數控機床故障（zhàng）診斷（duàn）方法探討及應用-特種加工機床網-數（shù）控機（jī）床市場網（wǎng）

您現在的位置：特種加工機床網> 加工與維修> 數控機床故障診斷方法探討及應用

數控機床故障（zhàng）診斷方法探討及（jí）應用

2020-7-2 來源：首都航天機械有（yǒu）限公司　作者（zhě）：關進良　喻曉浩　嶽維超

摘要：在了解數控機床（chuáng）組成和工作原理的基礎上，針對數控機床各類複（fù）雜故障，提出了模塊互換法、機電分離法、比較法、排除法以及PMC在線診斷法等五種（zhǒng）典型的故障診斷（duàn）方法，並結合實際維修經驗，分別介紹了診斷方法的應（yīng）用實例，最後（hòu）總結了故（gù）障診斷的一般思路，具有較強的工作指導性和實用性。

數控機床是（shì）集機、電、液、氣為一體的典型機電係統，結構複雜且自動化程度高，在我國製造業（yè）尤（yóu）其是裝備製（zhì）造業的發展中（zhōng），起到了不（bú）可替代（dài）的作用。由於數（shù）控機床本身的複雜性和（hé）多樣性，使得（dé）機床故（gù）障受機械、電氣、控製係統以及檢測裝置等多因素（sù）影響，引起同一種故障的原因也可能是多種多樣的（de），而且故障停機（jī）直接影響著（zhe）設備利用率和業的生產製造能力（lì），因此在（zài）理解工作原理的基礎上，總結（jié）分析故障診斷方法，並（bìng）從根本上尋找快速排（pái）除故障的途徑尤為必要。本文結合工作實踐中的具體案例，對典型故障診斷方法進行深入分析和探討。

1. 數控機床組成（chéng）、工作原理

采用數控技術進行（háng）控製的加工（gōng）設備稱為數控機床，其基本組成如圖1所示，現代數（shù）控機床一般采用計算機或微型計算機作為控製係統，稱之為計算機數（shù）控係統（簡（jiǎn）稱CNC）。數控機床加工工件時，將工件圖樣上的幾何信息、工（gōng）藝信息數字化，用NC代碼編寫加（jiā）工程序並（bìng）存儲到程序載體內，然後借助輸入裝置將程序輸入到CNC單元，並由CNC單元對程序（xù）進行譯（yì）碼、運算等綜合處理後，向伺服（fú）係統和（hé）其（qí）他輔助控製（zhì）裝置發出指令信號，以（yǐ）驅動各運動部件（jiàn）和輔助動作，從（cóng）而完成工件加工（gōng）任務。數控機床（chuáng）可實（shí）現一次裝夾、多（duō）工序連續加工，同時具有（yǒu）自動化程度（dù）高、加工精度（dù）高以及生產（chǎn）效率高等特點。

2. 數控機床故障診斷方法在實際維修中的應用

（1）模塊互換法。數控機床的（de）某一個模塊（一般指編碼器、光柵尺、伺（sì）服放大器（qì）及其電纜等）出現（xiàn）故障導致機床報警或異常現象，把該模（mó）塊與（yǔ）另外一個同類（盡量（liàng）是同型號）正（zhèng）常的模塊互換，再觀察故障現象並與互換前對比，來幫助維修人員定位故障點。

應用實例。故障現象：某數控龍門銑床在自動加工過程（chéng）中，出現25000號報警：Y軸主動編碼器硬件錯誤，下電重起後故障依舊。

圖1 數控機床組成（chéng）框圖

故障（zhàng）分析和方法應用：一般情況下，引起該報警的原因可能是光柵尺（chǐ）故障、編碼器故障、反饋單元損壞以及中間連接電纜斷裂或破損（sǔn）。若針（zhēn）對以上所有（yǒu）情況拆下逐一檢查，則（zé）需耗費大（dà）量故障診斷時間（jiān）。采用“互換”法，根據大（dà）量的維修記錄得知，導致此（cǐ）報警最有（yǒu）可能的因素（sù）是光柵尺髒汙或讀數頭損壞，現將Y 軸和X 軸光柵尺電纜線互換（電纜經測試正常，相當於把（bǎ）光柵尺互換），開機後X軸出現25000號報警（jǐng），顯然是Y 軸的光柵尺故障。進一步檢測後發現，其（qí）讀數頭上一個“小鋼（gāng）珠”脫落，導（dǎo）致讀數頭在讀取反饋數據時信號不穩定（dìng），更換讀數頭後故障排除。

