數(shù)控機床常見故障處理方法

閆麗娟

（常德紡織機械有限公司，湖南常德 415004）

0 引言

隨著科技的進步，尤其是物聯(lián)網(wǎng)的推進，使數(shù)控機床與企業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系越來越緊密，數(shù)控機床在企業(yè)生產(chǎn)中擔(dān)當(dāng)著不可或缺的重要地位。由于數(shù)控機床柔性好、自動化程度高、勞動強度低、生產(chǎn)效率高、故障率低，能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，所以深受企業(yè)的喜愛。數(shù)控機床的故障停機，直接影響著設(shè)備利用率，同時牽動著整個生產(chǎn)進度。及時準(zhǔn)確解決機床故障，快速恢復(fù)生產(chǎn)是企業(yè)發(fā)展所需。由于數(shù)控機床是集機、電、氣、液、光一體化的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變化多樣，同一種故障可能有多種不同的原因，從而導(dǎo)致維修困難。

1 數(shù)控機床常見故障分析

1.1 數(shù)控機床回參考點故障

數(shù)控機床位置檢測裝置如果采用絕對編碼器時，由于系統(tǒng)斷電后位置檢測裝置靠電池來維持坐標(biāo)值實際位置的記憶，所以機床開機時，不需要進行返回參考點操作。目前，大多數(shù)數(shù)控機床采用增量編碼器作為位置檢測裝置，系統(tǒng)斷電后，工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值就失去記憶，機械坐標(biāo)值盡管靠電池維持坐標(biāo)值的記憶，但只是記憶機床斷電前的坐標(biāo)值而不是機床的實際位置，所以機床首次開機后要進行返回參考點操作。

數(shù)控機床回參考點常見故障現(xiàn)象和原因：

（1）機床回零過程沒有減速動作或一直以減速回零，一般是因為減速開關(guān)及接線故障。

（2）機床回零動作正常，但系統(tǒng)得不到一轉(zhuǎn)信號，原因可能是電機編碼器及接線或系統(tǒng)軸板故障。

（3）多次返回參考點重復(fù)位置精度很差。原因可能是：伺服電機與絲桿的聯(lián)軸器松動；電機扭矩過低或由于伺服調(diào)節(jié)不良，引起跟蹤誤差過大；編碼器供電電壓太低；零脈沖不良；傳動鏈間隙增大。

（4）數(shù)控機床回參考點發(fā)生螺距偏移。原因可能是：減速開關(guān)和減速擋塊安裝位置不當(dāng)，使得減速信號與零脈沖信號過近，會發(fā)生單個螺距偏移[1]。調(diào)整減速開關(guān)或減速擋塊的位置，使機床軸開始減速的位置大概處在一個柵距或一個螺距的中間位置。

1.2 數(shù)控機床系統(tǒng)報警

數(shù)控機床系統(tǒng)報警時，充分利用機床自診斷功能，根據(jù)報警提示，查閱資料和機床診斷頁面，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，由易到難、由外到內(nèi)、由機械到電氣，同時不要忽略從操作人員那里了解故障發(fā)生的過程和現(xiàn)象，一點點排查，找到故障點。

1.3 數(shù)控機床絕對位置丟失故障

數(shù)控機床位置檢測裝置采用絕對編碼器，系統(tǒng)斷電后位置檢測裝置靠電池來維持坐標(biāo)值實際位置的記憶，由于電池電壓低原因，導(dǎo)致位置檢測裝置失電，從而丟失坐標(biāo)位置的記憶。處理辦法：①更換電池；②針對不同數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動器的特點，使用不同的方法，重新設(shè)置機械軸零點。

