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數(shù)控機(jī)床特殊故障的診斷分析與處理

2021-6-8 來源：首都航天機(jī)械有限公司作者：關(guān)進(jìn)良，楊春月，張振剛，李術(shù)平，劉松

摘要：針對數(shù)控機(jī)床某些“特殊故障”，結(jié)合工作中的維修實例從原理上分析引發(fā)特殊故障的主要原因，總結(jié)排查各類特殊故障的一般思路，并給出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；特殊故障；維修實例；PMC

數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，涉及機(jī)械、電氣、液壓、計算機(jī)以及自動控制等多種專業(yè)，且控制過程復(fù)雜，這在一定程度上給數(shù)控機(jī)床的故障診斷增加了難度。在種類繁多的故障中，有一類故障不能按照常規(guī)思路進(jìn)行故障診斷，其故障現(xiàn)象往往具有“迷惑性”，故障原因有時帶有一定的“隱蔽性”，本文稱為特殊故障。

1、具體故障診斷維修實例

1.1 某數(shù)控立式車床“標(biāo)頭 SKP”閃爍不停止故障

故障現(xiàn)象：數(shù)控立式車床采用 FANUC 0T 數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)選擇編輯 EDIT/ 自動 AUTO 方式時，機(jī)床顯示器出現(xiàn)“標(biāo)頭 SKP”閃爍不停，無法正常運(yùn)行，只有按下 RESET 鍵后才能切換到其他方式（如 MDI 方式），且其它方式無此故障現(xiàn)象。

故障分析及解決方案：機(jī)床出現(xiàn)“標(biāo)頭 SKP”閃爍，一般情況下，是由于正在通過 RS232 通訊接口進(jìn)行加工程序的傳輸，當(dāng)程序傳輸結(jié)束后，機(jī)床即可恢復(fù)正常。但此機(jī)床的加工程序已經(jīng)傳輸完成，根本不處于程序傳輸狀態(tài)，又檢查數(shù)控系統(tǒng)、計算機(jī)和通訊有關(guān)的參數(shù)（如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等）均正常。排除常見故障原因外，再將機(jī)床調(diào)為 MDI 方式，檢查是否能正常手動輸入程序，發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入 G 代碼（如 G01）還未按下“input”按鍵時，G 代碼已經(jīng)被輸入到系統(tǒng)中，故障原因可能和“input”按鍵有關(guān)，隨之拆下該數(shù)控機(jī)床特殊故障的診斷分析與處理按鍵發(fā)現(xiàn)里面有水珠，同時，并測量其電阻值約 95Ω（按鍵處于常開狀態(tài)），接近于“短路”狀態(tài)，正常電阻值應(yīng)趨向于無窮大，接近于“斷路”狀態(tài)，將按鍵清理干燥后重新安裝測試，未出現(xiàn)“標(biāo)頭 SKP”閃爍，故障排除。為了理清引發(fā)故障的根本原因，選擇EDIT/ AUTO 方式，按一下“input”按鍵故障復(fù)現(xiàn)（這一現(xiàn)象操作和維護(hù)人員均很少注意），進(jìn)一步驗證了該故障是由于按鍵異常造成的。

小結(jié)：該故障的特殊之處在于看似屬于通訊故障，實則是硬件故障（按鍵內(nèi)部進(jìn)水短路），此類故障比較少見，且迷惑性很大，面對此類故障，先要清楚造成故障的過程和原理，再設(shè)法從和故障相關(guān)的其他方面著手，進(jìn)而找到故障診斷突破口，如此例中，在 MDI 狀態(tài)驗證能否正常輸入 G 代碼，從而查出“input”按鍵故障。

1.2 某數(shù)控車床“方式選擇”故障

故障現(xiàn)象：該數(shù)控車床采用 FANUC 0iD 數(shù)控系統(tǒng)，開機(jī)后方式選擇旋鈕開關(guān)失效，無論選擇何種運(yùn)行方式，數(shù)控系統(tǒng)顯示的都是 MDI 方式，無法正常進(jìn)行方式選擇，且無任何報警。

故障分析及解決方案：對于方式選擇故障，一般情況下可考慮以下因素：（1）方式選擇開關(guān)直接連接的電纜脫落，故障率占 50% 以上；（2）方式選擇開關(guān)硬件本身損壞，依據(jù)故障記錄可知，故障率約占40%；（3）其他方面間接引起的此類故障，故障率約占 10%。按照以上分析，首先，拆下機(jī)床操作面板，檢查方式選擇開關(guān)連接電纜，均無脫落，也沒有虛接。然后又更換新的方式選擇開關(guān)，故障仍然復(fù)現(xiàn)。

另外，機(jī)床沒有任何報警提示，給維修人員帶來較大的困難。為了徹底查明故障原因，結(jié)合 FANUC 系統(tǒng) PMC 和方式選擇地址信號控制原理，系統(tǒng)處于何種運(yùn)行方式主要由地址信號 G43 來控制，具體控制和對應(yīng)關(guān)系見表 1。

