數(shù)控機床的故障分析

目前，數(shù)控機床的應用越來越廣泛，其加工柔性好，精度高，生產(chǎn)效率高，具有很多的優(yōu)點。但由于技術(shù)越來越先進、復雜，對維修人員的素質(zhì)要求很高，要求他們具有較深的專業(yè)知識和豐富的維修經(jīng)驗，在數(shù)控機床出現(xiàn)故障才能及時排除。我公司有幾十臺數(shù)控設備，數(shù)控系統(tǒng)有多種類型，幾年來這些設備出現(xiàn)一些故障，通過對這些故障的分析和處理，我們?nèi)〉昧艘欢ǖ慕?jīng)驗。下面結(jié)合一些典型的實例，對數(shù)控機床的故障進行系統(tǒng)分析，以供參考。

    一、NC系統(tǒng)故障

    1．硬件故障
       有時由于NC系統(tǒng)出現(xiàn)硬件的損壞，使機床停機。對于這類故障的診斷，首先必須了解該數(shù)控系統(tǒng)的工作原理及各線路板的功能，然后根據(jù)故障現(xiàn)象進行分析，在有條件的情況下利用交換法準確定位故障點。 
       例一、一臺采用德國西門子SINUMERIK SYSTEM 3的數(shù)控機床，其PLC采用S5─130W／B，一次發(fā)生故障，通過NC系統(tǒng)PC功能輸入的R參數(shù)，在加工中不起作用，不能更改加工程序中R參數(shù)的數(shù)值。通過對NC系統(tǒng)工作原理及故障現(xiàn)象的分析，我們認為PLC的主板有問題，與另一臺機床的主板對換后，進一步確定為PLC主板的問題。經(jīng)專業(yè)廠家維修，故障被排除。
       例二、另一臺機床也是采用SINUMERIK SYSTEM 3數(shù)控系統(tǒng)，其加工程序程序號輸入不進去，自動加工無法進行。經(jīng)確認為NC系統(tǒng)存儲器板出現(xiàn)問題，維修后，故障消除。

    例三、一臺采用德國HEIDENHAIN公司TNC 155的數(shù)控銑床，一次發(fā)生故障，工作時系統(tǒng)經(jīng)常死機，停電時經(jīng)常丟失機床參數(shù)和程序。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)NC系統(tǒng)主板彎曲變形，經(jīng)校直固定后，系統(tǒng)恢復正常，再也沒有出現(xiàn)類似故障。