1.4 數(shù)控機床換刀故障

由于換刀動作在數(shù)控機床操作中使用比較頻繁，所以換刀故障是數(shù)控機床中比較常見的故障之一。數(shù)控機床刀庫故障、主軸故障、機械手故障都會導(dǎo)致?lián)Q刀失敗。由刀庫故障引起的換刀故障現(xiàn)象有：刀庫找不到刀號，一直旋轉(zhuǎn)不停；刀庫不轉(zhuǎn)；刀套擺動故障等。由主軸故障引起的換刀故障現(xiàn)象有：主軸刀具松緊刀故障；主軸定向不準(zhǔn)等。由機械手故障引起的換刀故障現(xiàn)象有：機械手旋轉(zhuǎn)角度不到位；機械手位置錯誤等。針對不同故障現(xiàn)象，根據(jù)換刀流程，查找原因，解決故障。

2 數(shù)控機床常見故障實例

例1：FP2NC 針模銑床，F(xiàn)ANUC-0MD 系統(tǒng)，Z 軸回零過程中一直低速移動，直至超硬限位報警。對于FANUC 系統(tǒng)外圍故障維修，一般通過查閱PMC 狀態(tài)參數(shù)來查找故障點。FANUCOMD 系統(tǒng)回零對應(yīng)PMC 的輸入點是固定的：X 軸回零減速信號對應(yīng)輸入點X16.5；Y 軸回零減速信號對應(yīng)輸入點X17.5；Z軸回零減速信號對應(yīng)輸入點X18.5。正常情況下X16.5、X17.5、X18.5 信號為1，只有回零過程中擋塊壓零點開關(guān)時候才應(yīng)該為0。

正?；貐⒖键c過程是：機床Z 軸向參考點方向移動，擋塊壓回零開關(guān)，常閉點斷開，診斷參數(shù)X18.5 由1 變?yōu)?。機床開始減速前行，脫離零點開關(guān)常閉點閉合，X18.5 由0 變?yōu)?。開始尋找一轉(zhuǎn)信號，以低速移動一個柵格偏移量，找到參考點，回零完成。機床出現(xiàn)回零故障時，打開機床診斷畫面，發(fā)現(xiàn)X18.5 一直為0。拆下Z 軸罩殼，檢查零點開關(guān)，開關(guān)一直壓下，用手反復(fù)按壓，沒有彈回。經(jīng)判斷是開關(guān)損壞，更換開關(guān)，回零正常。

例2：QTN150/500U 數(shù)控車床，馬扎克640T NEXUS 系統(tǒng)，出現(xiàn)刀塔驅(qū)動器報警。經(jīng)過診斷，刀塔驅(qū)動器損壞，需要更換新的驅(qū)動器。新的驅(qū)動器需要設(shè)置參數(shù)和機械零點。刀塔采用三菱MRJ2-CT 驅(qū)動器，新驅(qū)動器設(shè)置需要3 步[2]：

（1）驅(qū)動器初始化。關(guān)機情況下，將旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋至【7】，開機，驅(qū)動器開始初始化，完成初始化后出現(xiàn)報警。關(guān)機，參照拆下來的驅(qū)動器設(shè)置，將旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋至【1】。

（2）驅(qū)動器參數(shù)寫入。由于驅(qū)動器參數(shù)曾經(jīng)在機床電腦里做過備份，只需要利用軟件MR-J2-CT software 進行參數(shù)寫入即可。參數(shù)寫入方法：進入機床電腦界面→點擊開始菜單→選擇所有程序→選擇MR-J2-CT Setup Software→點擊MR-J2-CT Setup Software→彈出軟件畫面→點擊軸選擇菜單→選擇刀塔→打開參數(shù)→點擊文件→選擇打開→找到文件夾J2ctbus→選擇TURES.PRM→選中所有帶*的文件→點擊全部寫入菜單→寫入完成后退出軟件→關(guān)機10 s→開機，驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置已經(jīng)完成。