表 1 方式選擇地址信號

根據(jù)“無論選擇何種運(yùn)行方式，系統(tǒng)始終顯示MDI 方式”這一故障現(xiàn)象，從表 1 可以看出，地址信號 MD1（G43.0）、MD2（G43.1）、MD4（G43.2）、DNCI（G43.5）、ZRN（G43.7）一直都為 0，那么有一種可能，以上地址信號沒有 24V 電源供給，這種可能也同樣可以造成此故障。現(xiàn)將方式選擇開關(guān)分別打到不同方式，使用萬用表依次測量開關(guān)的接線端子，電壓均為 0V。結(jié)合機(jī)床相關(guān)電氣原理圖，檢查電氣柜發(fā)現(xiàn)，有一給方式選擇開關(guān)供電的 24V 電源線虛接，重新緊固后并進(jìn)行方式選擇測試，機(jī)床恢復(fù)正常，故障徹底排除。

小結(jié)：該故障的特殊之處在于表面看似是方式選擇開關(guān)或者地址信號控制方面的故障，其實是電源故障。解決該問題的關(guān)鍵是選擇的 PMC 地址信號控制關(guān)系，數(shù)控機(jī)床有時會出現(xiàn)故障現(xiàn)象相同，但故障原因不同，這就需要維修人員加強(qiáng)日常學(xué)習(xí)，明白控制原理，不斷提高自身的理論素養(yǎng)，從“原理”上著手解決故障，以不變應(yīng)萬變，往往會起到事半功倍的效果。

1.3 某立式加工中心自動執(zhí)行程序故障

故障現(xiàn)象：某加工中心采用三菱數(shù)控系統(tǒng)，在執(zhí)行程序“T** M06；G91 G01 X100 F200；M30”過程中，當(dāng)執(zhí)行完換刀指令后出現(xiàn)循環(huán)停止（循環(huán)停止按鍵紅燈亮），未繼續(xù)執(zhí)行語句 G91 G01 X100 F200，當(dāng)再次按下循環(huán)啟動按鍵后又能往下繼續(xù)運(yùn)行程序。

故障分析及解決方案：該機(jī)床采用無機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)，斗笠式刀庫，刀庫的前進(jìn) / 后退以及機(jī)床主軸松 / 緊刀均采用氣壓驅(qū)動。每次只在執(zhí)行帶有換刀指令的程序時才出現(xiàn)上述故障，于是，需要先捋清整體換刀流程（見圖 1）及相關(guān)信號檢測值是否正確，檢查后未發(fā)現(xiàn)異常。又根據(jù)故障現(xiàn)象“再次按下循環(huán)啟動按鍵后又能往下繼續(xù)運(yùn)行程序”，說明有一種可能是換刀過程中某個步驟異常，在換刀完成后又恢復(fù)了正常，但間接影響了下面 G 代碼的執(zhí)行（可能是影響了順利執(zhí)行G 代碼的某一前提條件）。

依據(jù)這一思路，仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)換刀進(jìn)行到“主軸吹氣”這一步驟時（持續(xù) 2 秒），相應(yīng)的氣管有漏氣現(xiàn)象，當(dāng)主軸夾緊刀具后此氣路控制閥已自動關(guān)閉恢復(fù)正常，且換刀流程正確，故障迷惑性較大。但是，氣管漏氣（整個機(jī)床氣動系統(tǒng)的一支路）過程中可能造成了氣動系統(tǒng)壓力瞬間低于壓力傳感器的設(shè)定值（很快又得到了恢復(fù)），在壓力傳感器檢測異常的瞬間導(dǎo)致了循環(huán)停止，當(dāng)再次按下循環(huán)啟動時，因為壓力值已經(jīng)恢復(fù)正常，所以又能往下執(zhí)行程序。更換新的氣管并測試，故障徹底排除，驗證了上述分析過程的正確性。

圖 1 換刀流程

小結(jié)：該故障的特殊之處在于故障現(xiàn)象是程序執(zhí)行問題，實質(zhì)上是換刀過程中“遺留”的故障間接影響了G 代碼的執(zhí)行，只有熟悉整個換刀步驟以及每一步信號檢測過程，才能準(zhǔn)確進(jìn)行故障定位。

2、結(jié)語

綜上，排除數(shù)控機(jī)床特殊故障的一般思路如下，首先，認(rèn)真觀察故障現(xiàn)象，不放過任何細(xì)節(jié)（包括詢問機(jī)床操作人員），可能某個細(xì)節(jié)就是解決問題的關(guān)鍵。其次，使用常規(guī)故障診斷方法依次排除常見的故障原因，逐步把診斷范圍縮小。最后，既要深刻理解電氣控制“原理”，又要發(fā)散思維方式，參考“經(jīng)驗”但不能只靠“經(jīng)驗”，分析可能引發(fā)故障的間接可能和不常見的某些原因，逐步揭開故障的“神秘面紗”，消除各種故障的隱蔽性，從而順利排除故障。

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