小結：該方法的核心（xīn）是“互換”，應用比較簡單，前提（tí）是在交換某一模塊時，機床的其（qí）他部件不能同時交換，即保證（zhèng）互換前後對比判斷（duàn）的可靠性。當（dāng）引發某一報警的因（yīn）素較多時，暫時缺少備件，可逐一對“可疑因素”與正常機床上同型號部件互換。如：伺服模塊、檢測模塊、主軸模塊以及各種電（diàn）氣元件均可進行交換。

（2）機電分離法。因數控機床是典型（xíng）的高（gāo）度機電（diàn）一體化設備（bèi），故障原因可能是（shì）電氣、機械甚至機電同時存在問題，很難直接判斷故障點所在，可把機械部分和電氣部分相對分離（脫開），再根據（jù）機（jī）電分離後的現象（xiàng）判斷故障。

應用實例。故（gù）障現象：

V M C850立式加工中心空載時（shí），數控係統負載監控界麵（miàn）顯示主（zhǔ）軸負載達到50%以上（shàng）（過大，存（cún）在很大故障隱（yǐn）患（huàn）），而（ér）正常值是5%左右，影響機床正常運行，不知是（shì）機械故障還是電（diàn）氣故障。故障分析和方法應用：該機床采用FANUC18-M數控係統，主軸和電動機使用同步帶直連，示意圖如圖2所（suǒ）示，現（xiàn）采用“機電分離法”，將連接電動機與主軸的同步帶拆掉，使機械（xiè）部分（主軸（zhóu）本身）與（yǔ）電氣部分（主軸電動機）完全脫開（見圖3），手盤絲杠正常，再單獨測試電動機，發現負載仍然是50%左右，從而判斷是電動機本身（shēn）問題，更換新電動機測試，負載顯（xiǎn）示（shì）是4%，故障排除。後續進一（yī）步檢測電動機，發現根本原因是電動（dòng）機軸承損（sǔn）壞，同時遙（yáo）測定子繞組的絕緣電阻（zǔ）過小。

圖2同步帶直連示意圖

小結：機電分離法“ 化整為零”思想在故障診斷中的（de）應用。機電分離後（hòu），“隱藏”在整體中（zhōng）的故障直接顯（xiǎn）現出來（lái），起到了化繁為簡的作用。此方法（fǎ）可延伸為“分離法”，除（chú）機電分離外，還可將其他需要“分離”的部分單獨脫開來幫助診斷故障，如：全閉環改為半閉環（huán），把光（guāng）柵尺從測量反饋係統（tǒng）中（zhōng）分離。

（3）比較法（fǎ）。若機（jī）床的某一軸出現故障後，可通過測試本機床或同型號機床的同類型軸，加以對比發現問題的（de）不同點，從而找出（chū）故障點並迅速排除故障。

應用（yòng）實例。故障現象：

某數控龍門（mén）銑床在自（zì）動加工過程（chéng）中，出現“A 軸電動（dòng）機溫度過熱”報（bào）警而停機，停機2h後重起（qǐ），報警仍（réng）舊存在。故障分析及方法應（yīng）用：該機床（chuáng）采用西門子840D數控係統，有X 、Y 、Z 三個直線軸和A 、C兩個旋轉軸，一般情況（kuàng）下（xià）造成此報警的原因有3種：A軸3過載或過（guò）流導致（zhì）電動（dòng）機過熱。電動機本身（shēn）故障。溫度傳感（gǎn）器或其信號線損壞。首先，用溫度儀測（cè）試電動機本身溫度為室溫（wēn），正常；然後分別測量A、C軸溫度傳感（gǎn）器的反饋線電阻，分別是60 000多Ω（接近斷路狀態）和650Ω，二者進行比較，A軸和C軸是同類型的（de）旋轉軸，二者阻值一般相差不大，但（dàn）C 軸無報警（jǐng），由此快速判A 軸溫度傳感器反饋（kuì）線可能已經斷路或破損，更換反饋線，故障排除。

