數(shù)控加工設(shè)備故障維修研究
2018-6-11 來源：豫西集團(tuán)河南江河機(jī)械有限責(zé)任公司 作者：盧祥勝 王金海 趙慶輝
摘要：本文對數(shù)控加工設(shè)備工作原理進(jìn)行闡述，主要介紹了數(shù)控加工設(shè)備在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障，對所出現(xiàn)這些故障的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，有針對性地研究出了行之有效的故障檢查及排除方法。
數(shù)控加工設(shè)備是集技術(shù)密集型和知識密集型為一身的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)先進(jìn)、智能化程度較高，控制系統(tǒng)以集成電路為主，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此數(shù)控加工設(shè)備在長期運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的故障較復(fù)雜，維修難度大。數(shù)控加工設(shè)備的故障診斷與維修是其使用過程中重要的組成部分，也是制約其功能充分發(fā)揮作用的因素之一。數(shù)控加工設(shè)備的故障類型一般分為有顯示內(nèi)容和無顯示內(nèi)容兩大類，本文就數(shù)控設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障及維修進(jìn)行介紹。
1、數(shù)控加工設(shè)備工作原理
數(shù)控加工設(shè)備主要由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)床電氣邏輯控制裝置和位置檢測裝置幾部分組成。工作原理為：在加工時，將需加工工件的尺寸和工藝數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)規(guī)定的代碼和格式編成數(shù)控加工程序，通過輸入/輸出裝置傳送給數(shù)控裝置，由其對程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，形成各種加工信息和加工指令，輸出給機(jī)床電氣邏輯控制裝置與伺服驅(qū)動裝置，從而控制機(jī)床各傳動裝置，完成對工件的切削與加工過程。在此過程中伺服驅(qū)動裝置除了接受數(shù)控裝置的指令外，還與機(jī)床電氣邏輯控制裝置之間進(jìn)行信息與信號交互，從而使工件的切削與加工精度更高。數(shù)控加工過程中由位置檢測裝置對各運(yùn)動部件進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測與監(jiān)控，并實(shí)時將數(shù)據(jù)和監(jiān)控結(jié)果反饋給數(shù)控裝置，以便于數(shù)控裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算與精準(zhǔn)控制，從而形成一種有效的數(shù)控設(shè)備半閉環(huán)控制。在數(shù)控加工設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)許多故障，不同類型的數(shù)控系統(tǒng)所對應(yīng)的故障類型也不一樣，但總結(jié)起來主要分為系統(tǒng)有故障顯示和系統(tǒng)無故障顯示兩類，下面對這兩類故障進(jìn)行簡要介紹。
2、系統(tǒng)有顯示類故障
（1）伺服驅(qū)動器故障。故障現(xiàn)象：一臺數(shù)控車床（型號為：CKA6136），采用FANUC OTC系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)在開機(jī)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(yùn)行，設(shè)備各部位均不能運(yùn)行。
故障分析與檢查：查FANUC維修說明書得知401號報警的解釋為：數(shù)控系統(tǒng)沒有得到伺服控制準(zhǔn)備完畢信號；403號報警的解釋為：伺服驅(qū)動器連接的直流電壓降低，根據(jù)機(jī)床控制系統(tǒng)電氣原理圖進(jìn)行檢查后，發(fā)現(xiàn)控制伺服驅(qū)動器電源的接觸器KM1未吸合，KM1由伺服系統(tǒng)的電源模塊控制，檢查電源模塊端的交流220V輸入與直流24V輸出均正常，往下檢查電源模塊供給伺服驅(qū)動器的直流24V是否正常，經(jīng)測量給伺服驅(qū)動器供電的插頭發(fā)現(xiàn)無直流24V輸出，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)圖3中CXA19B插頭內(nèi)電源線斷一根，導(dǎo)致伺服驅(qū)動器無直流24V輸入，使得圖1中模塊CXA29內(nèi)部常開點(diǎn)無法閉合，致使圖1中接觸器K M1線圈在伺服起動指令發(fā)出后無法得電，使伺服驅(qū)動器驅(qū)動電源缺失，從而引起此故障現(xiàn)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(qū)動器原理圖
