數（shù）控加工設備故障維修研究
2018-6-11 來源：豫西集團河南江河（hé）機械有限責任公司 作者：盧祥勝 王金海 趙慶輝
摘要：本文對數控加工設（shè）備工作原（yuán）理進行闡述，主要介紹了數控加工設備在生產過程中出現的故障，對所出現這些故障的原因進行了詳細的分析，有（yǒu）針對性地研究出了行之有效（xiào）的故障檢查及排除方法。
數控加工設備是集技術密（mì）集型和知識密集（jí）型為（wéi）一身的機電一體化產（chǎn）品（pǐn），其技術先進、智能化程度較（jiào）高，控製係統以集成電路為主，結構較複雜，因此（cǐ）數控加工設備在長期運行過程中所產生的故障較複雜（zá），維修難度大。數控加工設備（bèi）的故障診斷與維修（xiū）是其使用過程中重要的組成部分，也是製約其功能充分（fèn）發揮作用的因素之一。數控（kòng）加工設（shè）備的故障類型一般分為有顯（xiǎn）示內容和無顯示內容兩大類，本（běn）文就數控設備實（shí）際運行過程中出（chū）現的故障及維（wéi）修進行（háng）介紹。
1、數控加工設備（bèi）工作（zuò）原理
數（shù）控加工設備主要由輸入（rù）/輸出裝置、數控裝置、伺服驅動裝置、機床電氣邏輯控（kòng）製裝置和位置檢測裝置幾部分（fèn）組成。工作原理為：在加工時，將需加工工件的尺寸和工藝數據（jù）按照係（xì）統規定的代碼和格式編成數控加工程序，通過（guò）輸（shū）入（rù）/輸出裝置傳送給（gěi）數控（kòng）裝置，由其對（duì）程序進行（háng）數據（jù）處理（lǐ）後，形成各種加工信息和加工指令，輸出給機床電氣（qì）邏輯控（kòng）製裝置與伺（sì）服驅動（dòng）裝置，從而控製機床各傳動裝置，完成對工件的（de）切削與（yǔ）加（jiā）工（gōng）過程。在此過（guò）程（chéng）中伺服驅動裝置除了接（jiē）受數控裝（zhuāng）置的指令外，還（hái）與機床電氣邏輯（jí）控製裝置之間進行信息與信（xìn）號交互，從而使工件的切削與加（jiā）工（gōng）精（jīng）度更高。數控加工過程中由位置檢測裝置對各（gè）運動部件（jiàn）進行數據檢測與監（jiān）控，並實（shí）時將數據和監控（kòng）結果反饋給數（shù）控裝置，以便於數控裝置進（jìn）行數據的運算與精準（zhǔn）控製，從而（ér）形成一種有效的數控設備半閉環控製。在（zài）數（shù）控加工設備運行過程中出現許多故障，不同類型的數控係統所（suǒ）對應的故障類型也不一樣，但總結起來主要分為係統有故障顯示和係統無故（gù）障顯（xiǎn）示兩類，下麵對這兩類故障進行簡要介紹。
2、係統有顯示類故障
（1）伺服（fú）驅動器（qì）故障。故障現象：一台數（shù）控車床（型號為：CKA6136），采用FANUC OTC係統（tǒng），數控係統在開機時就顯示報警號分別為401：“SERVO X AXIS VRDY OFF”；403：“X AXIS CNV LOWVOLT DC LINK”，加工程序不能運行，設備各部位均不能運行。
故（gù）障分析與檢查：查FANUC維修說明書得知401號報警的解釋（shì）為：數控係統沒有得（dé）到伺服控製（zhì）準備完畢信號；403號報警的解釋為：伺服驅動器連接的直流電壓降（jiàng）低，根據機床控製係統電氣原理圖進行檢查後，發現（xiàn）控製伺服驅動器電源的接觸器KM1未吸合，KM1由伺服係統的電源模塊控製，檢查電源模塊端的交流220V輸入與（yǔ）直流24V輸出均正常，往下檢查電源模塊供給伺服驅動器的直流24V是否正常，經測量給伺服驅動器供電的插頭發（fā）現無直流24V輸出，進一步檢查發現圖3中CXA19B插頭內電源線斷一根，導致伺服驅動（dòng）器無直流24V輸入，使得圖1中模塊CXA29內部常開點無法閉合，致使圖1中接觸器K M1線圈在伺（sì）服起動指令發出後無法得電，使伺服驅動器驅動電源缺失，從而引起此故障現象。其原理如圖1、圖2所示。
圖1 伺服上電原理圖
圖2 伺服驅動器原理圖
故障處理（lǐ）：將檢查出伺服驅動（dòng）器CXA19B插頭內斷掉的電源線重新焊接後試運行（háng），係統報警解除，設備運行正常。
（2）編碼器故障。故障（zhàng）現象：一台（tái）型號為R560的鑽銑數控加工中心，采用MITSUBISHI，60S係統（三菱係統）該機（jī）床在正常工作過程中，係統突然停止工作，顯示器出現：Z70 0001Y；S01 PR 0018 Y報（bào）警。
