系統(tǒng)框圖法在數(shù)控銑床故障維修中的應(yīng)用

祁向榮

（桂林理工大學(xué) 南寧分校，南寧 530001）

0 引言

系統(tǒng)統(tǒng)框圖法的基本思想是將數(shù)控機床中被懷疑有故障的某一些元器件和其他元器件的關(guān)系用框圖的方法表示出來，根據(jù)被懷疑元件在框圖中的位置及它和其他元件之間的關(guān)聯(lián)性，來進(jìn)行故障的定位和分析，以便快速找出故障原因的方法[1]。

1 故障維修舉例

1.1 數(shù)控銑床故障一

1）故障現(xiàn)象。西門子802D系統(tǒng)數(shù)控銑床開機出現(xiàn)000300急停報警，按復(fù)位等按鍵無法消除報警信息。

2）分析。根據(jù)以往的經(jīng)驗，數(shù)控機床急停報警的出現(xiàn)一般有以下幾種情況：a.工作臺碰到行程開關(guān)導(dǎo)致急停報警；b.急停開關(guān)自身斷線；c.驅(qū)動器相關(guān)線路接線不良[2]。現(xiàn)在經(jīng)過仔細(xì)檢查機床發(fā)現(xiàn)這幾處部位都沒有任何問題。按先易后難的故障分析原則，可以先通過觀察數(shù)控銑床的組成框圖來進(jìn)行分析，考慮到是CNC報警，因此應(yīng)該以CNC裝置為研究對象進(jìn)行分析，分析與CNC裝置直接連接的部件，經(jīng)觀察系統(tǒng)框圖（如圖1）[3]可以發(fā)現(xiàn)，與CNC直接相連的部件有3個，分別為輸入輸出設(shè)備、伺服系統(tǒng)、PLC裝置?？紤]到機床顯示器能正常顯示，因此圖1中CNC裝置左側(cè)的輸入輸出設(shè)備是沒有問題的，而右側(cè)的伺服單元是否正?？梢酝ㄟ^伺服驅(qū)動器上面的狀態(tài)指示燈來判斷，經(jīng)檢查指示燈的顏色發(fā)現(xiàn)伺服驅(qū)動器也是正常的，測量裝置也沒有報警信息，所以通過排除法排除了CNC裝置左側(cè)和右側(cè)的元器件出故障的可能。那么現(xiàn)在就只有CNC裝置與PLC的連接這條線路沒有檢查了，因為PLC這條線路的連接范圍非常廣泛，伺服單元、電氣控制等線路全部都要通過PLC與CNC裝置連接在一起，因此初步推測，PLC與CNC的連接是不是出現(xiàn)了一些問題，具體到本臺機床，PLC與CNC之間通過3個線纜X111、X222、X333連接，這3個接口將機床面板上的所有按鍵和開關(guān)都與PLC聯(lián)系起來，因此初步判斷，這3個接口可能存在問題，按照通電不能插拔線纜的原則，首先將機床斷電，然后分別拆下這3條線纜，經(jīng)仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，X111號連接線纜的中間一段有被老鼠咬過的破損跡象，其他兩條連接線是正常的，于是懷疑X111號線纜已經(jīng)損壞，經(jīng)過更換X111 號線纜，重新連接機床，開機測試后，此故障排除。

圖1 數(shù)控銑床部分組成框圖

1.2 數(shù)控銑床故障二

1）故障現(xiàn)象。FANUC系統(tǒng)數(shù)控銑床在開機之后，按主軸正轉(zhuǎn)按鈕，主軸無法啟動，輸入程序指令，也無法啟動主軸。

2）分析。由于主軸由主軸電動機驅(qū)動，主軸電動機又由變頻器驅(qū)動，因此應(yīng)首先檢查變頻器是否正常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)變頻器的電源信號燈都不亮，因此懷疑變頻器沒有接通。分析過程，首先分析變頻器的線路連接情況，根據(jù)圖2的變頻器電路圖，此變頻器的電源輸入端接自接觸器KM3輔助觸頭的6L3號線和零線6N，因此，首先測量這兩端的信號是否正常，在正常的情況下，輸入變頻器的這兩端應(yīng)該有220 V的電壓，測量得到的結(jié)果是這兩端僅僅有微弱的電壓。因此，變頻器電源輸入信號不正常，那么再向電路前方查找與KM3連接的前一個元器件的輸入信號，根據(jù)圖2可以看出，前一個原件為斷路器QF4，檢查這個信號發(fā)現(xiàn)，QF4的第3相5L3和零線1N間仍然只有很小的電壓，輸入信號仍然不正常，因此繼續(xù)向QF4前面的線路追蹤，根據(jù)總電路圖發(fā)現(xiàn)QF4前面的元器件是斷路開關(guān)QF1，如圖3所示。繼續(xù)檢查QF1的第3相1L3和零線之間的電壓，發(fā)現(xiàn)此電壓仍然只有幾伏，說明QF1的信號仍然不正常，而QF1的前方元器件是漏電保護(hù)開關(guān)QF0及外接的三相電源線，如圖4所示。因此繼續(xù)向前追蹤此信號，經(jīng)檢查QF0第3相和零線的電壓仍然只有幾伏，繼續(xù)向前追蹤此信號一直到墻上的外接電源空氣開關(guān)，打開空氣開關(guān)柜子之后，經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)零線信號線和墻上零線的接口已經(jīng)發(fā)生了松動，因而第三相和零線的電壓始終處于十分微弱的狀態(tài)，經(jīng)過斷電，然后重新擰緊零線螺栓之后，再次啟動機床，故障排除，變頻器可以正常工作了。此分析過程可以通過圖5的局部電氣元件連接簡圖來分析，在圖5中，變頻器是該電路中的最后一個元件，其前面的電路元件 分 別 為QF4、QF1、QF0及外接電源，因為變頻器無輸出，因此向前檢查前一個元件QF4的信號是否正常，如果不正常就繼續(xù)向前檢查前一個元件QF1的信號，直到最后檢查出外接電源中的0 V線接觸不良。本例將與故障的初始發(fā)生部件變頻器相關(guān)的所有其他元器件從電路中隔離出來一一進(jìn)行分析，體現(xiàn)了框圖法的另一種運用，若某元件的輸入信號不正常，先檢查與其連接的前一個元器件的輸出信號，若此輸出還是不正常，則繼續(xù)向前檢查與其連接的前一個元器件，如此持續(xù)追蹤下去，直到把故障的真正原因找到。

