數(shù)控機床故障診斷方法與華中系統(tǒng)故障實例分析

【摘 要】數(shù)控機床在使用過程中難免出現(xiàn)故障，本文在分析華中世紀星系統(tǒng)特點和功能的基礎(chǔ)上，介紹了數(shù)控機床故障排除的思路和原則，針對華中世紀星系統(tǒng)常見的一些的故障進行了分析和處理，總結(jié)了數(shù)控機床故障診斷與維修的一般方法。

【關(guān)鍵詞】故障診斷；數(shù)控機床；華中世紀星；機床維修

一、引言

數(shù)控機床是一種高效自動化機床，它綜合了計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、伺服驅(qū)動、精密測量和精密機械等各個領(lǐng)域的新的技術(shù)成果，是將現(xiàn)代技術(shù)和高科技知識集于一體的機、電、液、控技術(shù)設(shè)備，具有技術(shù)密集和知識密集的特點，有較高自動化水平和生產(chǎn)效率。在眾多國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)中，武漢華中數(shù)控有限公司研發(fā)的數(shù)控裝置以其高性能、低價位并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的特點，贏得了國家的認可，在機加行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

數(shù)控機床作為機電一體化高度復(fù)雜設(shè)備，在使用過程中難免會出現(xiàn)故障，而數(shù)控技術(shù)的綜合性和復(fù)雜性使其在發(fā)生故障后維修的難度遠大于普通設(shè)備，如果不能及時地定位排除故障，將制約數(shù)控機床的使用率，直接影響正常生產(chǎn)。資料表明，當維修數(shù)控機床時，大約80%的時間用于查找數(shù)控機床故障，而只有20%的時間用于故障的排除。當企業(yè)數(shù)控機床品牌、型號選定后，減少故障修理時間是提高數(shù)控機床的開動率、給企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益的有力保證措施。

二、數(shù)控機床故障診斷基礎(chǔ)

1.數(shù)控機床故障診斷原則

（1）先外部后內(nèi)部

要求數(shù)控機床維修人員從外部向內(nèi)部逐一進行檢查排除。

（2）先機械后電氣

要求數(shù)控機床維修人員在進行電氣檢查之前，應(yīng)首先檢查數(shù)控機床機械是否處于正常狀態(tài)，如行程開關(guān)是否壓上超程擋塊、氣動液壓部分是否正常等。

（3）先靜后動

要求數(shù)控機床維修人員在到達維修現(xiàn)場后，不應(yīng)急于查找和排除故障，而應(yīng)先詢問操作人員故障發(fā)生時的情況，并查閱相關(guān)資料。

2.數(shù)控機床故障排除的思路

數(shù)控系統(tǒng)的型號頗多，產(chǎn)生的故障原因往往比較復(fù)雜，但無論哪種系統(tǒng)，它們的構(gòu)成和控制原理基本相同。因此在數(shù)據(jù)機床出現(xiàn)故障時，要求維修人員必須有清晰的故障排除思路：

（1）調(diào)查故障現(xiàn)場，確認故障現(xiàn)象、故障性質(zhì)，應(yīng)充分掌握故障信息，做到“多動腦、慎動手”，避免故障的擴大化。

（2）根據(jù)所掌握故障信息明確故障的復(fù)雜程度，并列出故障部位的全部疑點。

（3）依據(jù)技術(shù)資料分析所有可能的故障原因，要求思路開闊，不應(yīng)將故障局限于數(shù)控機床的某一部分，在深入分析的基礎(chǔ)上，擬定檢查的內(nèi)容和方法，制訂故障排除的方案。

（4）在確定故障排除方案后，利用萬用表、示波器、轉(zhuǎn)速表等測量工具，用試驗的方法驗證并檢測故障，逐級定位故障部位，確認出故障的類型。為了準確、快速地定位故障，應(yīng)遵循故障排除的原則。

（5）故障的排除，通常找到故障原因后，問題會迎刃而解。

（6）養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣，解決故障后應(yīng)做好相關(guān)資料的整理記錄工作，為該機床建立故障檔案，以便提高自身的業(yè)務(wù)水平，方便機床的后續(xù)維護和維修。

數(shù)控機床在使用中不可避免地要產(chǎn)生各種故障，維修不到位將嚴重影響數(shù)控機床開動率，造成設(shè)備閑置和經(jīng)濟損失，這使得掌握數(shù)控機床故障診斷技術(shù)變得越來越重要。下面以華中世紀星數(shù)控系統(tǒng)為例介紹一些機床故障的排除方法。

