒng)采用英國(guó)歐陸直流調(diào)速系統(tǒng)。該機(jī)床在停產(chǎn)1周中，氣溫驟降15°。經(jīng)過(guò)仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)該故障是因?yàn)闅鉁伢E降后，主軸箱內(nèi)的油變稠，導(dǎo)致上述故障發(fā)生。排除該故障的方法是：機(jī)床送上電并給上油泵，不要旋轉(zhuǎn)主軸，使主軸油變熱即好。如果生產(chǎn)任務(wù)急迫，可以在機(jī)床送上油泵后，降低主軸控制系統(tǒng)的比例參數(shù)并提高啟、制動(dòng)時(shí)間，一般情況下會(huì)使故障消失或改善，這樣可以降低開(kāi)機(jī)床給油泵等待時(shí)間。

5.機(jī)床設(shè)計(jì)者的原因

從美國(guó)進(jìn)口的軋輥數(shù)控磨床采用的是德國(guó)BOSCH數(shù)控系統(tǒng)，有一次X軸往離開(kāi)磨削工件的方向運(yùn)動(dòng)正常（+X方向），手動(dòng)往-X方向開(kāi)動(dòng)機(jī)床，機(jī)床X軸不移動(dòng)，但機(jī)床顯示器上也沒(méi)有報(bào)警。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，之所以發(fā)生上述現(xiàn)象，是機(jī)床設(shè)計(jì)者處于保護(hù)機(jī)床測(cè)量臂的考慮。當(dāng)時(shí)出現(xiàn)這種異常的現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)靠近X軸的用于測(cè)量磨削工件精度的測(cè)量臂雖然升到頭兒了，但數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有接到測(cè)量臂到頭兒信號(hào)，故認(rèn)為測(cè)量臂沒(méi)有升上去，X軸沿-X方向開(kāi)就可能撞壞測(cè)量臂?？磥?lái)這是機(jī)床設(shè)計(jì)者用做機(jī)床保護(hù)的。只不過(guò)該保護(hù)沒(méi)有在報(bào)警文本中顯示。

6.機(jī)床操作人員誤操作原因

在多年的維修數(shù)控機(jī)床中，發(fā)現(xiàn)由于操作人員誤操作引起的故障很多，下面列舉兩個(gè)典型的例子加以說(shuō)明。

有一次機(jī)床操作人員在C61200車(chē)床加工大型產(chǎn)品時(shí)“沖刀”，機(jī)床沒(méi)有任何報(bào)警。該機(jī)床的控制系統(tǒng)為日本FANUC 0TD數(shù)控系統(tǒng)。據(jù)機(jī)床操作人員說(shuō)，在“沖刀”的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)加工程序跳過(guò)幾句（少執(zhí)行一句）所致。當(dāng)時(shí)在保持現(xiàn)場(chǎng)的情況下，空?qǐng)?zhí)行程序?qū)嶒?yàn)了幾百次，一次也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)上述所說(shuō)的加工程序少執(zhí)行一句的現(xiàn)象。根據(jù)多年維修經(jīng)驗(yàn)和對(duì)數(shù)控機(jī)床的理解，認(rèn)為數(shù)控加工程序少執(zhí)行的語(yǔ)句只有這種可能，即該語(yǔ)句之前附加了用作解釋的不執(zhí)行的符號(hào)，令人遺憾的是，該語(yǔ)句作為正常的加工程序有效，通過(guò)思考和多次實(shí)驗(yàn)及模擬，發(fā)現(xiàn)機(jī)床操作人員在按相應(yīng)的鍵進(jìn)行執(zhí)行自動(dòng)程序中少按了一個(gè)鍵就發(fā)生了上述現(xiàn)象。

采用西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)的青海軋輥車(chē)床CK84140，在機(jī)床人員加工軋輥時(shí)，同一操作者在相隔15天上夜班時(shí)，均造成產(chǎn)品報(bào)廢。故障現(xiàn)象是：操作人員在拿起手持單元的瞬間，機(jī)床X軸快速?zèng)_向工件，造成工件報(bào)廢。后讓該操作人員重復(fù)以前的操作步驟多次，突然發(fā)現(xiàn)一次，原來(lái)是該手持單元的上面有兩個(gè)鍵，操作人員一直沒(méi)用過(guò)，也不知道起什么作用的，這兩個(gè)鍵是：“+”和“-”方向鍵，該人員手較大，在拿上手持單元的瞬間無(wú)意識(shí)按“-”方向鍵一下，車(chē)床刀架瞬間快速向負(fù)方向沖去。

7.機(jī)床開(kāi)動(dòng)率

很多數(shù)控機(jī)床或采用PLC的普通機(jī)床在長(zhǎng)期停電擱置后，支持其的電池電量不足會(huì)導(dǎo)致程序消失，而造成機(jī)床“癱瘓”，這應(yīng)該引起維修人員的高度重視。