數(shù)控機(jī)床常見故障的診斷與維修案例

李培

【摘 要】數(shù)控機(jī)床雖然有很多種類，但常見的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床以及加工中心三種類型，在控制上有簡(jiǎn)單的控制，也有復(fù)雜的控制，但是其數(shù)控系統(tǒng)控制對(duì)象主要包括三類，分別是主軸電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制、對(duì)加工軌跡連續(xù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制以及開關(guān)的控制。本章所探究的是數(shù)控機(jī)床控制中總體故障及常見故障的診斷及其維護(hù)，著重介紹FANUC系統(tǒng)故障。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床 控制 FANUC系統(tǒng)故障 維修

1故障常用的診斷方法及其診斷用的工具及儀器儀表

1.1常用的診斷方法

1.1.1直觀診斷法

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，要對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障進(jìn)行觀察，利用各種人體自身的感覺(jué)器官進(jìn)行故障查找，觀察主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速、是否發(fā)熱、機(jī)床的外表是否變顏色，查看工件有無(wú)損壞，觀察系統(tǒng)報(bào)警顯示、驅(qū)動(dòng)報(bào)警指示燈的狀態(tài)，還要詢問(wèn)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中故障是如何發(fā)生及發(fā)展的，并聆聽機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的相關(guān)部件是否發(fā)生了異常的聲響，嗅相關(guān)摩擦和電氣件的短路狀況是否有異味，諸如油煙味、焦糊的異味。還要用手感知機(jī)械有關(guān)部位的溫度，看有無(wú)發(fā)熱、震動(dòng)、劃痕，用手去轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，感覺(jué)其松緊有無(wú)適中，從而分部判斷機(jī)床正常與否。

1.1.2系統(tǒng)自診斷功能

現(xiàn)代化的機(jī)床都配備了自我診斷的功能，對(duì)機(jī)床進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部診斷，從而監(jiān)測(cè)出相關(guān)故障并給予報(bào)警顯示。當(dāng)維修員看到報(bào)警信息，會(huì)借助其報(bào)警信息或者是診斷書進(jìn)行快速故障維修?，F(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床自診斷系統(tǒng)主要是FANUC等數(shù)控診斷系統(tǒng)，它包括了報(bào)警、診斷、伺服調(diào)整和主軸監(jiān)視、PMC診斷等各個(gè)畫面，另外還有LED數(shù)碼顯示的報(bào)警代碼。

1.1.3手工診斷法

這主要是維修員根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的故障判斷，常用到的方法：進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、交換模塊、軸屏蔽等，這些主要用在伺服驅(qū)動(dòng)的故障排查。

1.2涉及到的工具及儀器儀表

用于測(cè)量的儀表有萬(wàn)用表、示波器、鉗形電流表、兆歐表、百分表或者是千分表。相關(guān)工具有“+”字形和“—”字形螺釘旋具，分別有三種型號(hào)規(guī)格。還要用到筆記本計(jì)算機(jī)，利用里面的專業(yè)傳輸軟件進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份與回裝，另外，將筆記本計(jì)算機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)連接，將數(shù)控系統(tǒng)的PLC傳輸?shù)焦P記本計(jì)算機(jī)，然后進(jìn)行程序編輯，并對(duì)其運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)控，亦或?qū)⒕庉嫼玫腜LC程序載入數(shù)控系統(tǒng)。在數(shù)控系統(tǒng)故障偵查診斷中，還涉及到相關(guān)技術(shù)資料，例如操作手冊(cè)、編程手冊(cè)、機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及其說(shuō)明、PLC程序等相關(guān)資料，以便維修人員進(jìn)行故障維修時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確參照。

2數(shù)控系統(tǒng)故障的診斷及其維修案例

2.1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)硬件故障維修案例

案例1：某數(shù)控機(jī)床在開機(jī)時(shí)出現(xiàn)了報(bào)警“920WATCH DOG TIMER”（看門狗超時(shí)）。

所屬數(shù)控系統(tǒng)為：FANUC 0TC。

現(xiàn)象：在開機(jī)時(shí)顯示920報(bào)警，指示系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警。

故障檢查分析：對(duì)報(bào)警信息FANUC 0TC系統(tǒng)920報(bào)警進(jìn)行分析，它屬于系統(tǒng)監(jiān)控報(bào)警，表示系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)了問(wèn)題。

FANUC 0TC系統(tǒng)對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的是FANUC 0C系列中的車床板，而FANUC 0C系統(tǒng)的組成包括了數(shù)控控制單元、主軸與進(jìn)給伺服單元和相應(yīng)的主軸電機(jī)以及進(jìn)給電機(jī)、系統(tǒng)操作面板、CRT顯示器、機(jī)床操作面板、附加I/O接口板、手搖脈沖發(fā)生器以及電池盒等。

FANUC 0C系統(tǒng)是大板結(jié)構(gòu)的數(shù)控單元，一般其配置是：

CPU底板，又稱主印刷電路板，其它各功能板都插接在此板上，主要系統(tǒng)的主控制，也就是數(shù)控機(jī)床的“大腦”核心，是所有執(zhí)行程序最關(guān)鍵的部位。

電源模塊（電源單元）：為數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行電源的控制，提供電源有+5V、±15V、+24V、+24E。

圖形顯示模塊：提供顯示的相關(guān)圖形功能，是控制系統(tǒng)表達(dá)功能，實(shí)現(xiàn)“人際交流”的控制作用。

PMC模塊：它采用了PMC--M型的可編程控制器，提供擴(kuò)展輸入和輸出板（B2）接口。

基本控制模塊：是伺服控制系統(tǒng)的重要部分，也是執(zhí)行數(shù)控的關(guān)鍵部件，主要提供X、Y、Z軸以及第四軸的進(jìn)給控制的指令，并接受對(duì)應(yīng)位置編碼器所反饋的信號(hào)。