故障處理：將檢查出伺服驅(qū)動器CXA19B插頭內(nèi)斷掉的電源線重新焊接后試運(yùn)行，系統(tǒng)報警解除，設(shè)備運(yùn)行正常。
（2）編碼器故障。故障現(xiàn)象：一臺型號為R560的鉆銑數(shù)控加工中心，采用MITSUBISHI，60S系統(tǒng)（三菱系統(tǒng)）該機(jī)床在正常工作過程中，系統(tǒng)突然停止工作，顯示器出現(xiàn)：Z70 0001Y；S01 PR 0018 Y報警。
故障分析與檢查：通過查科維修說明書得知，Z70 0001 Y報警，表示Y軸伺服電動機(jī)絕對位置編碼器無效，S01 PR 0018 Y報警，表示Y軸伺服電動機(jī)絕對位置的通信信號不能執(zhí)行，通過此兩種報警信息，可基本確定是Y軸伺服電動機(jī)絕對位置編碼器原點(diǎn)位置發(fā)生異常所致。根據(jù)原理分析可知，引起原點(diǎn)位置異常的可能原因有：伺服電動機(jī)編碼器的插頭脫落、伺服驅(qū)動器發(fā)生損壞、數(shù)控裝置（CNC）出現(xiàn)故障、伺服驅(qū)動器電池組無電、BUS LINK連接線路故障及編碼器本身出現(xiàn)故障等。通過對編碼器插頭、連接線路、數(shù)控裝置及伺服驅(qū)動器電池組等進(jìn)行仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。采用替換法進(jìn)行判別故障，即將另一臺同型號機(jī)床的伺服驅(qū)動器模塊裝到故障機(jī)床上，顯示器出現(xiàn)同樣的報警信息。經(jīng)分析認(rèn)為，引起此臺數(shù)控機(jī)床的故障原因可確定是由編碼器損壞引起的。
故障處理：更換新的編碼器，并對Y軸伺服電動機(jī)編碼器進(jìn)行絕對式伺服控制系統(tǒng)原點(diǎn)重新設(shè)定后試運(yùn)行，系統(tǒng)報警解除設(shè)備運(yùn)行正常。
（3） 超行程故障。故障現(xiàn)象 ： 一臺型號為C K E6136的數(shù)控車床，采用FA N U C OT C系統(tǒng)，該設(shè)備在開機(jī)后返參考點(diǎn)過程中，出現(xiàn)506“X AXIS OVER TRAVEL”（X軸硬限位超程報警），使得機(jī)床不能正常運(yùn)行。
故障分析與檢查：根據(jù)系統(tǒng)工作原理，506報警是PMC（可編程序機(jī)床控制器）報警，表示X軸壓上限位開關(guān)。觀察故障現(xiàn)象，在機(jī)床開機(jī)返回參考點(diǎn)時，按+X鍵后，屏幕上顯示X軸的運(yùn)動數(shù)值，當(dāng)X軸方向的限位塊壓上零點(diǎn)開關(guān)后，X軸減速運(yùn)動，直到壓上超程限位開關(guān)，并出現(xiàn)506報警。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)返回參考點(diǎn)的工作原理，在返回參考點(diǎn)時，當(dāng)限位塊壓上零點(diǎn)開關(guān)后開始減速，在離開零點(diǎn)開關(guān)之后，系統(tǒng)再接到編碼器的零點(diǎn)脈沖，以確定參考點(diǎn)。X軸能減速，說明零點(diǎn)開關(guān)的常閉觸點(diǎn)能斷開，傳輸信號線也沒問題。那么可能的原因是X軸編碼器有問題，更換編碼器故障依舊，檢查可編程機(jī)床控制器梯形圖的零點(diǎn)開關(guān)信號X9.0狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)壓上零點(diǎn)開關(guān)后，其狀態(tài)由“1”變成“0”，但離開之后沒有馬上變回“1”，而是在壓上硬限位并出現(xiàn)506報警之后才變成“1”，說明零點(diǎn)開關(guān)有問題，將限位開關(guān)拆開檢查發(fā)現(xiàn)切削液進(jìn)入開關(guān)內(nèi)部，造成觸點(diǎn)氧化，觸點(diǎn)不能及時閉合接通，進(jìn)而使零點(diǎn)開關(guān)由斷開到閉合的信號不能及時傳送給系統(tǒng)，系統(tǒng)檢測不到零點(diǎn)開關(guān)信號，導(dǎo)致限位塊碰上超程限位而產(chǎn)生此報警。