    2．軟故障 
       數(shù)控機床有些故障是由于NC系統(tǒng)機床參數(shù)引起的，有時因設置不當，有時因意外使參數(shù)發(fā)生變化或混亂，這類故障只要調(diào)整好參數(shù)，就會自然消失。還有些故障由于偶然原因使NC系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)，這類故障有時必須采取強行啟動的方法恢復系統(tǒng)的使用。 
       例一、一臺采用日本發(fā)那科公司FANUC-OT系統(tǒng)的數(shù)控車床，每次開機都發(fā)生死機現(xiàn)象，任何正常操作都不起作用。后采取強制復位的方法，將系統(tǒng)內(nèi)存全部清除后，系統(tǒng)恢復正常，重新輸入機床參數(shù)后，機床正常使用。這個故障就是由于機床參數(shù)混亂造成的。
       例二、一臺數(shù)控銑床，NC系統(tǒng)采用西門子的SINUMERIK SYSTEM 3，在批量加工中NC系統(tǒng)顯示2號報警“LIMIT SWITCH”，這種故障是因為Y軸行程超出軟件設定的極限值，檢查程序數(shù)值并無變化，經(jīng)仔細觀察故障現(xiàn)象，當出現(xiàn)故障時，CRT上顯示的Y軸坐標確定達到軟件極限，仔細研究發(fā)現(xiàn)是補償值輸入變大引起的，適當調(diào)整軟件限位設置后，故障被排除。這個故障就是軟件限位設置不當造成的。 
       例三、一臺采用西門子SINUMERIK 810的數(shù)控機床，一次出現(xiàn)問題，每次開機系統(tǒng)都進入AUTOMATIC狀態(tài)，不能進行任何操作，系統(tǒng)出現(xiàn)死機狀態(tài)。經(jīng)強制啟動后，系統(tǒng)恢復正常工作。這個故障就是因操作人員操作失誤或其它原因使NC系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)。
       3．因其它原因引起的NC系統(tǒng)故障有時因供電電源出現(xiàn)問題或緩沖電池失效也會引起系統(tǒng)故障。
       例一、一臺采用德國西門子SINUMERIK SYSTEM 3的數(shù)控機床，一次出現(xiàn)故障，NC系統(tǒng)加上電后，CRT不顯示，檢查發(fā)現(xiàn)NC系統(tǒng)上“COUPLING MODULE”板上左邊的發(fā)光二極管閃亮，指示故障。對PLC進行熱啟動后，系統(tǒng)正常工作。但過幾天后，這個故障又出現(xiàn)了，經(jīng)對發(fā)光二極管閃動頻率的分析，確定為電池故障，更換電池后，故障消除。
       例二、一臺采用西門子SINUMERIK 810的數(shù)控機床，有時在自動加工過程中，系統(tǒng)突然掉電，測量其24V直流供電電源，發(fā)現(xiàn)只有22V左右，電網(wǎng)電壓向下波動時，引起這個電壓降低，導致NC系統(tǒng)采取保護措施，自動斷電。經(jīng)確認為整流變壓器匝間短路，造成容量不夠。更換新的整流變壓器后，故障排除。
       例三、另一臺也是采用西門子SINUMIK 810的數(shù)控機床，出現(xiàn)這樣的故障，當系統(tǒng)加上電源后，系統(tǒng)開始自檢，當自檢完畢進入基本畫面時，系統(tǒng)掉電。經(jīng)分析和檢查，發(fā)現(xiàn)X軸抱閘線圈對地短路。系統(tǒng)自檢后，伺服條件準備好，抱閘通電釋放。抱閘線圈采用24V電源供電，由于線圈對地短路，致使24V電壓瞬間下降，NC系統(tǒng)采取保護措施自動斷電。

    二、伺服系統(tǒng)的故障
       由于數(shù)控系統(tǒng)的控制核心是對機床的進給部分進行數(shù)字控制，而進給是由伺服單元控制伺服電機，帶動滾珠絲杠來實現(xiàn)的，由旋轉(zhuǎn)編碼器做位置反饋元件，形成半閉環(huán)的位置控制系統(tǒng)。所以伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床上起的作用相當重要。伺服系統(tǒng)的故障一般都是由伺服控制單元、伺服電機、測速電機、編碼器等出現(xiàn)問題引起的。下面介紹幾例：

    例一、伺服電機損壞
       一臺采用SINUMERIK 810／T的數(shù)控車床，一次刀塔出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)動不到位，刀塔轉(zhuǎn)動時，出現(xiàn)6016號報警“SLIDE POWER PACK NO OPERATION”，根據(jù)工作原理和故障現(xiàn)象進行分析，刀塔轉(zhuǎn)動是由伺服電機驅(qū)動的，電機一啟動，伺服單元就產(chǎn)生過載報警，切斷伺服電源，并反饋給NC系統(tǒng)，顯示6016報警。檢查機械部分，更換伺服單元都沒有解決問題。更換伺服電機后，故障被排除。
       例二、一臺采用直流伺服系統(tǒng)的美國數(shù)控磨床，E軸運動時產(chǎn)生“E AXIS EXECESSFOLLOWING ERROR”報警，觀察故障發(fā)生過程，在啟動E軸時，E軸開始運動，CRT上顯示的E軸數(shù)值變化，當數(shù)值變到14時，突然跳變到471，為此我們認為反饋部分存在問題，更換位置反饋板，故障消除。
       例三、另一臺數(shù)控磨床，E軸修整器失控，E軸能回參考點，但自動修整或半自動時，運動速度極快，直到撞到極限開關(guān)。觀察發(fā)生故障的過程，發(fā)現(xiàn)撞極限開關(guān)時，其顯示的坐標值遠小于實際值，肯定是位置反饋的問題。但更換反饋板和編碼器都未能解決問題。后仔細研究發(fā)現(xiàn)，E軸修整器是由Z軸帶動運動的，一般回參考點時，E軸都在Z軸的一側(cè)，而修整時，E軸修整器被Z軸帶到中間。為此我們做了這樣的試驗，將E軸修整器移到Z軸中間，然后回參考點，這時回參點也出現(xiàn)失控現(xiàn)象；為此我們斷定可能由于E軸修整器經(jīng)常往復運動，導致E軸反饋電纜折斷，而接觸不良。校線證實了我們的判斷，找到斷點，焊接并采取防折措施，使機床恢復工作。

