典型數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修分析

洪如

（廈門華廈職業(yè)學(xué)院信息與機(jī)電工程系，福建 廈門 361024）

數(shù)控機(jī)床是一種昂貴、高效的自動(dòng)化機(jī)床，在許多行業(yè)中，這些設(shè)備均處于關(guān)鍵崗位的關(guān)鍵工序上，若出現(xiàn)故障后不能及時(shí)找到原因和故障部位并迅速修復(fù)設(shè)備，將會(huì)給企業(yè)造成很大的損失。

盡管現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的可靠性不斷提高，但在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中因操作失誤、外部環(huán)境變化等原因，出現(xiàn)故障在所難免。因此，在借助數(shù)控機(jī)床的自診斷功能的同時(shí)，采取正確的故障診斷方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡快確定故障的部位和原因，使操作人員或維修人員及時(shí)排除故障，縮短故障維修時(shí)間，使機(jī)床盡快恢復(fù)工作。

筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，將實(shí)際生產(chǎn)中幾種典型數(shù)控機(jī)床常見故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出了具體的診斷過(guò)程，并給出了具體的解決辦法。

1 實(shí)例之一

龍門數(shù)控鏜銑床FANUC16iM系統(tǒng)，半閉環(huán)控制，每天開機(jī)手動(dòng)返回參考點(diǎn)時(shí)，X 軸偶爾會(huì)出現(xiàn)90#報(bào)警，找不到參考點(diǎn)；返回參考點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)有減速動(dòng)作，但是一旦手動(dòng)回參考點(diǎn)成功，重復(fù)用G28方式回零，沒有任何問(wèn)題。

分析處理：大多數(shù)機(jī)床制造商設(shè)置在手動(dòng)返回參考點(diǎn)時(shí)，尋找并讀取PCZ信號(hào)（物理柵格信號(hào)）建立參考點(diǎn)，而在G28方式下使用計(jì)數(shù)器清零的方式返回參考點(diǎn)，不尋找物理柵格信號(hào)。

從故障描述來(lái)看，重點(diǎn)應(yīng)該檢查一轉(zhuǎn)信號(hào)。首先采用最簡(jiǎn)單易行的方法，檢查反饋電纜，用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量電纜兩端通斷，結(jié)果沒有問(wèn)題。接下來(lái)更換脈沖編碼器，將X 軸編碼器與另一個(gè)可以回參考點(diǎn)的軸（Y 軸）編碼器更換，結(jié)果沒有任何變化，即X 軸仍然不能夠每次找到零點(diǎn)，而Y 軸回零正常，說(shuō)明脈沖編碼器良好。之后更換伺服放大器，仍然沒有效果。相關(guān)的硬件均已更換，仍然沒有找到故障點(diǎn)。

仔細(xì)分析大型機(jī)床的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)X 軸反饋電纜經(jīng)過(guò)坦克鏈到伺服放大器，共計(jì)約50m，初步判斷可能是由于信號(hào)衰減造成的一轉(zhuǎn)信號(hào)不好，最后將5V及0V線腳與電纜中多余的備用線并聯(lián)加粗，降低線間電阻，提高信號(hào)幅值，最終排除了故障。

注意：FANUCa系列驅(qū)動(dòng)的反饋裝置，采用的是高速串行傳送，用傳統(tǒng)的示波器無(wú)法觀測(cè)波形，所以更多的是采用替代法或者借助系統(tǒng)界面診斷排查故障。

2 實(shí)例之二

數(shù)控車床FANUC 0i TB數(shù)控系統(tǒng)（半閉環(huán)控制），Z 軸移動(dòng)時(shí)411#報(bào)警。

分析處理：首先，我們通過(guò)伺服診斷畫面，觀察Z軸移動(dòng)時(shí)誤差值，見圖1。

圖1 實(shí)際位置誤差診斷

通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)Z 軸低速移動(dòng)時(shí)，“位置誤差”數(shù)值可隨著軸的移動(dòng)跟隨變化，而Z 軸高速移動(dòng)時(shí)，“位置誤差”數(shù)值尚未來(lái)得及調(diào)整完，就出現(xiàn)411#報(bào)警。這種現(xiàn)象是比較典型的指令與反饋不諧調(diào)，有可能是反饋丟失脈沖，也有可能是負(fù)載過(guò)重而引起的誤差過(guò)大。

