基于故障實(shí)例談數(shù)控機(jī)床的維護(hù)與維修

趙應(yīng)豪 衡紅星 劉首舉

摘 要：數(shù)控機(jī)床是企業(yè)保障產(chǎn)品質(zhì)量與提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵設(shè)備。對(duì)于維修人員來(lái)說(shuō)保障設(shè)備正常生產(chǎn)、減少故障停臺(tái)時(shí)，能夠有效提高數(shù)控設(shè)備的使用效率。文章通過(guò)6個(gè)案例介紹維修人員應(yīng)該掌握數(shù)控機(jī)床的基本維護(hù)內(nèi)容和維修方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；維護(hù)；維修方法

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）22-0112-02

Abstract： CNC machine tool is the key equipment for enterprises to guarantee product quality and improve production efficiency. For the maintenance personnel to ensure the normal production of equipment， reduce the number of failures stop， can effectively improve the efficiency of the use of CNC equipment. This paper introduces that maintenance personnel should master the basic maintenance content and maintenance method of CNC machine tool through 6 cases.

Keywords： CNC machine tool； maintenance； maintenance method

數(shù)控機(jī)床是一種技術(shù)復(fù)雜的精密自動(dòng)化設(shè)備，相比傳統(tǒng)設(shè)備其故障發(fā)生的原因復(fù)雜，牽扯到的因素較多。定期對(duì)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，可以提高設(shè)備的可靠性，延長(zhǎng)平均無(wú)故障時(shí)間。利用數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)床PMC提供的診斷工具和維修手段，來(lái)快速排除故障是維修人員應(yīng)具備的基本維修方法。

1 數(shù)控設(shè)備的日常維護(hù)

數(shù)控機(jī)床由于配備的硬件質(zhì)量可靠性較高，相比普通設(shè)備故障率較低，維修人員容易忽視設(shè)備維護(hù)的重要性，造成其長(zhǎng)期“帶病”工作，最終造成較大的設(shè)備故障。

例1：缸體二車間一臺(tái)NBP1300A友佳立式加工中心，主軸有高低兩檔變速功能。

故障現(xiàn)象：主軸由低擋向高檔切換時(shí)有時(shí)出現(xiàn)報(bào)警信息、機(jī)床在換擋過(guò)程中有時(shí)出現(xiàn)總電源跳閘現(xiàn)象。

故障分析與處理：通過(guò)PMC監(jiān)控?fù)Q擋過(guò)程，發(fā)現(xiàn)故障是由于機(jī)械脫檔造成。進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)主軸變速箱內(nèi)的潤(rùn)滑油已經(jīng)變成乳白色。通過(guò)拆除外圍附件，找到故障根本的原因，加工中心主軸中心出水的旋轉(zhuǎn)密封磨損，大量切削液進(jìn)入潤(rùn)滑油油箱，造成齒輪嚙合困難。同時(shí)，主軸電機(jī)由于受到飛濺切削液的浸潤(rùn)，絕緣降低造成主電源漏電保護(hù)器跳閘。通過(guò)更換新的潤(rùn)滑油、中心出水旋轉(zhuǎn)密封、電機(jī)骨架密封，對(duì)絕緣減低的主軸電機(jī)烘干處理，故障最終解決。

例2：缸一車間一臺(tái)FANUC 0i MD系統(tǒng)的缸體加工單元，其刀庫(kù)和換刀臂軸采用βI伺服驅(qū)動(dòng)器，采用FANUC I/O LINK軸控制方式。

故障現(xiàn)象：機(jī)床開機(jī)出現(xiàn)報(bào)警信息提示：ATC CONTROLLER ALARM（224），同時(shí)βI伺服驅(qū)動(dòng)器有紅色LED報(bào)警。

故障分析：進(jìn)入POWER MATE CNC管理器在PMM參數(shù)列表中可以看到11.0=0（ABSX絕對(duì)位置檢測(cè)器和機(jī)床位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系尚未建立），11.7=1（絕對(duì)脈沖編碼器帶有檢測(cè)器）。通過(guò)β伺服放大器故障說(shuō)明書，對(duì)比7段伺服LED指示燈紅綠組合狀態(tài)，確定刀庫(kù)和換刀臂軸兩軸的參考點(diǎn)位置丟失，原因是后備電池電壓降低，操作工忽視報(bào)警，繼續(xù)帶病工作直至引起絕對(duì)脈沖編碼器數(shù)據(jù)丟失報(bào)警。

故障處理：（1）更換6V伺服驅(qū)動(dòng)器電池。

（2）操作方式鑰匙開關(guān)撥至刀庫(kù)側(cè)，點(diǎn)動(dòng)刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)至換刀位，手動(dòng)捅液壓閥把刀套還回刀庫(kù)。

