基于直觀法與自診斷功能法的數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修
2018-3-15 來(lái)源： 蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電設(shè)備維護(hù)中心 作者：王勇 徐旭陽(yáng) 袁素會(huì)
摘 要：根據(jù)日常維修數(shù)控機(jī)床的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò) 5 個(gè)故障實(shí)例，介紹兩種常見的數(shù)控機(jī)床診斷方法（直觀法診斷與自診斷功能法診斷）的運(yùn)用。
關(guān)鍵詞：直觀法；自診斷功能法；故障診斷
數(shù)控機(jī)床是機(jī)、電、液、氣、計(jì)算機(jī)控制的一體化產(chǎn)物。 數(shù)控機(jī)床可能會(huì)因?yàn)闄C(jī)械部件的疲勞過(guò)度、電氣元器件的老化、人為操作不當(dāng)或保養(yǎng)不到位發(fā)生不同類型、不同程度故障。
為方便維修人員分析數(shù)控機(jī)床故障產(chǎn)生的原因，及時(shí)排除故障，通過(guò) 5 個(gè)故障實(shí)例介紹兩種常見的數(shù)控機(jī)床診斷方法（直觀法診斷與自診斷功能法診斷），系統(tǒng)地描述兩種方法的實(shí)效性，以供維修人員參考。
1 、直觀法診斷數(shù)控機(jī)床故障
這是一種最基本、最簡(jiǎn)單的方法，根據(jù)故障現(xiàn)象大概判斷出是數(shù)控機(jī)床哪一功能部位出現(xiàn)問(wèn)題，然后對(duì)這一部分進(jìn)行看、聽、聞、摸等直觀法檢查動(dòng)作：能不能看到機(jī)械卡死或斷裂（軸卡死不轉(zhuǎn)、 齒輪斷齒）、電氣元件燒毀 （電容鼓起來(lái)、 交流接觸器觸點(diǎn)燒黑等）現(xiàn)象；聽到異響（軸承或絲桿轉(zhuǎn)起來(lái)“咯咯”的聲音、交流接觸器“吱吱”的聲音、電機(jī)“嗡嗡”的聲音）；聞到焦糊味（交流接觸器、變壓器、電機(jī)的漆包線圈燒掉）；摸機(jī)械導(dǎo)軌或絲桿有沒有劃痕、軸承內(nèi)外圈是否有砂坑、電機(jī)是否發(fā)燙、系統(tǒng)散熱風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動(dòng)正常等。
例 1： 配 GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)的濟(jì)南一機(jī)J1CK6125i 數(shù)控車床。故障現(xiàn)象：在運(yùn)行中有時(shí)出現(xiàn) ALM 421 X 軸運(yùn)動(dòng)控制報(bào)警（X 軸誤差過(guò)大報(bào)警），如圖 1（a）所示
，指示實(shí)際位置與指令不一致。前一天由于編錯(cuò)程序，Z 軸正向移動(dòng)過(guò)多卡死，工人用開口扳手旋動(dòng) Z 軸絲桿一頭，將 Z 軸搖到安全區(qū)間內(nèi)，然后開機(jī)能正常加工，但是有時(shí) X
軸運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn) ALM 421 X 軸運(yùn)動(dòng)控制報(bào)警，指示實(shí)際位置與指令不一致。
該故障在編錯(cuò)程序?qū)е?Z 軸正向移動(dòng)過(guò)多卡死后經(jīng)常出現(xiàn)，而 Z 軸沒有問(wèn)題，懷疑當(dāng)時(shí)碰到了X 軸電機(jī)。 將機(jī)床后蓋拆下來(lái)，發(fā)現(xiàn) X 軸伺服電機(jī)側(cè)的動(dòng)力線航空插座與檢測(cè)編碼器航空插座被撞斷，如圖 1（b）所示，編碼器信號(hào)線裸露在外面，甚至有的線虛接，導(dǎo)致接觸不良，因此 X 軸有時(shí)能正常移動(dòng)，有時(shí)出現(xiàn) ALM 421 X 軸運(yùn)動(dòng)控制報(bào)警