由于是半閉環(huán)控制，所以反饋裝置就是電機(jī)后面的脈沖編碼器，該機(jī)床使用FANUC 0iTB數(shù)控系統(tǒng)，而且X 軸和Z 軸均配置ai系列數(shù)字伺服電機(jī)，所以編碼器互換性好，并且比較方便，因此維修人員首先更換了兩個(gè)軸的脈沖編碼器。但更換以后，故障依舊，初步排除編碼器問(wèn)題。

通過(guò)查線、測(cè)量，確認(rèn)反饋電纜及連接也無(wú)問(wèn)題。視線轉(zhuǎn)向外圍機(jī)械部分，將電機(jī)與機(jī)床脫離（見圖2）。

圖2 電機(jī)與機(jī)械脫開試驗(yàn)

將電機(jī)從聯(lián)軸節(jié)中卸下，通電旋轉(zhuǎn)電機(jī)，無(wú)報(bào)警，排除了數(shù)控系統(tǒng)和伺服電機(jī)問(wèn)題。檢查機(jī)械，此時(shí)，最好用手盤絲桿，發(fā)現(xiàn)絲桿很沉，明顯超過(guò)正常值，說(shuō)明進(jìn)給軸傳動(dòng)鏈機(jī)械故障，通過(guò)鉗工檢修，修復(fù)Z 軸機(jī)械問(wèn)題，重新安裝Z 軸電機(jī)，機(jī)床正常工作。

3 實(shí)例之三

摩爾數(shù)控坐標(biāo)磨床，緊急停止不能釋放，檢查所有緊急停止開關(guān)，均良好，并且沒有硬件超程發(fā)生。

分析處理：查看梯形圖（見圖3）。

圖3 摩爾坐標(biāo)磨床的“急停處理”實(shí)例

發(fā)現(xiàn)在G8.4之前，串接了許多輸入信號(hào)，其中X8.4（*ESP）狀態(tài)良好，但是X2.6斷開、R18.7激活由閉觸點(diǎn)變?yōu)殚_觸點(diǎn)，所以G8.4斷開，變?yōu)榈碗娖剑?ESP觸發(fā)，CNC緊急停止。

參考機(jī)床說(shuō)明書，了解到X2.6是側(cè)頭信號(hào)，R18.7是側(cè)頭保護(hù)中間繼電器信號(hào)，進(jìn)一步檢查側(cè)頭裝置，發(fā)現(xiàn)側(cè)頭裝置報(bào)警，導(dǎo)致X2.6和R18.7無(wú)法正常工作，修復(fù)側(cè)頭放大器后，問(wèn)題解決，CNC緊急停止信號(hào)釋放。

4 實(shí)例之四

加工中心機(jī)床，電源無(wú)法正常上電，電源單元紅燈亮（電源報(bào)警）。

分析處理：經(jīng)初步診斷為24E短路引起系統(tǒng)無(wú)法上電，處理方法為將I/O模塊一個(gè)一個(gè)地摘除，當(dāng)摘除到第1個(gè)輸入模塊后，電源24V正常，進(jìn)一步檢查該模塊上的輸入輸出點(diǎn)，最終發(fā)現(xiàn)X9.2（Z 軸回零減速開關(guān)）對(duì)地短路，更換開關(guān)及整理線路，故障排除。

5 實(shí)例之五

某數(shù)控車床，F(xiàn)ANUC OTD控制系統(tǒng)，F(xiàn)ANUC a系列串行主軸，M03指令發(fā)出后出現(xiàn)主軸速度誤差過(guò)大報(bào)警，主軸模塊上的7段顯示管“02”#報(bào)警，機(jī)床無(wú)法工作。