（3）點(diǎn)動(dòng)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)使1號(hào)刀套至待刀位，設(shè)置通道1

中G2參數(shù)表中11.0設(shè)為1。

（4）修改PMM參數(shù)中D數(shù)據(jù)表中的相關(guān)參數(shù)。

（5）MDI方式下?lián)Q刀，驗(yàn)證刀庫(kù)中刀位是否正確。

（6）刀庫(kù)位置調(diào)整正確后，調(diào)整ATC刀臂原點(diǎn)位置。用手輪方式搖動(dòng)刀臂回到原位時(shí)的水平位置，設(shè)置通道1 G3中參數(shù)11.0設(shè)為1，斷電重啟。

（7）在伺服參數(shù)4077中調(diào)整主軸的定向角度。

類似上述由于維護(hù)不到位造成停歇臺(tái)時(shí)較長(zhǎng)的案例，在數(shù)控設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)中占有較大比例，我們?nèi)艏右灾匾暺鋵?shí)是可以避免的，這說(shuō)明數(shù)控設(shè)備日常維護(hù)具有重要意義。

維修人員需要定期對(duì)數(shù)控設(shè)備機(jī)械部分的液壓、潤(rùn)滑、氣動(dòng)回路進(jìn)行預(yù)防性的檢查、維護(hù)。定期檢查電氣部件、機(jī)床的超程限位，定期檢查、清理數(shù)控設(shè)備的散熱風(fēng)扇，空調(diào)，定期更換系統(tǒng)、伺服的存儲(chǔ)電池，定期做好數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、PMC程序、硬盤的備份、伺服系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的備份，定期對(duì)閑置數(shù)控通電。

2 數(shù)控機(jī)床的維修方法

隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能越來(lái)越強(qiáng)大，在數(shù)控設(shè)備的故障檢測(cè)中，應(yīng)充分掌握數(shù)控系統(tǒng)的診斷功能和手段，如開機(jī)自診斷、運(yùn)行中的診斷，PMC程序的監(jiān)控功能，伺服單元的故障報(bào)警、伺服調(diào)試軟件的應(yīng)用等，來(lái)快速解決故障。

例3：通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的診斷功能，對(duì)配置西門子A2100系統(tǒng)的辛辛那提Arrow1000加工中心進(jìn)行監(jiān)控，排除總線故障。

故障現(xiàn)象：開機(jī)自診斷過(guò)程正常，硬件檢查過(guò)程中出現(xiàn)Profi-bus rack not responding報(bào)警信息，按消除報(bào)警故障依舊。

故障分析與處理：A2100系統(tǒng)采用Profibus-DP總線通訊方式，當(dāng)某個(gè)從站DP插頭接觸不良、斷線或模塊損壞時(shí)出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警。通過(guò)A2100系統(tǒng)的硬件診斷功能進(jìn)入I/O界面，輸入從站地址監(jiān)控相應(yīng)的分布式I/O的狀態(tài)，很容易快速確定是那個(gè)DP地址故障。

例4：即例1配置0I-MD系統(tǒng)的友佳立式加工中心主軸換擋故障的具體電氣PMC分析過(guò)程。

故障分析與處理： NBP1300加工中心的主軸換擋是通過(guò)電磁離合器帶動(dòng)撥叉進(jìn)行高、低速齒輪切換，1500轉(zhuǎn)以上通過(guò)PLC程序自動(dòng)換為高速檔。報(bào)警表現(xiàn)為低速換向高速檔切換時(shí)指示燈一閃就滅，然后高低速檔指示燈都不亮，此時(shí)出現(xiàn)EX1370：SPINDLE GEAR IN-POSITION ERROR 報(bào)警。

處理過(guò)程：（1）首先通過(guò)SYSTERM鍵→PMCCNF（配置）→符號(hào)，進(jìn)入查看符號(hào)、注釋顯示/編輯畫面，EX1370對(duì)應(yīng)的報(bào)警地址為A3.6。