（3）刀塔零點設(shè)置。此時驅(qū)動器報警零點丟失，需進行刀塔零點設(shè)置。方法如下：手動模式→刀塔松開→點擊MACHINE 按鍵→點擊維修菜單→按壓MF1 鍵和刀箱模式菜單鍵，直到點亮刀箱模式→按ToolSELEECT（F/H）鍵，使刀塔旋轉(zhuǎn)至零點（此機床刀塔零點為1 號刀位置，零點曾經(jīng)做過刻度標(biāo)記。）→按壓MF1 鍵和刀箱模式鍵，直到刀箱模式熄滅→點擊MACHINE 按鍵→點擊刀塔夾緊→點擊刀塔松開→按壓MF1 鍵和刀箱模式鍵，直到點亮刀箱模式→按壓MF1 鍵和刀箱原點設(shè)定鍵→按壓ToolSELEECT（F/H）鍵不松開，一直等到刀塔旋轉(zhuǎn)到自動停止為止→按ToolSELEECT（F/H）鍵，使刀塔旋轉(zhuǎn)至零點→按壓MF1 鍵和刀箱模式鍵，直到刀箱模式熄滅→點擊MACHINE 按鍵→點擊刀塔夾緊→關(guān)機，零點設(shè)置完成。對于三菱MR-J2-CT 驅(qū)動器，由于參數(shù)需要電池保持，需要定期更換電池，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動器顯示AL 23 01報警時，要及時更換電池，防止因電池電壓低導(dǎo)致的零點丟失。

例3：XHZ2316/8 龍門式加工中心，西門子840D 系統(tǒng)，加工中出現(xiàn)報警：“21612 通道%1 軸%2 進給時VDI 信號驅(qū)動使能復(fù)位”。引起使能關(guān)閉的原因有很多，首先從最簡單的外圍開始查找，從PLC 的I/O 狀態(tài)診斷里，排除了立臥轉(zhuǎn)換、松刀和緊刀等外圍信號異?！，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，復(fù)位后報警消除，主軸旋轉(zhuǎn)功率表顯示異常，主軸空轉(zhuǎn)功率波動很大，主軸一旦帶負(fù)載，馬上出現(xiàn)21612 報警。主軸空轉(zhuǎn)電流測試：主軸轉(zhuǎn)速S=50 時，用鉗流表測量電機電流為50 A；主軸轉(zhuǎn)速S=1000 時，用鉗流表測量電機電流為100 A，該電機正常工作電流應(yīng)該在50 A 左右，電流完全超出正常值。編碼器、電機、驅(qū)動器、負(fù)載任何一個故障都可能導(dǎo)致這個現(xiàn)象。首先測試負(fù)載，脫開機械負(fù)載，進行測試，發(fā)現(xiàn)電機抖動厲害，經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)，主軸是全閉環(huán)控制，有外置編碼器，機械脫開了外置編碼器，所以才會抖動，用手轉(zhuǎn)動負(fù)載，感覺還算靈活。其次更換電機尾部編碼器，故障依舊。借調(diào)驅(qū)動器進行測試，故障依舊。排除了負(fù)載、驅(qū)動器、電機尾部編碼器，最后將目標(biāo)鎖定為電機。電機尾部編碼器安裝在電機的尾部，和電機同軸。為了進一步確定是電機損壞，排除尾部編碼器的干擾，拆下電機，屏蔽編碼器，用V/F 控制方式進行電機測試。修改機床驅(qū)動參數(shù)：參數(shù)1011 由0 修改為1 則為無編碼器模式；控制方式1014 由0 修改為V/F 控制方式有效；1100 由3200修改為8000 此為頻率脈沖數(shù)。修改參數(shù)后電機啟動測試，主軸轉(zhuǎn)速S=50 時，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，用鉗流表測量電機電流無顯示；主軸轉(zhuǎn)速S=100 時，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，用鉗流表測量電機電流為20 A；主軸轉(zhuǎn)速S=150 時，電機出現(xiàn)飛車，迅速按下急停。通過V/F 控制方式測試，確定電機正常。所有的問題都聚焦于尾部編碼器，雖然尾部編碼器是新的，也不能排除故障的可能性，決定重新更換此編碼器。在拆卸編碼器的時候，發(fā)現(xiàn)編碼器和電機連接存在松動現(xiàn)象。拆下編碼器檢查發(fā)現(xiàn)，由于新購編碼器配備的固定螺絲和原裝編碼器螺絲長度有5 mm 的差異，導(dǎo)致螺絲長度超過螺孔范圍，螺絲沒有完全擰入軸孔，使安裝的編碼器沒有到位。由于電機和編碼器不同步，導(dǎo)致電機運轉(zhuǎn)異常，從而出現(xiàn)報警。由于安裝的疏忽，備件的不一樣，導(dǎo)致此次維修多走了很多彎路。拆下螺絲進行修磨，修磨后，編碼器安裝到位，故障解決。