三、華中世紀星數(shù)控機床常見故障診斷與排除實例

世紀星HNC-21系列數(shù)控裝置采用先進的開放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC機、高性能32位中央處理器配置，7.5寸彩色液晶顯示屏和標準機床工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口、遠程I/O板接口于一體，支持硬盤、電子盤等程序存儲方式以及軟驅(qū)、DNC以太網(wǎng)等程序交換功能，主要適用于數(shù)控車銑床和加工中心的控制。華中世紀星數(shù)控機床數(shù)控機床故障分類有多種方法，按故障發(fā)生與需要維修的位置主要有數(shù)控系統(tǒng)不能正常開機故障、急停故障、自動換刀系統(tǒng)故障、主軸系統(tǒng)故障、手持單元故障、進給系統(tǒng)故障等，本文只對幾種故障現(xiàn)象做詳細介紹。

1.數(shù)控系統(tǒng)不能正常開機故障診斷與排除

數(shù)控機床要開動起來，首先要保證數(shù)控系統(tǒng)能夠正常上電，這也是數(shù)控機床調(diào)試過程中首先要做的。

（1）數(shù)控系統(tǒng)電源接口

圖1所示為HNC-21數(shù)控裝置與其它裝置單元連接的總體框圖，其中XS1為數(shù)控系統(tǒng)電源接口，采用DC24V或AC24V作為輸入電源。

圖2所示為NC通電控制線路圖，數(shù)控機床進線電源采用三相AC380V電源，經(jīng)過變壓器變?yōu)锳C220V，再經(jīng)過開關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)镈C24V后，作為數(shù)控系統(tǒng)的電源輸入電壓，SB1為數(shù)控機床控制面板上的NC電源關(guān)按鈕，SB2為NC電源開按鈕。

圖1 總體框圖 圖2 NC通電控制線路

（2）數(shù)控不能正常開機的原因

1）系統(tǒng)電源不正確。

2）系統(tǒng)程序丟失。

（3）故障排除思路

1）當按下數(shù)控機床操作面板上的SB2啟動按鈕時，機床不能上電，應(yīng)首先觀察KA0指示燈是否得電。

2）如果得電又斷電，說明NC通電控制線路24V電源已經(jīng)接入，原因應(yīng)是KA0常開觸點沒有接入控制回路，沒有形成自鎖回路。

3）如果指示燈沒有點亮，則應(yīng)檢查+24V電源是否正確（檢查從開關(guān)電源輸入的24V是否連接到NC通電控制線路）。

4）24V電源正確后，仍不能正常啟動且KA0指示燈仍不亮，則應(yīng)檢查開關(guān)SB2按鈕是否損壞以及SB1和SB2是否接反以及數(shù)控系統(tǒng)中轉(zhuǎn)接板連線是否正確。

5）檢查XS1是否連接到數(shù)控系統(tǒng)以及電壓是否正確，如都正常CRT顯示屏仍不能正常上電，應(yīng)檢查數(shù)控系統(tǒng)中熔斷器和顯示屏是否損壞。

6）若系統(tǒng)能完成上電，但進不到操作系統(tǒng)界面，則需要重新做系統(tǒng)程序。

2.自動換刀系統(tǒng)故障診斷與排除

（1）刀架控制系統(tǒng)電氣線路連接圖

該數(shù)控機床刀架采用的是四工位車床刀架，刀架電機采用三相交流380V供電，正轉(zhuǎn)時驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時刀架自動鎖死，為了保證刀架完全鎖死，保證刀具的定位精度，在PLC參數(shù)中設(shè)置了0.5s的反轉(zhuǎn)鎖死時間。每把刀具都各有一個霍爾位置檢測開關(guān)，圖3為四工位刀架控制線路圖。

圖3 四工位刀架控制線路圖

（2）刀架換刀故障原因

當開機后系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，手動或者自動換刀時，刀架出現(xiàn)不能換刀主要有以下幾種原因：

1）強電控制電路故障。

2）接觸器控制電路故障。

3）PLC輸入/輸出故障。

4）刀架機械故障。

（3）故障排除方法思路

刀架故障現(xiàn)象主要有“刀架不動”和“刀架正轉(zhuǎn)不?！眱煞N。

1）刀架不動故障排除思路

①按下?lián)Q刀啟動按鈕后，觀察繼電器指示燈是否點亮以及觀察PLC輸出點位Y0.6、Y0.7的狀態(tài)變化，如繼電器指示燈不點亮，檢查刀架刀位控制模塊24V電源控制回路（380V經(jīng)變壓器變220V后，經(jīng)開關(guān)電源變?yōu)?4V）和PLC程序輸出點位（刀架正傳Y0.6、反轉(zhuǎn)Y0.7）設(shè)置是否正確；如點亮且繼電器觸點連接正確并吸合，確定繼電器沒有問題，再看接觸器吸合狀況。

