洪如

（廈門華廈職業(yè)學(xué)院信息與機(jī)電工程系，福建 廈門 361024）

數(shù)控機(jī)床是一種昂貴、高效的自動化機(jī)床，在許多行業(yè)中，這些設(shè)備均處于關(guān)鍵崗位的關(guān)鍵工序上，若出現(xiàn)故障后不能及時找到原因和故障部位并迅速修復(fù)設(shè)備，將會給企業(yè)造成很大的損失。

盡管現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的可靠性不斷提高，但在設(shè)備運(yùn)行過程中因操作失誤、外部環(huán)境變化等原因，出現(xiàn)故障在所難免。因此，在借助數(shù)控機(jī)床的自診斷功能的同時，采取正確的故障診斷方法，及時發(fā)現(xiàn)并盡快確定故障的部位和原因，使操作人員或維修人員及時排除故障，縮短故障維修時間，使機(jī)床盡快恢復(fù)工作。

筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗，將實際生產(chǎn)中幾種典型數(shù)控機(jī)床常見故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出了具體的診斷過程，并給出了具體的解決辦法。

1 實例之一

龍門數(shù)控鏜銑床FANUC16iM系統(tǒng)，半閉環(huán)控制，每天開機(jī)手動返回參考點時，X 軸偶爾會出現(xiàn)90#報警，找不到參考點；返回參考點時，工作臺有減速動作，但是一旦手動回參考點成功，重復(fù)用G28方式回零，沒有任何問題。

分析處理：大多數(shù)機(jī)床制造商設(shè)置在手動返回參考點時，尋找并讀取PCZ信號（物理柵格信號）建立參考點，而在G28方式下使用計數(shù)器清零的方式返回參考點，不尋找物理柵格信號。

從故障描述來看，重點應(yīng)該檢查一轉(zhuǎn)信號。首先采用最簡單易行的方法，檢查反饋電纜，用萬用表電阻檔測量電纜兩端通斷，結(jié)果沒有問題。接下來更換脈沖編碼器，將X 軸編碼器與另一個可以回參考點的軸（Y 軸）編碼器更換，結(jié)果沒有任何變化，即X 軸仍然不能夠每次找到零點，而Y 軸回零正常，說明脈沖編碼器良好。之后更換伺服放大器，仍然沒有效果。相關(guān)的硬件均已更換，仍然沒有找到故障點。

仔細(xì)分析大型機(jī)床的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)X 軸反饋電纜經(jīng)過坦克鏈到伺服放大器，共計約50m，初步判斷可能是由于信號衰減造成的一轉(zhuǎn)信號不好，最后將5V及0V線腳與電纜中多余的備用線并聯(lián)加粗，降低線間電阻，提高信號幅值，最終排除了故障。

注意：FANUCa系列驅(qū)動的反饋裝置，采用的是高速串行傳送，用傳統(tǒng)的示波器無法觀測波形，所以更多的是采用替代法或者借助系統(tǒng)界面診斷排查故障。

2 實例之二

數(shù)控車床FANUC 0i TB數(shù)控系統(tǒng)（半閉環(huán)控制），Z 軸移動時411#報警。

分析處理：首先，我們通過伺服診斷畫面，觀察Z軸移動時誤差值，見圖1。

圖1 實際位置誤差診斷

通過觀察，發(fā)現(xiàn)Z 軸低速移動時，“位置誤差”數(shù)值可隨著軸的移動跟隨變化，而Z 軸高速移動時，“位置誤差”數(shù)值尚未來得及調(diào)整完，就出現(xiàn)411#報警。這種現(xiàn)象是比較典型的指令與反饋不諧調(diào)，有可能是反饋丟失脈沖，也有可能是負(fù)載過重而引起的誤差過大。

由于是半閉環(huán)控制，所以反饋裝置就是電機(jī)后面的脈沖編碼器，該機(jī)床使用FANUC 0iTB數(shù)控系統(tǒng)，而且X 軸和Z 軸均配置ai系列數(shù)字伺服電機(jī)，所以編碼器互換性好，并且比較方便，因此維修人員首先更換了兩個軸的脈沖編碼器。但更換以后，故障依舊，初步排除編碼器問題。

通過查線、測量，確認(rèn)反饋電纜及連接也無問題。視線轉(zhuǎn)向外圍機(jī)械部分，將電機(jī)與機(jī)床脫離（見圖2）。

圖2 電機(jī)與機(jī)械脫開試驗

將電機(jī)從聯(lián)軸節(jié)中卸下，通電旋轉(zhuǎn)電機(jī)，無報警，排除了數(shù)控系統(tǒng)和伺服電機(jī)問題。檢查機(jī)械，此時，最好用手盤絲桿，發(fā)現(xiàn)絲桿很沉，明顯超過正常值，說明進(jìn)給軸傳動鏈機(jī)械故障，通過鉗工檢修，修復(fù)Z 軸機(jī)械問題，重新安裝Z 軸電機(jī)，機(jī)床正常工作。