   三、外部故障
       由于現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)可靠性越來越高，故障率越來越低，很少發(fā)生故障。大部分故障都是非系統(tǒng)故障，是由外部原因引起的。

      1. 現(xiàn)代的數(shù)控設備都是機電一體化的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)比較復雜，保護措施完善，自動化程度非常高。有些故障并不是硬件損壞引起的，而是由于操作、調(diào)整、處理不當引起的。這類故障在設備使用初期發(fā)生的頻率較高，這時操作人員和維護人員對設備都不特別熟悉。

       例一、一臺數(shù)控銑床，在剛投入使用的時候，旋轉(zhuǎn)工作臺經(jīng)常出現(xiàn)不旋轉(zhuǎn)的問題，經(jīng)過對機床工作原理和加工過程進行分析，發(fā)現(xiàn)這個問題與分度裝置有關(guān)，只有分度裝置在起始位置時，工作臺才能旋轉(zhuǎn)。

       例二、另一臺數(shù)控銑床發(fā)生打刀事故，按急停按鈕后，換上新刀，但工作臺不旋轉(zhuǎn)，通過PLC梯圖分析，發(fā)現(xiàn)其換刀過程不正確，計算機認為換刀過程沒有結(jié)束，不能進行其它操作，按正確程序重新?lián)Q刀后，機床恢復正常。 

       例三、有幾臺數(shù)控機床，在剛投入使用的時候，有時出現(xiàn)意外情況，操作人員按急停按鈕后，將系統(tǒng)斷電重新啟動，這時機床不回參考點，必須經(jīng)過一番調(diào)整，有時得手工將軸盤到非干涉區(qū)。后來吸取教訓，按急停按鈕后，將操作方式變?yōu)槭謩?，松開急停按鈕，把機床恢復到正常位置，這時再操作或斷電，就不會出現(xiàn)問題。

    2．由外部硬件損壞引起的故障
       這類故障是數(shù)控機床常見故障，一般都是由于檢測開關(guān)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣執(zhí)行元件、機械裝置等出現(xiàn)問題引起的。有些故障可產(chǎn)生報警，通過報答信息，可查找故障原因。

       例一、一臺數(shù)控磨床，數(shù)控系統(tǒng)采用西門子SINUMERIK SYSTEM 3，出現(xiàn)故障報警F31“SPINDLE COOLANT CIRCUIT”，指示主軸冷卻系統(tǒng)有問題，而檢查冷卻系統(tǒng)并無問題，查閱PLC梯圖，這個故障是由流量檢測開關(guān)B9.6檢測出來的，檢查這個開關(guān)，發(fā)現(xiàn)開關(guān)已損壞，更換新的開關(guān)，故障消失。

