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基於直觀法與自（zì）診（zhěn）斷功能法的數控機床（chuáng）故障（zhàng）診斷與維修

2018-3-15 來源：蘇州工業職業技術學院機電設備維護中心作者：王勇徐旭陽袁素會

摘要：根據日常維修數控機床的實踐經驗，通過 5 個故障實例，介紹兩（liǎng）種常見的數控機床診斷方法（直觀法診斷（duàn）與自（zì）診斷功（gōng）能（néng）法診斷）的運用。

關鍵詞（cí）：直觀法；自診斷功（gōng）能法；故（gù）障診斷（duàn）

數控機床是機（jī）、電、液、氣、計（jì）算機控製的一體（tǐ）化產物。數控機床可能會（huì）因為機械部件的疲勞過度、電氣元器件的老化、人為操作不當或保養不到位發生不同類型、不同程度故障。

為方便（biàn）維（wéi）修人（rén）員分析數控機床故障產生的原因，及時排除故障（zhàng），通過 5 個故障實例介紹（shào）兩（liǎng）種常見的數控機床診斷（duàn）方法（直觀法診斷與自診斷功能法診斷），係（xì）統（tǒng）地描述兩種（zhǒng）方法（fǎ）的實效性，以供（gòng）維修人員參考。

1 、直觀法診斷數控機床（chuáng）故障（zhàng）

這是一（yī）種（zhǒng）最基本、最簡單的（de）方法，根據故障現象大概判斷出（chū）是數控機床哪一功能部位出現問題，然後對這一部分進行看、聽、聞、摸等直觀法檢查動作：能不能看到機械（xiè）卡死或（huò）斷（duàn）裂（軸卡死不轉、齒輪斷齒）、電氣元件燒毀（電容鼓起來、交流接觸器觸點燒黑等）現象；聽到異響（軸承或絲杆（gǎn）轉起（qǐ）來“咯咯”的聲音、交流接觸器“吱吱”的聲音、電機（jī）“嗡（wēng）嗡”的聲音）；聞到焦糊味（交流接觸（chù）器、變壓器、電機的漆包線圈燒掉）；摸機械導軌（guǐ）或絲杆（gǎn）有沒有劃痕、軸承內（nèi）外圈是否有砂坑、電機是否（fǒu）發燙、係統（tǒng）散熱風扇是否轉動正常等。

例 1：配 GSK980TA 數控係統的濟南一機J1CK6125i 數控車床。故障現象：在運行中有時出現（xiàn） ALM 421 X 軸（zhóu）運動控製（zhì）報（bào）警（X 軸誤差過大報警），如圖 1（a）所示

，指示實際位置與指令不一致。前一天由於編錯程序，Z 軸正向（xiàng）移動過多卡死，工人用（yòng）開口扳手旋動 Z 軸絲杆一頭，將 Z 軸搖到安全區間內，然後開機能正常加工（gōng），但是有時 X

軸運動時會出現 ALM 421 X 軸運動控製報警，指示實際位置與指令不一致（zhì）。

該故障在編錯程序導致 Z 軸正向移動過多卡死後經（jīng）常出現，而 Z 軸沒有問題（tí），懷疑當時碰到了X 軸電機。將機床後蓋拆下來，發現 X 軸伺服電（diàn）機側的（de）動力線航空插（chā）座與（yǔ）檢測編碼器航（háng）空插座被撞斷，如圖 1（b）所示，編碼（mǎ）器（qì）信號線裸露在外麵，甚至有的（de）線虛接，導致接觸（chù）不良，因此 X 軸有時能正常移動，有時出現 ALM 421 X 軸運（yùn）動（dòng）控製報警

（因為此時編碼器線沒有接上，係統（tǒng）沒有得到正（zhèng）確的編（biān）碼器反饋位置量，與係統發的指令相（xiàng）比（bǐ）較相差甚遠，出現運動控（kòng）製報警）。

故障（zhàng）原因：機床尾部板金有（yǒu）一個台階（jiē）， Z 軸運動超（chāo）過了極限位（wèi）置，導致 X 軸伺（sì）服電機（jī）的動（dòng）力線航空插座（zuò）與檢測編碼器航空插座被（bèi）撞壞。重新在市場上購買了兩個新的航空插頭，並將編碼器線焊上去，故障排除。

圖 1 421 X 軸運（yùn）動控（kòng）製報警與撞斷的航（háng）空插頭

例 2：配 FANUC OI-TC 係統的長城數控（kòng）機床有限公司 CK7150A 斜床身數（shù）控車床。故障現象：機床開機後，要執行 X 軸與 Z 軸回參（cān）考點操作，Z 軸回零正常，而 X 軸回零時，工（gōng）作台一直往正方向上衝（正常情況下應該是碰到回（huí）零行程開關後減速運行），最後出現 506+X 超程（chéng）報警。