故（gù）障分（fèn）析（xī）與檢查：通過查科維修說明書（shū）得知，Z70 0001 Y報警，表示Y軸伺服電動機絕對位置編碼器無效，S01 PR 0018 Y報警（jǐng），表示Y軸（zhóu）伺服電動機絕對（duì）位置的通信信號不能（néng）執行，通過此兩（liǎng）種報警（jǐng）信息，可基本確定是Y軸伺服電動（dòng）機絕對位置編（biān）碼器原點位置發生異常所致。根據（jù）原理分析可知，引起（qǐ）原點位置（zhì）異常的可能原（yuán）因有：伺服電（diàn）動機編碼（mǎ）器的插頭脫落、伺服驅動器（qì）發生損壞（huài）、數（shù）控裝置（CNC）出現故障、伺服驅動器電池組（zǔ）無（wú）電、BUS LINK連接線路故障及編碼器本身出現故障等。通過對編碼器（qì）插頭、連接線路、數（shù）控裝置及伺服驅動器電池組等進行仔細檢查，未發現異常。采用替換法進行判別故障，即將另一台同型號機床的伺服驅（qū）動器模（mó）塊裝到故障機床上，顯示器出（chū）現同樣的報警信息。經分析認為，引（yǐn）起此台數控機床的故障（zhàng）原因可確定是由編碼器損壞引起的。
故障（zhàng）處理：更換新的編（biān）碼器，並對Y軸伺（sì）服電動機編碼器進行絕對式伺服控製係統原點重新設（shè）定（dìng）後試運行，係統報警解除設備運行正常。
（3） 超行程（chéng）故障（zhàng）。故障現象 ： 一台型號（hào）為C K E6136的數控車床（chuáng），采用FA N U C OT C係統，該設備在開機後返參考點過程中，出現506“X AXIS OVER TRAVEL”（X軸硬限位超程報警），使得機床不能（néng）正（zhèng）常運行。
故障分析與檢查：根據係統（tǒng）工作原理（lǐ），506報警是PMC（可編（biān）程（chéng）序（xù）機床控製器）報警，表示X軸（zhóu）壓上限（xiàn）位開關。觀察故障現象，在機床開機返回參考點時，按+X鍵後，屏幕上顯示X軸的運動數值，當X軸方向的限（xiàn）位塊壓上零點開關後（hòu），X軸減速運動，直到壓上超程限位開關（guān），並出現506報警。根據（jù）數控係（xì）統返（fǎn）回參考（kǎo）點的工作原理，在返回參考點時，當限位塊壓上零點開關後開始減速，在離開零點開關之後，係統（tǒng）再接（jiē）到編碼器的零點脈衝，以確定參考點。X軸能減速，說明零點（diǎn）開關的常閉觸點能斷開，傳（chuán）輸信號線也沒問題。那麽可能的原因是X軸編碼器（qì）有問題（tí），更換編碼器故障依舊（jiù），檢查可編程機（jī）床控製器梯形圖的零點開關信（xìn）號X9.0狀態，發現壓上零點開關後，其狀態由“1”變成（chéng）“0”，但（dàn）離開之後（hòu）沒有馬上變（biàn）回“1”，而是（shì）在壓（yā）上硬限位並出現506報（bào）警之後（hòu）才變成“1”，說明（míng）零（líng）點開關有問題，將限位（wèi）開（kāi）關（guān）拆開檢（jiǎn）查發現切削液（yè）進入開關內部，造成觸點氧化（huà），觸點不能及時閉合接通，進而使零（líng）點開關由斷開到閉（bì）合的信號不能及時傳送給係統（tǒng），係統檢測不到零點開關信號，導致限（xiàn）位塊碰（pèng）上超程限位而產生此報警。
故障處理：將限位開關拆開，把零點開關接（jiē）觸片上的氧化皮清除後試運行，係統報警解（jiě）除設備運行正常（cháng）。
3 、係統無顯示類故障
（1）主軸不能正常運行（háng）故障。故障現象：一台立式加（jiā）工中心（型號為XH716）係統為廣泰數控係統，設備在開機後發生主軸電動機轉速（sù）不按（àn）照加工程序所編製（zhì）的主軸轉（zhuǎn）速指（zhǐ）令“S”的轉速值而變化的故障，S指令的數值不管每分鍾設為幾千轉，主軸的實際轉速大（dà）約隻有（yǒu）400 r/min左右，數控係統顯示的轉速值與指令設（shè）定的轉速相同（主軸的正常轉（zhuǎn）速變化範圍是0～6 000r/min）。