②接觸器不吸合，檢查220V電壓是否輸入以及接觸器是否損壞；如吸合說明接觸器沒問題，則可能是刀架相序接反、刀架鎖死以及刀架電機損壞等原因。

③如控制線路連接連線正確，把刀架電機U、V相序互換，如還不能排除故障，說明可能電機卡死或電機損壞。

2）刀架正轉(zhuǎn)不停故障原因及排除采取措施

故障原因排除故障采取的措施

刀架刀位信號模

塊的電源不正確檢查模塊的電源是否正常，接線極性是否正確，通常的刀架刀位信號模塊應(yīng)該為DC24V。

PLC刀位信號參數(shù)設(shè)置錯檢查PLC參數(shù)設(shè)置是否和系統(tǒng)輸入一一對應(yīng)

系統(tǒng)開關(guān)量輸入

電纜接錯或斷路1.檢查開關(guān)量輸入電纜

2.需更換開關(guān)量輸入電纜

刀架位置檢測霍爾元件損壞需更換刀架刀位信號模塊

無刀架反轉(zhuǎn)輸出（Y0.7）1.檢查輸出端口

2.檢查開關(guān)量輸出電纜

3.檢查電路

刀架反轉(zhuǎn)繼電器或接觸器壞需更換繼電器或接觸器

PMC參數(shù)設(shè)置錯查看正轉(zhuǎn)延時時間、反轉(zhuǎn)延時時間以及換刀超時等時間參數(shù)設(shè)置是否正確；

機械松動或機械壞1.檢查電機與刀架聯(lián)接的部分定位銷是否有松動

2.需更換刀架

3.急停故障診斷與排除

（1）急停故障原因分析

數(shù)控機床正常上電后，打開急停按鈕，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)處于急停狀態(tài)，數(shù)控系統(tǒng)處于急停狀態(tài)主要有以下幾種原因（如圖4所示）：

1）急?；芈饭收?。

2）“軟急?！陛斎攵丝诮泳€位置錯誤。

3）PLC中“軟急?！秉c位設(shè)置錯誤。

4）外部輸入線纜接錯位置。

5）其它部件報警引起的急停。

（2）故障排除方法思路

1）首先按下“超程解除按鈕”，如果系統(tǒng)能夠復(fù)位，說明故障出現(xiàn)在超程限位開關(guān)位置，檢查行程開關(guān)是否壓限位擋塊以及行程開關(guān)內(nèi)部接線；如系統(tǒng)不能復(fù)位，說明故障可能是“急停開關(guān)故障”、“KA繼電器故障”、“外部24V電源故障”、“軟急停輸入端口位置錯誤”、“PLC軟急停點位設(shè)置錯誤”、“外部線纜連接錯誤”。

圖4 HNC-21數(shù)控裝置急?；芈?/p>

2）外部24V電源故障，根據(jù)KA繼電器指示燈可判斷外部24電源是否接入急?；芈?。

3）KA繼電器故障，打開急停開關(guān)，如KA繼電器指示燈不亮檢查外部電源，指示燈亮檢查KA繼電器線圈以及急停回路接線是否接在它的常開觸點上。

4）急停開關(guān)故障，主要檢查急停按鈕的常閉觸點，若未裝手持單元或手持單元上無急停按鈕，XS8接口中的4和17腳應(yīng)短接。

5）檢查“軟急停”輸入端口接線位置是否與PLC中“軟急?！秉c位設(shè)置一致。

6）對于有報警信息的根據(jù)報警信息排除相應(yīng)故障。

7）外部輸入線纜接錯位置，如將XS10和XS11對調(diào)，XS10中的第一個觸點對應(yīng)位置I0.0為急?；芈分蠿向行程開關(guān)的常閉觸點；而XS11第一個觸點對應(yīng)位置I2.4為“軟急?！保瑑烧呋Q接入數(shù)控系統(tǒng)，將發(fā)生急停報警，且按“超程接觸按鈕”也不能復(fù)位。

數(shù)控機床是復(fù)雜的設(shè)備，在診斷與維修時要事先消化技術(shù)資料，搜集現(xiàn)場相關(guān)信息，做好充足的準備。在此基礎(chǔ)上，要遵守故障診斷與維修的原則和步驟，切忌盲目動手；另外應(yīng)嚴格按照有關(guān)資料如圖紙、說明書的規(guī)定要求去做，注意資料中的數(shù)據(jù)，因數(shù)據(jù)是指導(dǎo)設(shè)備維修的重要依據(jù)。最后數(shù)控機床是機電一體化的高科技產(chǎn)品，在遇到故障時，不能單一考慮是某一方面的故障，要學(xué)會根據(jù)故障現(xiàn)象，綜合分析故障原因，靈活使用自診斷法、備件更換法、機電脫離法等各種診斷方法，這樣才能更迅速、有針對性地將故障排除。

作者簡介：

劉娟（1981—），女，陜西寶雞人，碩士，講師，現(xiàn)供職于陜西省電子工業(yè)學(xué)校。

盧彥峰（1981—），男，陜西西安人，學(xué)士，講師，現(xiàn)供職于陜西省電子工業(yè)學(xué)校，研究方向：數(shù)控機床維修。