故障處理：將限位開關(guān)拆開，把零點(diǎn)開關(guān)接觸片上的氧化皮清除后試運(yùn)行，系統(tǒng)報警解除設(shè)備運(yùn)行正常。
3 、系統(tǒng)無顯示類故障
（1）主軸不能正常運(yùn)行故障。故障現(xiàn)象：一臺立式加工中心（型號為XH716）系統(tǒng)為廣泰數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)備在開機(jī)后發(fā)生主軸電動機(jī)轉(zhuǎn)速不按照加工程序所編制的主軸轉(zhuǎn)速指令“S”的轉(zhuǎn)速值而變化的故障，S指令的數(shù)值不管每分鐘設(shè)為幾千轉(zhuǎn)，主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速大約只有400 r/min左右，數(shù)控系統(tǒng)顯示的轉(zhuǎn)速值與指令設(shè)定的轉(zhuǎn)速相同（主軸的正常轉(zhuǎn)速變化范圍是0～6 000r/min）。
故障檢查與分析：對出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析后認(rèn)為，引起該故障的原因可能是由于主軸電動機(jī)傳動部分問題、機(jī)械傳動部分問題及變頻系統(tǒng)問題等造成的。根據(jù)以上分析進(jìn)行故障檢查，首先對主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸聯(lián)接的同步帶傳動部分進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題；再對機(jī)械傳動部分的滾珠絲杠進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；那么，變頻系統(tǒng)出現(xiàn)問題的可能性較大。主軸電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)是由主軸變頻器進(jìn)行驅(qū)動控制，變頻器的輸出頻率由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)操作輸入的主軸轉(zhuǎn)速S指令數(shù)值經(jīng)過插補(bǔ)后，通過控制信號輸入/輸出板（I/O板）輸出0～+10V模擬電壓來進(jìn)行控制。根據(jù)電氣原理圖查找變頻器的轉(zhuǎn)速指令電壓，檢測其電壓值發(fā)現(xiàn)始終只有0.8V左右，該電壓不隨主軸電動機(jī)轉(zhuǎn)速指令S值設(shè)定的數(shù)值變化而變化，檢測I/O板模擬電壓輸出值正常，經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)I/O板接線端子的壓接線嚴(yán)重氧化，致使該端子的壓降增大，使得變頻器的實(shí)際轉(zhuǎn)速指令電壓不隨主軸電動機(jī)轉(zhuǎn)速指令設(shè)定值而變化，引起主軸電動機(jī)轉(zhuǎn)速始終只按照一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的故障。其原理如圖3所示。
圖3 主軸驅(qū)動原理圖
故障處理：將氧化的接線端子和壓接線去除氧化皮，重新接上后試運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行正常。
（2）自動加工程序不能執(zhí)行故障。故障現(xiàn)象：一臺數(shù)控車床（型號為CAK6136），采用FANUC OT D系統(tǒng)，在正常工作過程中，發(fā)生自動加工程序不能執(zhí)行故障，顯示器無報警信息。
故障分析與檢查：觀察程序運(yùn)行過程，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在執(zhí)行程序段G01 X10 F1時不能往下執(zhí)行，將系統(tǒng)關(guān)機(jī)，開機(jī)再試。加工程序從開始到G01直線插補(bǔ)時，不能再往下執(zhí)行，用MDI功能測試，G00快速移動沒有問題，但G01、G02和G03功能指令都不能正常運(yùn)行，因這幾個指令都必須指定進(jìn)給速率F的具體數(shù)值后才能夠正常運(yùn)行，因此判斷此故障應(yīng)與F的數(shù)值為零有關(guān)。經(jīng)分析認(rèn)為F值為零的原因可能有：程序中的F值設(shè)定為0、進(jìn)給速率的倍率開關(guān)設(shè)定為0或者倍率開關(guān)損壞，以及數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障等。