（因?yàn)榇藭r(shí)編碼器線沒有接上， 系統(tǒng)沒有得到正確的編碼器反饋位置量，與系統(tǒng)發(fā)的指令相比較相差甚遠(yuǎn)， 出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制報(bào)警）。
故障原因：機(jī)床尾部板金有一個(gè)臺(tái)階， Z 軸運(yùn)動(dòng)超過(guò)了極限位置，導(dǎo)致 X 軸伺服電機(jī)的動(dòng)力線航空插座與檢測(cè)編碼器航空插座被撞壞。 重新在市場(chǎng)上購(gòu)買了兩個(gè)新的航空插頭，并將編碼器線焊上去，故障排除。
圖 1 421 X 軸運(yùn)動(dòng)控制報(bào)警與撞斷的航空插頭
例 2： 配 FANUC OI-TC 系統(tǒng)的長(zhǎng)城數(shù)控機(jī)床有限公司 CK7150A 斜床身數(shù)控車床。故障現(xiàn)象：機(jī)床開機(jī)后，要執(zhí)行 X 軸與 Z 軸回參考點(diǎn)操作，Z 軸回零正常，而 X 軸回零時(shí)，工作臺(tái)一直往正方向上沖（正常情況下應(yīng)該是碰到回零行程開關(guān)后減速運(yùn)行），最后出現(xiàn) 506+X 超程報(bào)警。
Z 軸可以回參考點(diǎn) ，說(shuō)明 直流 24V 正常 ，排 除直流穩(wěn)壓電源故障；X 軸回零時(shí)沒有減速， 直接往 X 軸正方向沖去，最后壓到 X 軸正限位開關(guān)，出現(xiàn) 506+X超程報(bào)警
，說(shuō)明 X 軸回零減速開關(guān)或開關(guān)上連到系統(tǒng)CNC 的輸入線有問(wèn)題。 檢查機(jī)床上 X 軸參考點(diǎn)的回零減速開關(guān)， 發(fā)現(xiàn)行程開關(guān)內(nèi)部顏色發(fā)黃 （如圖 2 所示），打開蓋子，里面的開關(guān)觸點(diǎn)全部都銹蝕了，因此始終處于斷開狀態(tài)，導(dǎo)致回零減速功能無(wú)效。
更換新的回零減速開關(guān)，故障排除；再對(duì)新的行程開關(guān)進(jìn)行防水處理，在開關(guān)四周涂上密封膠，防止切削液進(jìn)入行程開關(guān)內(nèi)。
圖2 因進(jìn)水而失靈的行程開關(guān)
例 3：配北京凱恩帝 K100Ti 系統(tǒng)的濟(jì)南白馬永誠(chéng)數(shù)控車床 YC6136I 。故障現(xiàn)象：工人執(zhí)行換刀程序進(jìn)行換刀時(shí)，刀架轉(zhuǎn)到一半時(shí)（斜著 45°），突然停下來(lái)了，CNC 液晶屏幕上出現(xiàn)“報(bào)警 13：開關(guān)異常跳動(dòng)”。
數(shù)控刀架電氣控制原理如圖 3 所示。 根據(jù)出現(xiàn)的“報(bào)警 13：開關(guān)異常跳動(dòng) ”，可知電氣箱后面保護(hù)刀架電機(jī)過(guò)載的熱繼電器 QM3 跳閘。
一般熱繼電器跳閘的原因是電機(jī)絕緣性變差或電機(jī)缺相。 用兆歐表測(cè)刀架電機(jī) M3 的絕緣性阻值，大于 50MΩ，說(shuō)明電機(jī)絕緣良好； 用萬(wàn)用表測(cè)電氣箱到刀架電機(jī)的連線是通的，說(shuō)明刀架電機(jī)及控制線路均正常； 將熱繼電器 QM3的跳閘開關(guān)按下（處于 ON 位置），讓工人在手動(dòng)狀態(tài)下按一下?lián)Q刀，觀察電氣箱后面的電氣元件，此時(shí)在交流接觸器
KM3（刀架正轉(zhuǎn)接觸器）右邊閃了一下火光， “嘭”的一聲，并有一股焦糊味散發(fā)出來(lái)，熱繼電器QM3 又跳 閘了 ，順著閃光和焦糊味的方位檢查 ，發(fā)現(xiàn)三相電子滅弧器 FV3
燒掉。
三相電子滅弧器內(nèi)部是阻容吸收回路，作用是吸收交流接觸器吸合后產(chǎn)生的電弧。 滅弧器 FV3 的三根線與刀架電機(jī) M3 的三根相線并聯(lián)在一起，其內(nèi)部的電容被擊穿，KM3