PMC輸入輸出接口模塊：它是機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行開關(guān)信號(hào)的連接口，通過(guò)相關(guān)插座接口將信號(hào)進(jìn)行連接輸入和輸出，為PMC提供信號(hào)的輸入或輸出。

存儲(chǔ)器模塊：這是系統(tǒng)的記憶裝置，以便進(jìn)行程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，也要串行諸如主軸、CRT/MDI、Reader/Puncher、模擬主軸、主軸位置編碼器以及手搖脈沖等接口。

以上各模塊都插在CPU底板上，連接CPU總線。為了對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行排查，這里采取“互換法”，即將故障機(jī)床上的以上各模塊和另一臺(tái)無(wú)故障機(jī)床各模塊紛紛依次進(jìn)行互換，結(jié)果該機(jī)床還是有920報(bào)警顯示。因此，現(xiàn)在懷疑CPU底板（A20B-2000-0170/06B）的問(wèn)題，隨后進(jìn)行系統(tǒng)底板互換，而此時(shí)故障轉(zhuǎn)移到了另一臺(tái)機(jī)床上，由此可知是系統(tǒng)底板的故障。

故障處理：更換系統(tǒng)CPU底板，從而恢復(fù)機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 FANUC數(shù)控系統(tǒng)軟件故障維修案例

案例1：某數(shù)控機(jī)床顯示報(bào)警“22NO CIRCLE”（沒(méi)有圓?。?/p>

所屬數(shù)控系統(tǒng)為：FANUC 0TC系統(tǒng)。

現(xiàn)象：在調(diào)試加工程序時(shí)，顯示22號(hào)報(bào)警，表示無(wú)圓弧。

故障檢查分析：根據(jù)22號(hào)報(bào)警提示，表明圓弧指令中沒(méi)有對(duì)圓弧半徑R進(jìn)行坐標(biāo)值I、J或者K的指定。因此，應(yīng)進(jìn)行加工程序檢查，發(fā)現(xiàn)該程序中的圓弧加工語(yǔ)句中出現(xiàn)了“G03 X50 Z60 I15”，導(dǎo)致了故障的發(fā)生，其中該語(yǔ)句少了K值。

故障處理：對(duì)加工圖紙進(jìn)行檢查，此處的圓弧Z坐標(biāo)無(wú)變化，是編程者將無(wú)數(shù)值變化的Z值“K0”粗心省略了，以至于有了該報(bào)警。隨后在該語(yǔ)句中輸入“K0”，再次執(zhí)行程序時(shí)沒(méi)有任何報(bào)警顯示。

2.3數(shù)控機(jī)床常見故障維修案例

案例1：某機(jī)床在回零時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床回零的實(shí)際位置出現(xiàn)每次都不一樣，漂移一個(gè)柵點(diǎn)或者是一個(gè)螺距的位置，并且是時(shí)好時(shí)壞。

故障分析：如果每次漂移只限于一個(gè)柵點(diǎn)或螺距，這種情況有可能是因?yàn)闇p速開關(guān)與減速撞塊安裝不合理，機(jī)床軸開始減速時(shí)的位置距離光柵尺或脈沖編碼器的零點(diǎn)太近，由于機(jī)床的加減速或慣量不同，機(jī)床軸在運(yùn)行時(shí)過(guò)沖的距離不同從而使機(jī)床軸所找的零點(diǎn)位置發(fā)生了變化。

解決辦法：（1）改變減速開關(guān)與減速撞塊的相對(duì)位置，使機(jī)床軸開始減速的位置大概處在一個(gè)柵距或一個(gè)螺距的中間位置。（2）設(shè)置機(jī)床零點(diǎn)的偏移量，并適當(dāng)減小機(jī)床的回零速度或減小機(jī)床的快移速度的加減速時(shí)間常數(shù)。

案例2： 一臺(tái)數(shù)控車床，X、Z軸使用半閉環(huán)控制，在用戶中運(yùn)行半年后發(fā)現(xiàn)Z軸每次回參考點(diǎn)，總有2、3mm的誤差，而且誤差沒(méi)有規(guī)律。

故障分析：調(diào)整控制系統(tǒng)參數(shù)后現(xiàn)象仍沒(méi)消失，更換伺服電機(jī)后現(xiàn)象依然存在，后來(lái)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)是絲杠末端沒(méi)有備緊，經(jīng)過(guò)螺母?jìng)渚o后現(xiàn)象消失。

解決辦法：用烙鐵將脫落的線頭焊接好，故障即可以排除。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)外部故障的診斷，我們總結(jié)出兩點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，首先應(yīng)熟練掌握機(jī)床的工作原理和動(dòng)作順序。其次要熟練運(yùn)用廠方提供的PLC梯圖，利用NC系統(tǒng)的狀態(tài)顯示功能或用機(jī)外編程器監(jiān)測(cè)PLC的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)梯圖的鏈鎖關(guān)系，確定故障點(diǎn)，只要做到以上兩點(diǎn)，一般數(shù)控機(jī)床的外部故障，都會(huì)被及時(shí)排除。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉永久 主編.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技術(shù)（FANUC系統(tǒng)）第2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2010（08）.

[2]蘇國(guó)強(qiáng)，李小寧，滕燕.氣動(dòng)點(diǎn)焊伺服焊槍實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及故障模式研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2012（02）.