檢查F的設(shè)定值、倍率開關(guān)設(shè)定值及倍率開關(guān)未發(fā)現(xiàn)異常。將機(jī)床設(shè)定到空運(yùn)行狀態(tài)，程序能夠正常運(yùn)行，但速度很慢，說明機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)沒有問題。進(jìn)一步研究機(jī)床的工作原理發(fā)現(xiàn)，機(jī)床X軸、Y軸的進(jìn)給速度與主軸速度有關(guān)，檢查到主軸在進(jìn)給之前確實(shí)已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)，但檢查數(shù)控裝置顯示器上的主軸速度顯示值，發(fā)現(xiàn)在主軸旋轉(zhuǎn)時S的監(jiān)測值為零，沒有顯示出主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速值，為此判定數(shù)控系統(tǒng)沒有監(jiān)測到主軸速度反饋信號，可能是主軸編碼器出現(xiàn)故障。將與主軸同軸聯(lián)接的編碼器拆下，用手轉(zhuǎn)動編碼器軸的同時，觀察顯示器上S值的變化情況，發(fā)現(xiàn)顯示器上的S監(jiān)測值仍是零，為此確定是主軸編碼器損壞。
故障處理：將損壞的主軸編碼器進(jìn)行更換后試運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行正常。
4 、結(jié)語
要使數(shù)控機(jī)床保持較高的效率，僅靠將產(chǎn)品加工程序編到最優(yōu)也不是唯一途徑，切實(shí)降低數(shù)控加工設(shè)備的故障率、有效縮短維修時間也是提高生產(chǎn)效率的有效途徑。維修者只有在具備數(shù)控加工設(shè)備維修知識和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后，才能行之有效地將數(shù)控加工設(shè)備的故障排除，使其效能發(fā)揮到最大化。數(shù)控加工設(shè)備在出現(xiàn)故障時不能急于動手，要做好設(shè)備維修的望、聞、問、切，即先向操作者問詢出現(xiàn)故障后數(shù)控加工設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)象，然后針對故障現(xiàn)象按照數(shù)控加工設(shè)備的原理進(jìn)行檢查與分析，最后再動手正確排除故障。本文按類別詳細(xì)介紹了幾例數(shù)控加工設(shè)備在日常生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，對排除這些故障的方法進(jìn)行了闡述，為讀者和數(shù)控加工設(shè)備維修人員提供了故障排除的思路。
投稿箱：
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關(guān)信息
業(yè)界視點(diǎn)
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年6月 新能源汽車銷量情況
- 2025年6月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 軸承出口情況
- 2025年6月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況
- 2025年5月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 軸承出口情況
- 2025年5月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 新能源汽車銷量情況
博文選萃
| 更多
- 機(jī)械加工過程圖示
- 判斷一臺加工中心精度的幾種辦法
- 中走絲線切割機(jī)床的發(fā)展趨勢
- 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床何去何從？
- 中國的技術(shù)工人都去哪里了？
- 機(jī)械老板做了十多年，為何還是小作坊？
- 機(jī)械行業(yè)最新自殺性營銷，害人害己！不倒閉才
- 制造業(yè)大逃亡
- 智能時代，少談點(diǎn)智造，多談點(diǎn)制造
- 現(xiàn)實(shí)面前，國人沉默。制造業(yè)的騰飛，要從機(jī)床
- 一文搞懂?dāng)?shù)控車床加工刀具補(bǔ)償功能
- 車床鉆孔攻螺紋加工方法及工裝設(shè)計(jì)
- 傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝的區(qū)別