我們先后更換了主軸模塊，反饋電纜，最終判斷是主軸電機(jī)速度反饋問(wèn)題，但是更換磁傳感器備件后，原故障依舊沒有解決。

后將主軸電機(jī)運(yùn)至北京，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員檢查，發(fā)現(xiàn)電氣系統(tǒng)及器件良好，但是主軸尾部端跳0.3mm以上（正常情況應(yīng)該在0.01～0.02mm以下），導(dǎo)致齒面與傳感器之間的間隙波動(dòng)太大，無(wú)法有效調(diào)整和固定磁傳感器位置，引發(fā)速度誤差報(bào)警。具體檢查方法（見圖4）。

圖4 主軸速度反饋測(cè)速齒輪的跳動(dòng)檢測(cè)

經(jīng)進(jìn)一步診斷，發(fā)現(xiàn)主軸電機(jī)后軸承座徑向尺寸被磨大，已經(jīng)無(wú)法固定軸承外圈，只得訂購(gòu)后軸承座備件，以備更換。

過(guò)后了解到，造成這一問(wèn)題是由于鉗工更換主軸三角帶后張力調(diào)得過(guò)大（見圖5），導(dǎo)致后軸承座損壞，所以我們?cè)诮窈蟮娜粘＞S修保養(yǎng)中，要引以為戒。

圖5 主軸電機(jī)軸端受力分析

6 實(shí)例之六

某加工中心，執(zhí)行M10轉(zhuǎn)臺(tái)卡緊，但是屏幕上M10程序段不能完成，數(shù)十秒鐘之后，出現(xiàn)PMC報(bào)警，顯示M-FIN信號(hào)沒有完成。

轉(zhuǎn)臺(tái)卡緊的工作過(guò)程見圖6。

圖6 M10與轉(zhuǎn)臺(tái)卡緊/松開控制

轉(zhuǎn)臺(tái)卡緊工作過(guò)程為：

（1）輸入M10轉(zhuǎn)臺(tái)卡緊指令；

（2）PMC譯碼；

（3）輸出Y指令，此例為Y10.0；

（4）2位4通電磁閥換相；

（5）液壓缸動(dòng)作，帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)下移卡緊；

（6）卡緊到位后接近開關(guān)X10.0感應(yīng)脈沖，PMC接受到X10.0的輸入信號(hào)；

（7）PMC處理M-FIN信號(hào)，M代碼完成。

故障診斷時(shí)，檢查G5.0M-FIN信號(hào)是否觸發(fā)。通過(guò)梯形圖觀察，G5.0確定沒有觸發(fā)，通過(guò)梯形圖發(fā)現(xiàn)原因出在X10.0沒有信號(hào)。經(jīng)進(jìn)一步檢查，確認(rèn)Y10.0有輸出，電磁閥也吸合，轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械動(dòng)作也到位。使用金屬物體感應(yīng)接近開關(guān)X10.0后，PMC有反應(yīng)，說(shuō)明開關(guān)本身良好，最好調(diào)整開關(guān)與擋鐵的距離，感應(yīng)信號(hào)，問(wèn)題解決。最終原因是接近開關(guān)位置偏高，通過(guò)調(diào)整解決M-FIN報(bào)警問(wèn)題。

7 結(jié)束語(yǔ)

由于數(shù)控設(shè)備維修是一項(xiàng)技術(shù)含量很高的一項(xiàng)工作,因而對(duì)維修人員技術(shù)水平要求也很高,不但要在電氣系統(tǒng)上下功夫,還要具備機(jī)械、液壓等方面的知識(shí)。要熟悉整個(gè)機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作原理，吃透控制系統(tǒng)的PMC梯形圖、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，出現(xiàn)問(wèn)題后，應(yīng)首先判斷是機(jī)械問(wèn)題還是電氣問(wèn)題，是強(qiáng)電問(wèn)題還是系統(tǒng)問(wèn)題，是系統(tǒng)參數(shù)問(wèn)題還是PMC梯形圖問(wèn)題，要善于利用系統(tǒng)自身的報(bào)警信息和診斷畫面。需要不斷總結(jié)數(shù)控機(jī)床的維修經(jīng)驗(yàn)，逐步提高對(duì)故障的判斷能力及排除故障的處理能力。

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