（2）進(jìn)入PMC程序，搜索A3.6，通過(guò)分析PMC程序，查看觸發(fā)報(bào)警的可能原因：

a.主軸高檔信號(hào)X1.5及抵擋信號(hào)X1.6同時(shí)ON或同時(shí)OFF。

b.換擋時(shí)檔位檢知錯(cuò)誤，由R517.5觸發(fā)。

c.換擋過(guò)時(shí)，檔位未檢知，由R551.6 GEAR CHANGE OVER觸發(fā)。

以上三種情況，前兩種通過(guò)故障現(xiàn)象及PLC程序均有可能，第三種可以排除。

（3）利用發(fā)那科系統(tǒng)的TRACE信號(hào)追蹤功能設(shè)定相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控，準(zhǔn)確判斷引起故障的原因。追蹤地址的設(shè)定： X1.5（HGLS）、X1.6（LGLS）、Y2.3（>HG）、Y2.4（>LG）、R517.5。通過(guò)與正常換擋信號(hào)畫面的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)HG（Y2.3）離合器動(dòng)作正常，能夠換擋，但是LGLS（X1.5）出現(xiàn)接通2.6秒后又脫開現(xiàn)象，此時(shí)高低速X1.5、X1.6檔位信號(hào)均沒有，出現(xiàn)脫檔觸發(fā)報(bào)警。

（4）進(jìn)一步檢查，主軸換擋變速箱進(jìn)入大量切削液，摩擦增大造成齒輪不能順利嚙合這是故障的根本原因。

例5：通過(guò)西門子simocomu軟件監(jiān)控飛輪線ARROW500加工中心伺服驅(qū)動(dòng)C501報(bào)警。

故障現(xiàn)象：系統(tǒng)開機(jī)后，在加工中經(jīng)常出現(xiàn)611U伺服單元C501 報(bào)警，需要斷電重啟才能消除報(bào)警。

故障分析與處理：查西門子611U報(bào)警手冊(cè)C501報(bào)警的含義：電流量測(cè)量回路錯(cuò)誤。C501報(bào)警解釋的關(guān)鍵詞：功率模塊、參數(shù)設(shè)置、編碼器的安裝位置。

a.先易后難的原則，檢查伺服電機(jī)，檢查硬件的連接，然后通過(guò)用萬(wàn)用表測(cè)量電機(jī)端子對(duì)直流母線正負(fù)端的阻值，通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)正常，IGBT沒有明顯直接擊穿現(xiàn)象，隨后交換profibus通訊模塊排除了總線通訊故障可能。

b.利用西門子simocomu軟件與驅(qū)動(dòng)器建立聯(lián)機(jī)，發(fā)現(xiàn)主軸電流在MDI固定轉(zhuǎn)速指令的情況下，電流很不穩(wěn)定，忽大忽小。

c.備份雙軸伺服參數(shù)，用替換法排除軸控卡故障。用SimoComU軟件對(duì)611U伺服驅(qū)動(dòng)器雙軸模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化，排除參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。最后，通過(guò)交換法確認(rèn)故障出現(xiàn)在功率模塊上。

例6：修改換刀宏程序，解決缸二車間FMH800臥加主軸換刀卡刀故障。

故障現(xiàn)象：發(fā)那科31iMB系統(tǒng)的臥加，經(jīng)常出現(xiàn)卡刀現(xiàn)象，故障時(shí)換刀臂定位鍵與HSK刀柄的鍵槽錯(cuò)位。

故障分析與處理：FMH800主軸電機(jī)采用內(nèi)置Mi傳感器進(jìn)行速度控制，使用外部接近開關(guān)（一轉(zhuǎn)信號(hào)）進(jìn)行位置控制，主軸有兩檔變速，通過(guò)標(biāo)記發(fā)現(xiàn)故障是因主軸定向位置偏差造成，由于設(shè)備處于保修期廠家協(xié)助排查故障。

a.硬件的檢查排除：排除接近開關(guān)原因、重新整定主軸定向偏置參數(shù)、更換主軸伺服驅(qū)動(dòng)器、更換主軸ZF齒輪箱（排除齒輪箱間隙因素）。

b.通過(guò)對(duì)主軸定向時(shí)序的分析，研究主軸換刀宏程序O90004，在M06指令前添加（S600；GO4 X1.）程序步，最終排除故障。故障說(shuō)明：具有變速箱結(jié)構(gòu)的主軸，采用外部一轉(zhuǎn)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行位置控制時(shí)，由于傳動(dòng)鏈影響的因素較多，高速定向時(shí)不一定可靠。

通過(guò)以上幾個(gè)維修案例，充分說(shuō)明掌握數(shù)控系統(tǒng)豐富的診斷功能、PMC程序工具的應(yīng)用、PMC程序的分析能力，及伺服軟件的應(yīng)用是我們維修數(shù)控機(jī)床的基本方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

維修人員只有掌握了科學(xué)的維護(hù)與維修方法和技能，不斷提高自己的素質(zhì)，才能更好地發(fā)揮高精度、高效率數(shù)控設(shè)備的效益。

參考文獻(xiàn)：

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