例4：FDX2NC85-A 加工中心，F(xiàn)ANUC 0i-MB 系統(tǒng)，是一臺專門用來銑凸輪的設(shè)備。換刀過程中機械手旋轉(zhuǎn)60°后，機械手停止不換刀，換刀超時報警。FANUC 0i-MB 系統(tǒng)，配置A 點報警，可以通過查找PMC 的I/O 點狀態(tài)和根據(jù)梯形圖分析故障原因[3]。打開A 點報警，發(fā)現(xiàn)A2.3 點亮，打開PMC 梯形圖，查找A2.3 線圈，發(fā)現(xiàn)A2.3 線圈被點亮，經(jīng)過邏輯分析，線圈得電的原因是X1.4 被點亮。查閱電氣原理圖，找出相關(guān)I/O 點對應(yīng)的動作：X1.4 刀套夾緊、X1.5 刀套松開、Y2.1 刀套松開。Y2.1 刀套松開處于得電狀態(tài)，正常情況下X1.4 刀套夾緊檢測開關(guān)應(yīng)該熄滅，X1.5 刀套松開檢測開關(guān)應(yīng)該點亮。根據(jù)圖紙找到刀套松開控制閥LS76，用手按壓LS76 閥，X1.4 和X1.5 交替點亮，說明閥沒有損壞。Y2.1 有輸出，控制閥LS76 卻沒有動作，查找線路，最后發(fā)現(xiàn)控制LS76 的中間繼電器損壞，更換繼電器。使用PMC 強制輸出功能，當(dāng)前換刀在第5 步，按控制要求完成換刀流程。步驟如下：①設(shè)置參數(shù)。允許PMC 停止。打開SYSTEM→PMC→PMCPRM→SETING→修改RAM WRITE ENABLE 由0 改為1→修改ALLOW PMC STOP 由0 改為1→修改PMC STOP PMCDGN 由0 改為1；②停止PMC。在PMC 菜單下找到STOP項，按下STOP，防止強制操作時候PMC 自動運行；③強制輸出。打開PMC 信號狀態(tài)欄，光標(biāo)移動到強制輸出的Y 地址，按下FORCE，即可實現(xiàn)Y 地址的強制輸出。按照換刀流程強制完成換刀；④運行PMC，點擊RUN 菜單；⑤還原參數(shù)，把第一步修改的參數(shù)進行恢復(fù)；⑥關(guān)機，開機恢復(fù)正常。

對于數(shù)控機床維修，當(dāng)出現(xiàn)故障時，首先要借助于系統(tǒng)的自診斷功能查找故障原因，其次從操作人員處了解機床出現(xiàn)故障的情況。根據(jù)故障現(xiàn)象本著由簡到難，由外到內(nèi)，由機械部分到電氣部分的原則進行。只要掌握數(shù)控機床相關(guān)工作原理和機床的機械結(jié)構(gòu)，了解其操作方法、動作順序并對故障現(xiàn)象作充分調(diào)查和分析，就一定能找到故障的原因所在，檢查修理，排除故障，最終使機床恢復(fù)正常[4]。