一吸合，就會(huì)導(dǎo)致 U3、V3、W3 任意兩相之間短路，所以會(huì)閃火光。由于生產(chǎn)需要，先臨時(shí)將三相電子滅弧器 FV3 拆下，此時(shí)可以換刀，然后購(gòu)買同型號(hào)的滅弧器裝上去，故障解除。
圖 3 數(shù)控刀架電氣控制原理
2 、自診斷功能法診斷數(shù)控機(jī)床故障
2.1 啟動(dòng)診斷
數(shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì) CPU、軸控制卡（伺服控制單元）、I/O LINK 單元、PMC 單元、LCD 顯示單元等軟硬件進(jìn)行檢測(cè)， 檢測(cè)后的結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在液晶屏上，供維修人員和操作人員參考。 例如，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到伺 服 控 制 單 元 異 常 時(shí) ， 會(huì) 在 屏 幕 上 出 現(xiàn) “SERVOSYSTEM ALAM”報(bào)警信息，維修人員就可以知道是伺服控制單元出現(xiàn)了問(wèn)題。 只有當(dāng)全部軟硬件系統(tǒng)檢測(cè)通過(guò)以后，CNC 才能正常運(yùn)行。
例 4： 配日本安川 R2J50L 數(shù)控系統(tǒng)的 CK6136I數(shù)控車床。故障現(xiàn)象：開機(jī)后 LCD 自檢顯示：
CNC 屏幕一直就死在這里，不再往下運(yùn)行。無(wú)法 動(dòng)系統(tǒng) ， 自檢時(shí)出現(xiàn) “SYSTEM SUM-CHECK FANULT SERVO UNREADY”，說(shuō)明伺服有故障，沒有準(zhǔn)備好，懷疑是伺服控制板硬件故障或 CNC系統(tǒng)內(nèi)部伺服控制參數(shù)（軟件故障）有問(wèn)題。
將有故障的數(shù)控車上的伺服控制板拆下來(lái)?yè)Q到另外一臺(tái)好的數(shù)控車上（所有的配置全部一樣），開機(jī)后系統(tǒng)自檢全部通過(guò)，X 與 Z 軸運(yùn)動(dòng)正常，說(shuō)明伺服控制板是好的，因此判斷伺服控制參數(shù)有問(wèn)題。
先將系統(tǒng)參數(shù)全清，再根據(jù)參數(shù)表輸入原始參數(shù)。 具體操作：將后面主板上的撥碼開關(guān)撥到數(shù)碼 7，然后啟動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，此時(shí)屏幕上出現(xiàn)幾行提示，有全清的，有只清程序的，連續(xù)按下 RES、NEXT、ORG 對(duì)系統(tǒng)全清 ， 出現(xiàn) PROG 20MGENERATED；再關(guān)機(jī)將撥碼盤撥到 4 處 ，然后開機(jī) ，顯示SYSTEM NO.SWITCH［4］（系統(tǒng)提示在撥碼開關(guān) 4處），然后進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置頁(yè)面將原始參數(shù)輸入，開機(jī)系統(tǒng)自檢全部通過(guò)，故障解除。
2.2 在線診斷
在線診斷是通過(guò) CNC 系統(tǒng)中已存的報(bào)警代碼實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，例如伺服電機(jī)過(guò)熱、伺服電機(jī)編碼器斷線、機(jī)床零點(diǎn)丟失等，就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的故障代碼。 還有一種是機(jī)床廠家的在線診斷，通過(guò)機(jī)床廠家開發(fā)的 PMC 梯形圖程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控外部信號(hào)點(diǎn)的變化，一旦外部保護(hù)元件動(dòng)作，保護(hù)信號(hào)的變化就會(huì)被 I/O 裝置采集到，然后送到 PMC 梯形圖進(jìn)行處理，并顯示相應(yīng)的報(bào)警信息，如 1004 潤(rùn)滑油位過(guò)低報(bào)警（潤(rùn)滑油箱需要加油）、1008 刀架換刀超時(shí)報(bào)警（刀架部分出現(xiàn)問(wèn)題）。