小結：比較法可把“定性分析（xī）”轉化為“定量分析”，並（bìng）借助（zhù）現場實測數據來診斷故障。選取比較對象時，要首選“同類對象”，保（bǎo）證具備可比性（xìng）。

（4）排除法。引起某一故障有多項並列的原因，其中一項或幾項均（jun1）可導致相同的報（bào）警或故障現象。首先去掉所有可能的原因項，再依次單獨接入電路，分別觀察對應的現象，逐一排除“可

疑”項來診斷故障。

應用實例。故障現象：

某數控鏜（táng）銑床在執行加工（gōng）程序過程中，突然出現 1 0 4 4 號報警（ M A C H I N E I S N O T READY），按複位鍵無法消（xiāo）除，同時電氣櫃中空開QF91跳閘，機床下電合上空開，重起機床約

5～10s後故障複現。

圖3主軸與電動機脫開示意圖

故障分析及方（fāng）法應用：該機床采用FANUC18i-MB數控係統，具有x、Y、Z、W四個直線軸和B 、C 兩個旋轉（zhuǎn）軸。針對空開跳閘現象查閱機床電氣圖樣（見圖4），空開Q F91（D Z47-60 C6）上端接（jiē）

DC24V電源，下端（duān）經中間繼電器KA103和KA105，分別通過（guò）KA11至（zhì）KA14控製四個直線軸的伺服電動（dòng）機刹車裝置。由於四個刹車線圈電源都來源（yuán）於同一個空開QF91，任何一（yī）路長時間過載或者短路都有可能導致Q F91跳閘。采用排除法，首先將四個直線軸的刹車（虛線方框中）全部退（tuì）出電路，即拔掉11、12、13和14號線（xiàn），再分別恢複刹車電路並單獨測試，結果是（shì）Y、Z、W三個軸（zhóu）的刹（shā）車正常（每路電流均小於1A），X 軸刹車接入電路時約5～10s後跳閘（zhá），電流（liú）約12A，已遠遠超過正常值，排除正常電路，故障定位（wèi）在X 軸刹車。經（jīng）進一步檢測，X 軸刹車線圈已燒毀（電（diàn）阻約為（wéi）2Ω），因過流導致空開跳（tiào）閘，更換刹車裝置（zhì）後故障排除。

小結： 機床的刹車電路直接關乎到設備（bèi）和人身安全，機床維護人員必須重點關注，一旦（dàn）出現（xiàn）故障立即停車（chē），切不可強製運行。除適用（yòng）於上（shàng）述一般電路外（wài），排除（chú）法（fǎ）的適用範圍可進一步延伸，如某些故障與CNC伺服模塊或者PMC的I/O單元有關（guān），每模塊上接有多個插頭（分別控（kòng）製對應的功能），也可利用排除法，首先（xiān）拔掉全部插頭，再依次插上，逐個進行排除，當接上某一插頭後（hòu）故障複現，即可（kě）把故障定（dìng）位於此。

（5）PMC在（zài）線診斷法。在數控機（jī）床加工過程中，C N C和P M C 協調配合共（gòng）同完成對機床（chuáng）的精確控製，其中PMC主要完（wán）成與（yǔ）邏（luó）輯運算有關的功（gōng）能，如刀具更換、主（zhǔ）軸起停、換向變速（sù）、冷（lěng）卻液（yè）開斷、工（gōng）作台交換等輔助動（dòng）作。

PMC梯形圖能實時在線監測這些輔助（zhù）動（dòng）作，一旦某一動作在邏輯上出現（xiàn）問題，從梯形圖中能及時顯（xiǎn）現出來，有助於故障的快（kuài）速定（dìng）位。

