上海數(shù)控機(jī)床故障分析與維修經(jīng)驗總結(jié)

數(shù)控機(jī)床的應(yīng)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(jìn)、復(fù)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(jī)床出現(xiàn)故障才能及時排除。

在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來越廣泛。我公司有幾十臺數(shù)控設(shè)備，數(shù)控系統(tǒng)有多種類型，幾年來這些設(shè)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(jī)床的故障進(jìn)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(jī)床停機(jī)。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(jìn)行分析，在有條件的情況下利用交換法準(zhǔn)確定位故障點。

例一、一臺采用德國西門子SINUMERIK SYSTEM3的數(shù)控機(jī)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(rèn)為PLC的主板有問題，與另一臺機(jī)床的主板對換后，進(jìn)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(jī)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(jìn)去，自動加工無法進(jìn)行。經(jīng)確認(rèn)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(jī)，停電時經(jīng)常丟失機(jī)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(fù)正常，再也沒有出現(xiàn)類似故障。

2.軟故障

數(shù)控機(jī)床有些故障是由于NC系統(tǒng)機(jī)床參數(shù)引起的，有時因設(shè)置不當(dāng)，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(qiáng)行啟動的方法恢復(fù)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(jī)都發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象，任何正常操作都不起作用。后采取強(qiáng)制復(fù)位的方法，將系統(tǒng)內(nèi)存全部清除后，系統(tǒng)恢復(fù)正常，重新輸入機(jī)床參數(shù)后，機(jī)床正常使用。這個故障就是由于機(jī)床參數(shù)混亂造成的。

例二、一臺專用數(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(shè)定的極限值，檢查程序數(shù)值并無變化，經(jīng)仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)故障時，CRT上顯示的Y軸坐標(biāo)確定達(dá)到軟件極限，仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)是補(bǔ)償值輸入變大引起的，適當(dāng)調(diào)整軟件限位設(shè)置后，故障被排除。這個故障就是軟件限位設(shè)置不當(dāng)造成的。

例三、一臺采用西門子SINUMERIK 810的數(shù)控機(jī)床，一次出現(xiàn)問題，每次開機(jī)系統(tǒng)都進(jìn)入AUTOMATIC狀態(tài)，不能進(jìn)行任何操作，系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)狀態(tài)。經(jīng)強(qiáng)制啟動后，系統(tǒng)恢復(fù)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(jī)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(jìn)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(jī)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(dǎo)致 NC系統(tǒng)采取保護(hù)措施，自動斷電。經(jīng)確認(rèn)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(jī)床，出現(xiàn)這樣的故障，當(dāng)系統(tǒng)加上電源后，系統(tǒng)開始自檢，當(dāng)自檢完畢進(jìn)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(zhǔn)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(hù)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(jī)床的進(jìn)給部分進(jìn)行數(shù)字控制，而進(jìn)給是由伺服單元控制伺服電機(jī)，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(jī)床上起的作用相當(dāng)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(jī)、測速電機(jī)、編碼器等出現(xiàn)問題引起的。下面介紹幾例：

例一、伺服電機(jī)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(jìn)行分析，刀塔轉(zhuǎn)動是由伺服電機(jī)驅(qū)動的，電機(jī)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(jī)械部分，更換伺服單元都沒有解決問題。更換伺服電機(jī)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(dāng)數(shù)值變到14時，突然跳變到471，為此我們認(rèn)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(biāo)值遠(yuǎn)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(xì)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(fù)運動，導(dǎo)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(jī)床恢復(fù)工作。

三、外部故障

由于現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)可變性越來越高，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(shè)備都是機(jī)電一體化的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，保護(hù)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(dāng)引起的。這類故障在設(shè)備使用初期發(fā)生的頻率較高，這時操作人員和維護(hù)人員對設(shè)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(jī)床工作原理和加工過程進(jìn)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(jī)認(rèn)為換刀過程沒有結(jié)束，不能進(jìn)行其它操作，按正確程序重新?lián)Q刀后，機(jī)床恢復(fù)正常。

例三、有幾臺數(shù)控機(jī)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(jī)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(xùn)，按急停按鈕后，將操作方式變?yōu)槭謩樱砷_急停按鈕，把機(jī)床恢復(fù)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(jī)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(jī)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(jī)床，一次出現(xiàn)6014“FAULT LEVEL HARDENING LIQUID"機(jī)床不能工作。報警信息指示，淬火液面不夠，檢查液面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最di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“EAXIS 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(rèn)為無觸點零點開關(guān)損壞，更換新的開關(guān)，故障消除。

例四、一臺專用的數(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“SPINDLESPEED 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(dǎo)致主軸停轉(zhuǎn)，于是我們用機(jī)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(jī)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(jī)床一次出現(xiàn)故障，負(fù)載門關(guān)不上，自動加工不能進(jìn)行，而且*顯示。這個負(fù)載門是由氣缸來完成開關(guān)的，關(guān)閉負(fù)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(jī)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)第一步應(yīng)將工作臺氣動浮起，利用機(jī)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，最后發(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(dǎo)致了工作臺不旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步確認(rèn)為三工位分度頭產(chǎn)生機(jī)械錯位，調(diào)整機(jī)械裝置，使其與二工位同步，這樣使故障消除。

發(fā)現(xiàn)問題是解決問題的第一步，而且是最重要的一步。特別是對數(shù)控機(jī)床的外部故障，有時診斷過程比較復(fù)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(yīng)熟練掌握機(jī)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(jī)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(jī)床的外部故障，都會被及時排除。