圖2 變頻器的前端器件為斷路器QF4

圖3 斷路器QF4的前端器件斷路器QF1

圖4 斷路器QF1的前端器件為斷路器QF0和墻上的外接電源線

圖5 變頻器與其前端電路元件的連接簡圖

1.3 數(shù)控銑床故障三

1）故障現(xiàn)象。FANUC 0i M系統(tǒng)數(shù)控銑床，開機后，機床的顯示屏可以工作，操作面板上的開關(guān)大部分的功能是正常的，但有1個開關(guān)失效了，就是方式選擇開關(guān)，方式選擇開關(guān)在開機后始終顯示在MDI狀態(tài)，不管如何旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋鈕，方式選擇的狀態(tài)始終不能改變，其他的按鍵功能正常，因此機床無法運行。

2）分析過程如下。因為方式選擇開關(guān)由組合開關(guān)SA6所控制，該組合開關(guān)有3個輸入端子MD1、MD2、MD4見圖6，其信號代碼分別為X13.4，X13.5，X13.6，其開關(guān)信號的狀態(tài)與對應(yīng)的開關(guān)功能如表1所示。

圖6 機床面板控制開關(guān)與CNC 系統(tǒng)的連接示意圖

表1 工作方式組合開關(guān)信號編碼表

由表1可以得出一個結(jié)論，之所以所有的開關(guān)都顯示為MDI不變，意味著組合開關(guān)的信號端子狀態(tài)的改變并沒有傳入到數(shù)控系統(tǒng)，因為電路中某處出現(xiàn)了斷路，所以各個信號的宏觀狀態(tài)都顯示為0，而0、0、0就是MDI開關(guān)的輸出狀態(tài)。因此考慮將組合開關(guān)列為一個獨立元件用線段框起來，然后對其進(jìn)行分析，根據(jù)圖6，組合開關(guān)整體的信號不正常，要么是開關(guān)上面的線和24 V的連接不正常，即Q點與左邊的24 V電源端，要么是開關(guān)下面幾條線和右邊的0 V線的連接不正常。進(jìn)一步分析可能出現(xiàn)的原因：1）組合開關(guān)與24 V線的連接出現(xiàn)斷路；2）組合開關(guān)與0 V線的連接出現(xiàn)斷路。經(jīng)過分析后對電路進(jìn)行測量，將方式選擇開關(guān)打到回參考點方式，因為在這個方式下如果系統(tǒng)能正常工作，按表1所示，組合開關(guān)的各端子的狀態(tài)應(yīng)全部為接通狀態(tài)，經(jīng)測量P點與24 V的電壓，約為22 V左右，而開關(guān)下面各點MNT點與0 V端的電壓為0 V，因此可以初步得出結(jié)果，組合開關(guān)與24 V的電壓不正常，P點上方可能已經(jīng)出現(xiàn)斷路，而組合開關(guān)與0 V的電壓是正常的。接下來進(jìn)行實操驗證，先關(guān)閉機床電源，然后打開操作面板背面，拆開方式選擇組合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)此開關(guān)后面的24 V公共端已經(jīng)脫焊，將脫焊點Q重新焊接后再開機，故障排除，各個方式選擇信號恢復(fù)正常，機床能正常運行。

2 結(jié)語

本文出現(xiàn)的3個故障現(xiàn)象，都是很小并且很隱蔽的故障，但是卻全都造成了數(shù)控銑床無法運行的結(jié)果，文中分析了系統(tǒng)框圖法在排除此類故障時的獨到作用，在進(jìn)行故障分析時，靈活地運用系統(tǒng)框圖法，將懷疑有問題的元器件用框圖標(biāo)記出來，然后根據(jù)故障現(xiàn)象畫出與其有關(guān)的其各部件和該元件的聯(lián)系框圖，進(jìn)而分析它與其他元器件或其他信號的關(guān)系，列出所有可能導(dǎo)致故障的原因，然后再進(jìn)行測量和驗證，直到找出故障的確切位置，是一種比較快捷和高效的數(shù)控機床故障分析方法。