應用實例。故（gù）障現象：

V M C 1 6 0 0 立式加工（gōng）中心在刀庫換刀過程（chéng）中，出現 1 0 1 2 # 報警（MAGAZINE ORI. UP/DOWN ALARM）。按複位鍵報警（jǐng）消失，重新（xīn）換刀仍然反複（fù）出現（xiàn）該報警。

圖（tú）4 機床電氣圖

故障分析及方法應用：此機床采用FANUC 0i-MC數控係統，刀庫采用無機械手換刀方式，刀庫的左、右和上、下移動由氣缸驅動，旋轉由調速馬達驅動，自動換（huàn）刀的一般步（bù）驟是：當數控係統接到換刀指令後主軸回到換刀位並準停→刀庫向右移動到主軸處→主（zhǔ）軸上的刀具進入刀盤卡槽→主（zhǔ）軸鬆刀→刀庫下移脫離主（zhǔ）軸→刀庫備（bèi）刀（定位銷抬起，刀盤旋轉至指（zhǐ）令對應的刀位）→刀庫上移使刀（dāo）具（jù）進入主軸錐孔內→刀具夾緊→刀庫退回到原位。根據報警提示，在P M C中查（chá）詢到1 0 1 2 # 報警對應的梯形圖，如圖5 所（suǒ）示，當刀盤（pán）轉（zhuǎn）動之前，其定（dìng）位銷（固定刀盤，保證刀盤的定位精度）向上拔起，上端限位開關（guān）信號X7.6接（jiē）通（X7.6→1），此時（shí）下（xià）端限位開關（guān）還未完全彈起（信號（hào）X7.7有一瞬（shùn）間還處於1的狀態），造成地址（zhǐ）A1.4接通而報警，當按下複位鍵F1.1後，此時因下端限位開關已完全（quán）彈起（qǐ）（X7.7已由（yóu）1→0），報警消失。經上述分析可知，故障原因顯（xiǎn）然是限位開關X7.7損壞失靈（內部鏽蝕，彈起速度過慢（màn）），更換後故（gù）障排除。

圖5PMC梯形圖

小結：加工中心換刀（dāo）過程和P M C 程序比較複雜，邏輯性較強，利用P M C在（zài）線診斷法能直觀（guān）地排查出“邏輯錯（cuò）誤之處”，可快速（sù）從眾（zhòng）多可能原（yuán）因中找出故障點，達（dá）到捋（lǚ）清邏輯關係和追根溯源（yuán）之目的（de）。對於一（yī）些隨機性、瞬間出現的（de）故障，若梯形圖中一些信號的“通斷”（通斷保持的時間極短）肉眼無法分（fèn）辨，可使用PMC的信號跟蹤（zōng）功能（T R A C E），觀測信號的時序和波形，來“捕捉”瞬間信（xìn）號狀態。

3. 結語

在對機床有（yǒu）一（yī）定認知的基礎上（shàng），當數控機（jī）床故障出現（xiàn）時，進行（háng）診斷的一般思路（lù）是（shì）：大腦保持清醒，切（qiē）不可（kě）手（shǒu）忙腳亂，根據報警提（tí）示或者（zhě）故障現（xiàn）象，通過認真詢問機床（chuáng）操作人員和查閱相（xiàng）關的機（jī）床資料，初步了解故障情（qíng）況；大致判斷出該故障（zhàng）可能和哪些因素有關，並根據自（zì）身的知識範圍和工作經驗，運用（yòng）其中一種或綜（zōng）合運用幾種診斷方（fāng）法，做到有“法”可依（yī）並（bìng）盡快定位故障點（diǎn），

排除故（gù）障；針對該故障或者這一類故障進行（háng）總結（包（bāo）括故障類型、診斷（duàn）方式、維（wéi）修細節以及注意事項等），這一點特別重要，對快速提高機床維修人員（尤其是初學者）的技術水平有“事半功倍”的作用，即先認真了解、再（zài）分析解決，最後總結經驗。

投（tóu）稿（gǎo）箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件（jiàn）發表（biǎo），或（huò）進行資訊合作，歡迎聯係本（běn）網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多