       例二、一臺采用西門子SINUMERIK 810的數(shù)控淬火機床，一次出現(xiàn)6014“FAULT LEVEL HARDENING LIQUID”機床不能工作。報警信息指示，淬火液面不夠，檢查液面已遠遠超出zui低水平，檢測液位開關(guān)，發(fā)現(xiàn)是液位開關(guān)出現(xiàn)問題，更換新的開關(guān)，故障消除。
有些故障雖有報警信息，但并不能反映故障的根本原因。這時要根據(jù)報警信息、故障現(xiàn)象來分析。

       例三、一臺數(shù)控磨床，E軸在回參考點時，E軸旋轉(zhuǎn)但沒有找到參考點，而一直運動，直到壓到極限開關(guān)，NC系統(tǒng)顯示報警“E AXIS AT MAX.TRAVEL”。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，可能是零點開關(guān)有問題，經(jīng)確認為無觸點零點開關(guān)損壞，更換新的開關(guān)，故障消除。

       例四、一臺的數(shù)控銑床，在零件批量加工過程中發(fā)生故障，每次都發(fā)生在零件已加工完畢，Z軸后移還沒到位，這時出現(xiàn)故障，加工程序中斷，主軸停轉(zhuǎn)，并顯示F97號報警“SPINDLE SPEED NOT OK STATION 2”，指示主軸有問題，檢查主軸系統(tǒng)并無問題，其它問題也可導致主軸停轉(zhuǎn)，于是我們用機外編程器監(jiān)視PLC梯圖的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)刀具液壓卡緊壓力檢測開關(guān)F21．1，在出現(xiàn)故障時，瞬間斷開，它的斷開表示銑刀卡緊力不夠，為安全起見，PLC使主軸停轉(zhuǎn)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)液壓壓力不穩(wěn)，調(diào)整液壓系統(tǒng)，使之穩(wěn)定，故障被排除。
還有些故障不產(chǎn)生故障報警，只是動作不能完成，這時就要根據(jù)維修經(jīng)驗，機床的工作原理，PLC的運行狀態(tài)來判斷故障。

       例五、一臺數(shù)控機床一次出現(xiàn)故障，負載門關(guān)不上，自動加工不能進行，而且*顯示。這個負載門是由氣缸來完成開關(guān)的，關(guān)閉負載門是PLC輸出Q2.0控制電磁閥Y2.0來實現(xiàn)的。用NC系統(tǒng)的PC功能檢查PLC Q2.0的狀態(tài)，其狀態(tài)為1，但電磁閥卻沒有得電。原來PLC輸出Q2.0通過中間繼電器控制電磁閥Y2.0，中間繼電器損壞引起這個故障，更換新的繼電器，故障被排除。

       例六、一臺數(shù)控機床，工作臺不旋轉(zhuǎn)，NC系統(tǒng)沒有顯示故障報警。根據(jù)工作臺的動作原理，工作臺旋轉(zhuǎn)*步應將工作臺氣動浮起，利用機外編程器，跟蹤PLC梯圖的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)PLC這個 信號并未發(fā)出，根據(jù)這個線索繼續(xù)查看，zui后發(fā)現(xiàn)反映二、三工位分度頭起始位置檢測開關(guān)I9.7、I10.6動作不同步，導致了工作臺不旋轉(zhuǎn)。進一步確認為三工位分度頭產(chǎn)生機械錯位，調(diào)整機械裝置，使其與二工位同步，這樣使故障消除。
       發(fā)現(xiàn)問題是解決問題的*步，而且是zui重要的一步。特別是對數(shù)控機床的外部故障，有時診斷過程比較復雜，一旦發(fā)現(xiàn)問題所在，解決起來比較輕松。對外部故障的診斷，我們總結(jié)出兩點經(jīng)驗，首先應熟練掌握機床的工作原理和動作順序。其次要熟練運用廠方提供的PLC梯圖，利用NC系統(tǒng)的狀態(tài)顯示功能或用機外編程器監(jiān)測PLC的運行狀態(tài)，根據(jù)梯圖的鏈鎖關(guān)系，確定故障點，只要做到以上兩點，一般數(shù)控機床的外部故障，都會被及時排除。