Z 軸可以回參考點，說明直流 24V 正常，排除直流穩（wěn）壓電源故障；X 軸回零（líng）時沒有減速，直接往 X 軸正方向（xiàng）衝去，最後壓到 X 軸正（zhèng）限位開關，出現 506+X超程報警

，說明 X 軸（zhóu）回零減速開關或開關上連到係統CNC 的輸（shū）入線（xiàn）有問題。檢查機床上 X 軸參考點的回（huí）零減速開關，發現行程開（kāi）關內部顏色發黃（如圖 2 所示），打開蓋子，裏麵的開關觸點全部都（dōu）鏽蝕（shí）了，因（yīn）此始終處於斷開狀態（tài），導致回零減（jiǎn）速功（gōng）能無效。

更（gèng）換新的回零減速開關，故障排除；再對新的行程開關進行防水處理，在開關（guān）四周塗（tú）上密封膠，防止切削液進入行程（chéng）開關內。

圖（tú）2 因進水而失靈（líng）的行程開關（guān）

例 3：配北京凱恩（ēn）帝 K100Ti 係統的濟南白馬永誠（chéng）數控車床 YC6136I 。故障現象：工人執行換刀（dāo）程序進行換刀時，刀架轉到（dào）一半時（斜著 45°），突然停下來（lái）了，CNC 液晶屏幕上出現“報警（jǐng） 13：開關異常（cháng）跳動”。

數（shù）控（kòng）刀架電（diàn）氣控（kòng）製原理如圖 3 所示。根據出現（xiàn）的（de）“報警 13：開關異常跳（tiào）動 ”，可知電氣箱後麵保護刀架電機過載的（de）熱繼電器 QM3 跳閘。

一般（bān）熱繼電器跳（tiào）閘的原因是電機絕緣性變差或電機缺相。用兆歐表測刀（dāo）架電機 M3 的絕緣性阻值，大（dà）於 50MΩ，說明（míng）電機絕（jué）緣良好；用萬（wàn）用表測電氣箱到刀架電機的連線是通的，說明刀架電機及控製線路均正常（cháng）；將熱繼電器 QM3的跳閘開關按下（處於 ON 位置），讓工人在手動狀（zhuàng）態下按一下換刀，觀察電氣箱後麵的電氣元件（jiàn），此時在交流接觸器

KM3（刀（dāo）架正轉接（jiē）觸器）右邊閃了一下火（huǒ）光， “嘭”的一聲，並有一股焦（jiāo）糊味（wèi）散發出來，熱繼電器（qì）QM3 又跳閘了，順著閃光（guāng）和（hé）焦糊味的方位檢查，發（fā）現三相電（diàn）子滅弧器 FV3

燒掉。

三相電子滅弧器內部是阻容吸收回路，作用是吸收交流接觸（chù）器吸合（hé）後產生的電弧。滅弧器 FV3 的三根線（xiàn）與刀架電機 M3 的三根相線並聯在一起（qǐ），其內部的電容被擊穿，KM3

一吸（xī）合（hé），就（jiù）會導致（zhì） U3、V3、W3 任意兩相之間短路，所以會閃火光。由於生產需要，先臨時將三相電子滅弧器 FV3 拆下，此時可以換刀，然後購買同型號的滅弧器裝上去，故（gù）障（zhàng）解除。

圖 3 數控刀架電氣控製原理

2 、自診斷功能法診斷數控機床故障

2.1 啟動診斷

數（shù）控係統在（zài）啟動時會對 CPU、軸控製卡（伺服控製單（dān）元）、I/O LINK 單元、PMC 單元、LCD 顯示單元（yuán）等軟硬件進行檢測，檢測後的結果實時顯示在液晶屏上，供維修人員和操作人員參考。例如，當係統（tǒng）檢測到伺（sì）服控製單元異常時，會在屏幕（mù）上出現 “SERVOSYSTEM ALAM”報警信息，維修人員就可以知道是（shì）伺服控製（zhì）單元出現（xiàn）了問題。隻有當全部軟（ruǎn）硬件係統檢測通過以後，CNC 才能正常運行。

例 4：配日本安川 R2J50L 數（shù）控係統的 CK6136I數控車床。故障現象：開機後 LCD 自（zì）檢顯示：

CNC 屏幕一直就死在這裏，不再往下運行。無法動係（xì）統，自檢時出（chū）現 “SYSTEM SUM-CHECK FANULT SERVO UNREADY”，說明伺服有（yǒu）故障，沒（méi）有準備好，懷疑是（shì）伺（sì）服控製（zhì）板硬件（jiàn）故障或 CNC係統內部伺服控製（zhì）參數（軟件故障）有（yǒu）問題。

將有故障的數控車上（shàng）的伺服控製板拆下來換到另（lìng）外一台好的數控（kòng）車上（所（suǒ）有的配置全部一樣），開機後係統自檢全部通過，X 與 Z 軸（zhóu）運（yùn）動正常，說明伺服控製板是好的，因此判斷伺服控製（zhì）參數有問題。