數(shù)控機(jī)床診斷功能提示的故障信息越豐富，越能給故障診斷帶來(lái)方便。PMC 狀態(tài)表還能顯示外部開關(guān)信號(hào)的狀態(tài)， 如換刀時(shí)刀位信號(hào)是否 0（低電平）、1（高電平）變化，主軸夾松刀到位信號(hào)是否正常，氣動(dòng)或液壓壓力檢測(cè)開關(guān)是否正常等。 根據(jù)在線診斷信息，維修人員能很快判斷出機(jī)床的故障部位。
例 5：配 FANUC 0I-TC 數(shù)控系統(tǒng)的沈陽(yáng)第一機(jī)床廠 HTC125290a 數(shù)控車床。故障現(xiàn)象 ： 沈陽(yáng)一機(jī)大數(shù)控車 HTC125290a(FANUC 0I-TC)一直出現(xiàn) 9009 主軸電路過(guò)熱報(bào)警 （主要主軸伺服驅(qū)動(dòng)器散熱器異常升溫顯示 09 報(bào)警）和9056 SPN1 內(nèi)部冷卻扇停轉(zhuǎn)報(bào)警 （主要主軸伺服驅(qū)動(dòng)器上顯示 56 報(bào)警，如圖 4 所示）。
圖4 主軸內(nèi)部冷卻扇停轉(zhuǎn)報(bào)警
前一段時(shí)間較涼爽，沒有出現(xiàn)過(guò)類似報(bào)警，天氣炎熱時(shí)車間的溫度很高，9009 與 9056 系統(tǒng)報(bào)警出現(xiàn)比較頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。9009 解釋：主軸放大器模塊主電路散熱器溫度異常升高。
故障排除對(duì)策：
（1）在負(fù) 載小 于 或 等 于 放 大 器 額 定 功 率 時(shí) 發(fā) 生報(bào)警，應(yīng)確認(rèn)散熱裝置的冷卻狀態(tài)。 冷卻風(fēng)扇停止時(shí)應(yīng)確認(rèn)電源(連接器 CX1A/B)，無(wú)法修復(fù)時(shí)應(yīng)更換SPM ； 如果環(huán)境溫度超過(guò)規(guī)格書的規(guī)定 ， 應(yīng)進(jìn)行改善。
（2）在負(fù)載大于或等于放大器額定值工作時(shí)報(bào)警,應(yīng)改善使用方法。
（3）如果放大器背面的散熱裝置部分灰塵較多，應(yīng)采用吹風(fēng)方式進(jìn)行清潔；還需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，使散熱裝置部分不會(huì)直接接觸切削油。
9056 解釋：控制電路部分的冷卻風(fēng)扇停止。故障排除對(duì)策：
（1）正確安裝控制印刷板(控制板與功率板的連接器脫離時(shí)，有可能發(fā)出本報(bào)警)。
（2）更換 SPM 或 SPM 內(nèi)部的冷卻風(fēng)扇。將手放在 SPN1（主軸驅(qū)動(dòng)器）上方，感覺沒有風(fēng)出來(lái)，檢查主軸驅(qū)動(dòng)器，其內(nèi)部冷卻扇停轉(zhuǎn)，將風(fēng)扇取下來(lái)，發(fā)現(xiàn)塑料扇葉與外殼粘在一起，臟的油泥太多，導(dǎo)致風(fēng)葉轉(zhuǎn)不起來(lái)，因此主軸驅(qū)動(dòng)器無(wú)法得到良好的散熱，內(nèi)部溫度檢測(cè)裝置動(dòng)作。 用 WD40 清洗劑對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行清洗，故障排除。
3 、結(jié)語(yǔ)
直觀法診斷和自診斷功能法診斷各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)不同的故障現(xiàn)象靈活應(yīng)用，對(duì)故障進(jìn)行分析，以逐漸縮小范圍，盡快發(fā)現(xiàn)故障，排除故障。
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