3 實例之三

摩爾數(shù)控坐標(biāo)磨床，緊急停止不能釋放，檢查所有緊急停止開關(guān)，均良好，并且沒有硬件超程發(fā)生。

分析處理：查看梯形圖（見圖3）。

圖3 摩爾坐標(biāo)磨床的“急停處理”實例

發(fā)現(xiàn)在G8.4之前，串接了許多輸入信號，其中X8.4（*ESP）狀態(tài)良好，但是X2.6斷開、R18.7激活由閉觸點變?yōu)殚_觸點，所以G8.4斷開，變?yōu)榈碗娖剑?ESP觸發(fā)，CNC緊急停止。

參考機(jī)床說明書，了解到X2.6是側(cè)頭信號，R18.7是側(cè)頭保護(hù)中間繼電器信號，進(jìn)一步檢查側(cè)頭裝置，發(fā)現(xiàn)側(cè)頭裝置報警，導(dǎo)致X2.6和R18.7無法正常工作，修復(fù)側(cè)頭放大器后，問題解決，CNC緊急停止信號釋放。

4 實例之四

加工中心機(jī)床，電源無法正常上電，電源單元紅燈亮（電源報警）。

分析處理：經(jīng)初步診斷為24E短路引起系統(tǒng)無法上電，處理方法為將I/O模塊一個一個地摘除，當(dāng)摘除到第1個輸入模塊后，電源24V正常，進(jìn)一步檢查該模塊上的輸入輸出點，最終發(fā)現(xiàn)X9.2（Z 軸回零減速開關(guān)）對地短路，更換開關(guān)及整理線路，故障排除。

5 實例之五

某數(shù)控車床，F(xiàn)ANUC OTD控制系統(tǒng)，F(xiàn)ANUC a系列串行主軸，M03指令發(fā)出后出現(xiàn)主軸速度誤差過大報警，主軸模塊上的7段顯示管“02”#報警，機(jī)床無法工作。

我們先后更換了主軸模塊，反饋電纜，最終判斷是主軸電機(jī)速度反饋問題，但是更換磁傳感器備件后，原故障依舊沒有解決。

后將主軸電機(jī)運(yùn)至北京，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員檢查，發(fā)現(xiàn)電氣系統(tǒng)及器件良好，但是主軸尾部端跳0.3mm以上（正常情況應(yīng)該在0.01～0.02mm以下），導(dǎo)致齒面與傳感器之間的間隙波動太大，無法有效調(diào)整和固定磁傳感器位置，引發(fā)速度誤差報警。具體檢查方法（見圖4）。

圖4 主軸速度反饋測速齒輪的跳動檢測

經(jīng)進(jìn)一步診斷，發(fā)現(xiàn)主軸電機(jī)后軸承座徑向尺寸被磨大，已經(jīng)無法固定軸承外圈，只得訂購后軸承座備件，以備更換。

過后了解到，造成這一問題是由于鉗工更換主軸三角帶后張力調(diào)得過大（見圖5），導(dǎo)致后軸承座損壞，所以我們在今后的日常維修保養(yǎng)中，要引以為戒。

圖5 主軸電機(jī)軸端受力分析

6 實例之六

某加工中心，執(zhí)行M10轉(zhuǎn)臺卡緊，但是屏幕上M10程序段不能完成，數(shù)十秒鐘之后，出現(xiàn)PMC報警，顯示M-FIN信號沒有完成。

轉(zhuǎn)臺卡緊的工作過程見圖6。

圖6 M10與轉(zhuǎn)臺卡緊/松開控制

轉(zhuǎn)臺卡緊工作過程為：

（1）輸入M10轉(zhuǎn)臺卡緊指令；

（2）PMC譯碼；

（3）輸出Y指令，此例為Y10.0；

（4）2位4通電磁閥換相；

（5）液壓缸動作，帶動轉(zhuǎn)臺下移卡緊；

（6）卡緊到位后接近開關(guān)X10.0感應(yīng)脈沖，PMC接受到X10.0的輸入信號；

（7）PMC處理M-FIN信號，M代碼完成。

故障診斷時，檢查G5.0M-FIN信號是否觸發(fā)。通過梯形圖觀察，G5.0確定沒有觸發(fā)，通過梯形圖發(fā)現(xiàn)原因出在X10.0沒有信號。經(jīng)進(jìn)一步檢查，確認(rèn)Y10.0有輸出，電磁閥也吸合，轉(zhuǎn)臺機(jī)械動作也到位。使用金屬物體感應(yīng)接近開關(guān)X10.0后，PMC有反應(yīng)，說明開關(guān)本身良好，最好調(diào)整開關(guān)與擋鐵的距離，感應(yīng)信號，問題解決。最終原因是接近開關(guān)位置偏高，通過調(diào)整解決M-FIN報警問題。

7 結(jié)束語

由于數(shù)控設(shè)備維修是一項技術(shù)含量很高的一項工作,因而對維修人員技術(shù)水平要求也很高,不但要在電氣系統(tǒng)上下功夫,還要具備機(jī)械、液壓等方面的知識。要熟悉整個機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作原理，吃透控制系統(tǒng)的PMC梯形圖、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，出現(xiàn)問題后，應(yīng)首先判斷是機(jī)械問題還是電氣問題，是強(qiáng)電問題還是系統(tǒng)問題，是系統(tǒng)參數(shù)問題還是PMC梯形圖問題，要善于利用系統(tǒng)自身的報警信息和診斷畫面。需要不斷總結(jié)數(shù)控機(jī)床的維修經(jīng)驗，逐步提高對故障的判斷能力及排除故障的處理能力。

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