檢測裝置在數(shù)控機(jī)床中的幾種故障分析

重慶三峽職業(yè)學(xué)院 張子容

近年來，我國制造業(yè)得到大力發(fā)展，我國正從制造大國向制造強(qiáng)國奮進(jìn)。世界各國工業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平。數(shù)控技術(shù)含蓋了機(jī)械制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多方面，這些都直接關(guān)系到數(shù)控機(jī)床本身的質(zhì)量水平。檢測裝置檢測各軸的位移和速度，是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要組成部分，影響著數(shù)控機(jī)床的加工精度。本文著重論述數(shù)控機(jī)床中檢測技術(shù)的幾種常見問題和解決方法。

一、伺服反饋斷線報(bào)警故障分析

1、故障產(chǎn)生的檢測原理。若數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)控制或全閉環(huán)控制，當(dāng)檢測反饋異常時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出該報(bào)警。系統(tǒng)伺服反饋斷線報(bào)警分為硬斷線和軟斷線報(bào)警。發(fā)生硬件斷線報(bào)警時(shí)，若使用分離型脈沖編碼器，該故障信息是由斷線檢查電路進(jìn)行檢測的。發(fā)生軟件斷線報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)通過伺服軟件進(jìn)行判別，當(dāng)指令脈沖與伺服電機(jī)反饋脈沖或伺服電動(dòng)機(jī)反饋脈沖與分離型檢測裝置反饋脈沖超過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值時(shí)，可判定為軟件斷線。

2、伺服反饋斷線故障診斷方法。主要通過系統(tǒng)的自診斷功能來判斷，看伺服調(diào)整畫面中的ALM1和ALM2顯示的數(shù)據(jù)。

典型案例：一臺(tái)配置為FANUC-0TD數(shù)控車床，移動(dòng)X軸發(fā)生416號(hào)斷線報(bào)警。該機(jī)床X軸采用光柵尺作為位置檢測元件。診斷方法：首先利用內(nèi)部位置檢測元件來判斷是否是控制板故障。方法是將37號(hào)機(jī)床參數(shù)的第0位的“1”改為“0”(0表示采用內(nèi)部位置檢測元件編碼器，1表示采用分離型位置檢測元件)。如果采用內(nèi)部位置檢測元件編碼器，移動(dòng)X軸不發(fā)生報(bào)警，則故障可以確定在光柵尺和電纜上；如還發(fā)生報(bào)警，則故障可能在控制板。經(jīng)采用內(nèi)部位置檢測元件移動(dòng)X軸，不發(fā)生報(bào)警，因此將故障確定在光柵尺和電纜上。這時(shí)檢查光柵尺和電纜，發(fā)現(xiàn)光柵尺頭的連接螺釘松動(dòng)，將其緊固后故障排除，該故障是硬斷線故障。

二、伺服系統(tǒng)位置檢測裝置故障分析

1、串行編碼器報(bào)警代碼分析

在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器的反饋信號(hào)是速度反饋，而分離型位置檢測裝置的反饋信號(hào)是系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)。目前編碼器數(shù)據(jù)傳輸采用串行數(shù)據(jù)傳輸，但編碼器傳輸出錯(cuò)或異常時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)相應(yīng)報(bào)警信號(hào)及相關(guān)報(bào)警信息。FANUC-16i/18i/21i/oic系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，可以通過系統(tǒng)診斷號(hào)或在伺服調(diào)整畫面的ALM3、ALM4進(jìn)行故障原因判斷。串行脈沖編碼器報(bào)警的詳細(xì)內(nèi)容，顯示在診斷號(hào)NO.202、NO.203上。

2、絕對(duì)脈沖編碼器(APC)的報(bào)警

案例：一臺(tái)FANUC-0MC立式加工中心，由于保存絕對(duì)位置編碼器位置信息的電池失效，導(dǎo)致X.Y.Z軸參考點(diǎn)丟失。排除故障方法如下：(1)將PWE改為“1”，修改參數(shù)76.1為1，系統(tǒng)參數(shù)21#0～2設(shè)定為“0”，參數(shù)022全部為00000000。此時(shí)CRT顯示“000”和“300”報(bào)警，即必須關(guān)機(jī)，并且手動(dòng)設(shè)置參考點(diǎn)。(2)關(guān)機(jī)再開機(jī)，利用手輪手動(dòng)方式先將X、Y軸移動(dòng)到參考點(diǎn)位置，這時(shí)把參數(shù)022改為00000011。表示X、Y軸已經(jīng)建立好參考點(diǎn)。(3)將Z軸移動(dòng)到參考點(diǎn)附近，在主軸上安裝一刀柄，然后手動(dòng)機(jī)械手臂，手動(dòng)調(diào)節(jié)直至完全夾緊主軸刀柄。這時(shí)把參數(shù)022改為00000111，表示Z軸已經(jīng)建立好參考點(diǎn)。修改參數(shù)21#0～2設(shè)定為1。(4)把PWE改為“0”。關(guān)機(jī)再開機(jī)，核對(duì)機(jī)床參考點(diǎn)。