先將（jiāng）係統參數全清，再根據（jù）參（cān）數表輸入原（yuán）始參數。具體操作：將後（hòu）麵主板上的撥（bō）碼（mǎ）開（kāi）關撥到數（shù）碼 7，然後啟動數控係統，此時屏幕上出現幾行提示，有全清的，有隻清程序的，連續按下 RES、NEXT、ORG 對係統全（quán）清（qīng），出現 PROG 20MGENERATED；再關機將撥碼盤撥到 4 處，然後開機，顯示SYSTEM NO.SWITCH［4］（係統（tǒng）提示在撥碼開關 4處），然後進入參（cān）數設置頁麵將原始參數輸入，開機（jī）係（xì）統自檢全部通過，故（gù）障解除。

2.2 在線診斷

在線診斷是通過 CNC 係統中已存的報警（jǐng）代碼實時對係（xì）統監控，一旦係統出現問題，例如伺服電機過熱、伺服電機編碼器斷線、機床零（líng）點丟失（shī）等，就（jiù）會出現相應的故障（zhàng）代碼（mǎ）。還有一種是機床廠家的在線診斷，通過機床廠家開發的 PMC 梯形圖程序實時監控（kòng）外（wài）部信號點的變化，一旦外部（bù）保護元件動作，保護信號的變化就會（huì）被 I/O 裝置采集到，然後送到 PMC 梯形（xíng）圖進行處理，並顯示相應的（de）報警信息，如 1004 潤滑油位過低報警（潤滑（huá）油箱需要加油）、1008 刀架（jià）換刀超時報警（刀（dāo）架部分出現問題）。

數控機床診（zhěn）斷（duàn）功能提示的故障信息越豐富，越能給故障診斷帶來方便（biàn）。PMC 狀態表還能顯示外部開關信號（hào）的狀態，如（rú）換刀時刀位信號是否 0（低電平）、1（高（gāo）電平）變化，主（zhǔ）軸夾鬆刀到位信號是否正常，氣動或液壓壓力檢（jiǎn）測開關是否正常等。根（gēn）據在線診斷信息，維修人員能很快（kuài）判（pàn）斷出（chū）機（jī）床的故障部位（wèi）。

例 5：配 FANUC 0I-TC 數控係統的沈陽第一機床廠 HTC125290a 數控車床。故障現象：沈陽一機大（dà）數控車 HTC125290a(FANUC 0I-TC)一直出（chū）現 9009 主軸電路過熱報警（主要主軸伺服驅（qū）動器散熱（rè）器異常升溫顯示 09 報警）和9056 SPN1 內部冷卻扇停轉報警（主要主軸伺服驅動器上顯示 56 報警，如（rú）圖 4 所示）。

圖4 主軸內部冷卻扇（shàn）停轉報警

前一段時間（jiān）較涼（liáng）爽，沒有出現過類（lèi）似報警，天氣炎熱時車間的（de）溫度很高，9009 與 9056 係統報警（jǐng）出（chū）現比較頻繁，嚴重影響生產。9009 解釋：主軸放大器模塊主電路散熱器溫度異常升高。

故障排除對策：

（1）在負載小於或等於放大器額定功率時發（fā）生報警，應確認散熱裝置的冷卻（què）狀態。冷卻風扇停止（zhǐ）時應確認電源(連接器 CX1A/B)，無法修複時應更換SPM ；如果環境（jìng）溫度超過規格書的規定，應進行改善。

（2）在負載大於或等於放大（dà）器額定值工作時報警,應改善使用方法。

（3）如（rú）果放大器背麵的散熱裝置部分（fèn）灰塵較多，應采用吹（chuī）風方式進行清潔；還需對結構進行研（yán）究，使散熱裝置部分不會直接接觸切削油。

9056 解釋：控製電路部分（fèn）的冷卻風扇停止。故障排除對（duì）策：

（1）正確（què）安裝控（kòng）製印刷板(控製板與功率板的連接器（qì）脫（tuō）離時，有可能發出本報警)。

（2）更換 SPM 或 SPM 內部的冷卻風扇。將手放在 SPN1（主軸驅動器）上方，感覺沒有風出來，檢查主軸驅動器，其內部冷卻扇停（tíng）轉，將風扇取下來，發現塑料扇葉與外（wài）殼粘在一起，髒的油泥太多，導致風葉轉不起來，因此主軸驅動器無（wú）法得到良好的（de）散熱，內部溫度檢測裝置動（dòng）作。用 WD40 清洗劑對風（fēng）扇進行清洗，故障排除（chú）。

3 、結語

直觀法診斷（duàn）和自診斷功能法診斷各有特（tè）點，應根據（jù）不同的故障現象（xiàng）靈活應用，對故障進行分析，以（yǐ）逐漸縮小範（fàn）圍，盡快發現故障，排除（chú）故障（zhàng）。

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