故障檢查與分（fèn）析：對出現（xiàn）的故障進行（háng）分析後認為，引起該故障（zhàng）的（de）原因可能是（shì）由（yóu）於主軸（zhóu）電動機傳動部分問題、機械傳（chuán）動部分問題及變（biàn）頻係統問題等造成的。根據（jù）以上分析（xī）進行故（gù）障（zhàng）檢查，首先對主軸電動機與機床（chuáng）主軸聯接的同（tóng）步帶傳動部分進行（háng）檢查，沒（méi）有發現問題；再對機械傳動部分的（de）滾珠（zhū）絲杠進行檢查，未發現異常；那麽，變頻（pín）係統出現問題的可能性較大。主軸電動機的旋轉是由主（zhǔ）軸（zhóu）變頻器進行驅動控製，變頻器的輸出頻率由數控係統根據（jù）操作輸入的主軸轉速S指令數（shù）值經過（guò）插補後，通過控製信號輸入（rù）/輸出板（I/O板）輸出0～+10V模擬（nǐ）電壓來進（jìn）行控製。根據電氣原理圖查找變頻器的轉速指令電壓，檢測（cè）其電壓值（zhí）發現始終（zhōng）隻（zhī）有0.8V左右，該電壓不隨主軸電動機轉（zhuǎn）速指令S值設定的數值變化而變化，檢測I/O板模（mó）擬（nǐ）電壓輸出值正常，經（jīng）仔細檢（jiǎn）查發現I/O板接線（xiàn）端子的壓接線嚴重氧化，致使該端子的壓降增大，使得變頻器的實際轉速指令電壓不隨主軸電動機轉速指令設定值（zhí）而變化，引起主軸電動機轉速始終隻按照一定的轉速運轉（zhuǎn）的故障（zhàng）。其原理如圖3所示。
圖3 主（zhǔ）軸驅動原（yuán）理圖
故障處理（lǐ）：將氧化的接線端子和壓接線去除氧化皮，重新接上（shàng）後試運行，設備運行正常。
（2）自動加工（gōng）程序不能執行故障。故障現象：一台數控車（chē）床（chuáng）（型號為CAK6136），采用FANUC OT D係（xì）統，在正常工作過程中，發生自動（dòng）加工（gōng）程（chéng）序不能（néng）執行故障，顯示器無報警（jǐng）信息。
故障分析與檢查：觀察程序運（yùn）行過程（chéng），發（fā）現係（xì）統在執行程序段G01 X10 F1時不能往下執（zhí）行，將係統關機，開機（jī）再試。加工程序從開始到G01直線（xiàn）插補（bǔ）時，不能再往下執行（háng），用MDI功（gōng）能測試（shì），G00快速移動沒有問題，但G01、G02和G03功能（néng）指令都不能正常運行，因這（zhè）幾個指令（lìng）都必須指（zhǐ）定進給速率F的具體數值後才能夠正常運行，因此判（pàn）斷此故障應與F的數（shù）值為零有關。經分析認為F值為零的原因可能有（yǒu）：程序中的（de）F值設定為0、進給速率的倍率（lǜ）開關設定為0或者倍率開關損壞，以及數控係統出現（xiàn）故障等。檢查F的設定（dìng）值、倍率開關設定（dìng）值及倍率開關未發現異常。將機床設定到空運行狀態，程序能夠正常運行，但（dàn）速度很慢，說（shuō）明機床數控係統（tǒng）沒有問題。進（jìn）一步（bù）研究機床的工作（zuò）原（yuán）理發現，機床X軸（zhóu）、Y軸的進給速度與主軸速度有關，檢查到主軸在進給之前確實已經運轉，但檢查（chá）數控裝置顯示器上的主軸速度顯示值（zhí），發現在主軸旋轉時S的監測值為零，沒有顯示出主軸的實際轉速值，為此判定（dìng）數控係統沒有監（jiān）測到主軸（zhóu）速度反饋信號，可能是主軸編碼器（qì）出現故（gù）障（zhàng）。將與主軸同軸聯接的編碼器拆下，用手轉動編碼器軸的（de）同時，觀察顯示器上S值的變化情況，發現（xiàn）顯示器上的S監測值仍是零，為此確定是主軸編碼器損壞（huài）。
故障處理：將（jiāng）損壞的主軸編碼器進行更換後試運行，設備運行正常。
4 、結語
要使數控機床保持較高的效率，僅靠（kào）將產品加工程序編到最優也不是唯一途徑，切（qiē）實降低數控加工設備的故障率（lǜ）、有效縮短維修時（shí）間也是提高生產效率的有效（xiào）途徑。維修者隻有在具備數控加工設備維修知識和豐（fēng）富實踐經驗（yàn）後，才能行之有效地將（jiāng）數控（kòng）加工設備的故障（zhàng）排除，使其效能發揮到最大化。數控加工設備在出現故障時不（bú）能急於動手，要做好設備維修的望、聞、問、切，即先向操作者問詢（xún）出現故（gù）障後數控加工設備的運行現（xiàn）象，然後（hòu）針對故障現象按照數控加工設備的原理進行檢查與分析，最後再動手正確排除故障。本文（wén）按類別（bié）詳細介紹了幾例數控加工設備在日常生產過程中出現的故障現象，對排除這些故障的方法（fǎ）進行了闡述，為讀者和數控加工設備維修人員提供了故障排除的思路。
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