三、數(shù)控機(jī)床主軸的位置和速度控制裝置故障分析

1、主軸編碼器常見故障

(1)主軸不能定向，出現(xiàn)超時(shí)報(bào)警。故障現(xiàn)象：主軸定向不停止，出現(xiàn)超時(shí)報(bào)警。原因分析：主軸單元沒有收到編碼器信號(hào)或CNC系統(tǒng)沒有收到定向完成信號(hào)。處理方法：用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸或主軸以一定速度旋轉(zhuǎn)，在主軸診斷畫面上觀察主軸速度是否正常，如果沒有顯示，更換位置編碼器或編碼器反饋線。

(2)螺紋加工出現(xiàn)“亂扣”故障。故障原因：當(dāng)系統(tǒng)得到的一轉(zhuǎn)信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)“亂扣”的故障。原因是主軸編碼器的連接不良、主軸編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)或信號(hào)電纜不良。主軸編碼器內(nèi)部有臟東西或編碼器本身不良。如果以上故障排除后系統(tǒng)還亂扣，則需要檢查系統(tǒng)或主軸放大器。

(3)加工中心換刀過程掉刀。加工換刀時(shí)，為了使機(jī)械手對(duì)準(zhǔn)刀柄實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確換刀，主軸必須停止在固定的徑向位置。產(chǎn)生該故障的可能原因是主軸位置編碼器一轉(zhuǎn)信號(hào)不良、主軸機(jī)械調(diào)整不當(dāng)。

2、典型案例：一臺(tái)采用FANUC 0TC系統(tǒng)的數(shù)控車床，在執(zhí)行自動(dòng)加工程序時(shí)，程序無法執(zhí)行。觀察在程序執(zhí)行到G01Z-7.5F0.5時(shí)，程序就不往下運(yùn)行了，機(jī)床無任何報(bào)警。

診斷和處理過程：

(1)觀察G00是否正常，如果工作正常說明伺服系統(tǒng)應(yīng)該沒有問題。

(2)G01執(zhí)行的程序是每轉(zhuǎn)進(jìn)給(G99)，如果改為每分鐘進(jìn)給(G98)，如果還不自動(dòng)執(zhí)行程序，檢測系統(tǒng)診斷畫面(FANUC 0系統(tǒng)是700號(hào)診斷)，可能是沒有接收到主軸速度到達(dá)信號(hào)或進(jìn)給倍率為0。

(3)如果每分鐘進(jìn)給(G98)正常，而每轉(zhuǎn)進(jìn)給不執(zhí)行，則是主軸編碼器壞，編碼器反饋線或接口電路壞，更換相應(yīng)部分。

(4)處理方法，首先觀察G00程序是否能執(zhí)行。用MDI功能測試，G00快速移動(dòng)沒有問題。用G98指令自動(dòng)執(zhí)行G01加工程序正常，而用G99指令無法自動(dòng)執(zhí)行G01程序。這樣可判斷數(shù)控系統(tǒng)沒有接收到編碼器一轉(zhuǎn)信號(hào)。用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，在CRT畫面上觀察主軸速度是否有數(shù)字變化，這時(shí)發(fā)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中主軸“S”的數(shù)值始終為“0”，可確認(rèn)沒有主軸速度反饋。打開機(jī)箱，檢查主軸編碼器時(shí)發(fā)現(xiàn)主軸與編碼器連接的同步齒形帶斷開，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)編碼器不旋轉(zhuǎn)，更換新的齒形帶后故障排除。

四、結(jié)語

檢測裝置是一種非常精密和容易受損的器件，使用過程中要避免受到強(qiáng)烈振動(dòng)和摩擦并保持清潔，以免影響正常信號(hào)的輸出；不能超過額定的工作溫度；要滿足額定電源電壓，防止外部電源和噪聲干擾，保證屏蔽良好，以免影響反饋信號(hào)；安裝方式要正確等。一般來講，對(duì)于數(shù)控機(jī)床檢測裝置故障，先通過系統(tǒng)開機(jī)自診斷功能和系統(tǒng)報(bào)警診斷號(hào)來分析故障原因。再對(duì)故障深入分析，注意總結(jié)，平時(shí)正確使用并經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)，就一定能降低故障率。

[1]劉永久.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技術(shù)《FANUC系統(tǒng)》[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2009.6.

[2]鐘良.謅議數(shù)控在機(jī)械行業(yè)發(fā)展中的作用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2011(15).