数控机床的故障分析 案例分析经验介绍

　　目前，数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。但由于技术越来越先进、复杂，对维修人员的素质要求很高，要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验，在数控机床出现故障才能及时排除。我公司有几十台数控设备，数控系统有多种类型，几年来这些设备出现一些故障，通过对这些故障的分析和处理，我们取得了一定的经验。下面结合一些典型的实例，对数控机床的故障进行系统分析，以供参考。
　　有时由于nc系统出现硬件的损坏，使机床停机。对于这类故障的诊断，首先必须了解该数控系统的工作原理及各线路板的功能，然后根据故障现象进行分析，在有条件的情况下利用交换法准确定位故障点。
　　例一、一台采用德国西门子sinumeriksystem3的数控机床，其plc采用s5─130w／b，一次发生故障，通过nc系统pc功能输入的r参数，在加工中不起作用，不能更改加工程序中r参数的数值。通过对nc系统工作原理及故障现象的分析，我们认为plc的主板有问题，与另一台机床的主板对换后，进一步确定为
　　例二、另一台机床也是采用sinumeriksystem3数控系统，其加工程序程序号输入不进去，自动加工无法进行。经确认为
　　例三、一台采用德国heidenhain公司tnc155的数控铣床，一次发生故障，工作时系统经常死机，停电时经常丢失机床参数和程序。经检查发现
　　数控机床有些故障是由于nc系统机床参数引起的，有时因设置不当，有时因意外使参数发生变化或混乱，这类故障只要调整好参数，就会自然消失。还有些故障由于偶然原因使
　　例一、一台采用日本发那科公司fanuc每次开机都发生死机现象，任何正常操作都不起作用。后采取强制复位的方法，将系统内存全部清除后，系统恢复正常，重新输入机床参数后，机床正常使用。这个故障就是由于机床参数混乱造成的。
　　例二、一台专用数控铣床，nc系统采用西门子的sinumeriksystem3，在批量加工中nc系统显示2号报警“limitswitch”，这种故障是因为y轴行程超出软件设定的极限值，检查程序数值并无变化，经仔细观察故障现象，当出现故障时，crt上显示的y轴坐标确定达到软件极限，仔细研究发现是补偿值输入变大引起的，适当调整软件限位设置后，故障被排除。这个故障就是软件限位设置不当造成的。
　　例三、一台采用西门子sinumerik810的数控机床，一次出现问题，每次开机系统都进入automatic状态，不能进行任何操作，系统出现死机状态。经强制启动后，系统恢复正常工作。这个故障就是因操作人员操作失误或其它原因使
　　例一、一台采用德国西门子sinumeriksystem3的数控机床，一次出现故障，nc系统加上电后，crt不显示，检查发现nc系统上“couplingmodule”板上左边的发光二极管闪亮，指示故障。对plc进行热启动后，系统正常工作。但过几天后，这个故障又出现了，经对发光二极管闪动频率的分析，确定为电池故障，更换电池后，故障消除。
　　例二、一台采用西门子sinumerik810的数控机床，有时在自动加工过程中，系统突然掉电，测量其24v直流供电电源，发现只有22v左右，电网电压向下波动时，引起这个电压降低，导致nc系统采取保护措施，自动断电。经确认为整流变压器匝间短路，造成容量不够。更换新的整流变压器后，故障排除。
　　例三、另一台也是采用西门子sinumik810的数控机床，出现这样的故障，当系统加上电源后，系统开始自检，当自检完毕进入基本画面时，系统掉电。经分析和检查，发现x轴抱闸线圈对地短路。系统自检后，伺服条件准备好，抱闸通电释放。抱闸线圈采用24v电源供电，由于线圈对地短路，致使24v电压瞬间下降，
　　由于数控系统的控制核心是对机床的进给部分进行数字控制，而进给是由伺服单元控制伺服电机，带动滚珠丝杠来实现的，由旋转编码器做位置反馈元件，形成半闭环的位置控制系统。所以伺服系统在数控机床上起的作用相当重要。伺服系统的故障一般都是由伺服控制单元、伺服电机、测速电机、编码器等出现问题引起的。下面介绍几例：
　　数控机床
　　一台采用sinumerik810／t的数控车床，一次刀塔出现故障，转动不到位，刀塔转动时，出现6016号报警“slidepowerpacknooperation”，根据工作原理和故障现象进行分析，刀塔转动是由伺服电机驱动的，电机一启动，伺服单元就产生过载报警，切断伺服电源，并反馈给
　　例二、一台采用直流伺服系统的美国数控磨床，e轴运动时产生“eaxisexecessfollowingerror”报警，观察故障发生过程，在启动e轴时，e轴开始运动，crt上显示的e轴数值变化，当数值变到14时，突然跳变到471，为此我们认为反馈部分存在问题，更换位置反馈板，故障消除。
　　例三、另一台数控磨床，e轴修整器失控，e轴能回参考点，但自动修整或半自动时，运动速度极快，直到撞到极限开关。观察发生故障的过程，发现撞极限开关时，其显示的坐标值远小于实际值，肯定是位置反馈的问题。但更换反馈板和编码器都未能解决问题。后仔细研究发现，e轴修整器是由z轴带动运动的，一般回参考点时，e轴都在z轴的一侧，而修整时，e轴修整器被z轴带到中间。为此我们做了这样的试验，将e轴修整器移到z轴中间，然后回参考点，这时回参点也出现失控现象；为此我们断定可能由于e轴修整器经常往复运动，导致e轴反馈电缆折断，而接触不良。校线证实了我们的判断，找到断点，焊接并采取防折措施，使机床恢复工作。
　　由于现代的数控系统可靠性越来越高，故障率越来越低，很少发生故障。大部分故障都是非系统故障，是由外部原因引起的。
　　1.现代的数控设备都是机电一体化的产品，结构比较复杂，保护措施完善，自动化程度非常高。有些故障并不是硬件损坏引起的，而是由于操作、调整、处理不当引起的。这类故障在设备使用初期发生的频率较高，这时操作人员和维护人员对设备都不特别熟悉。
　　例一、一台数控铣床，在刚投入使用的时候，旋转工作台经常出现不旋转的问题，经过对机床工作原理和加工过程进行分析，发现这个问题与分度装置有关，只有分度装置在起始位置时，工作台才能旋转。
　　例二、另一台数控铣床发生打刀事故，按急停按钮后，换上新刀，但工作台不旋转，通过plc梯图分析，发现其换刀过程不正确，计算机认为换刀过程没有结束，不能进行其它操作，按正确程序重新换刀后，机床恢复正常。
　　例三、有几台数控机床，在刚投入使用的时候，有时出现意外情况，操作人员按急停按钮后，将系统断电重新启动，这时机床不回参考点，必须经过一番调整，有时得手工将轴盘到非干涉区。后来吸取教训，按急停按钮后，将操作方式变为手动，松开急停按钮，把机床恢复到正常位置，这时再操作或断电，就不会出现问题。
　　这类故障是数控机床常见故障，一般都是由于检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件、机械装置等出现问题引起的。有些故障可产生报警，通过报答信息，可查找故障原因。
　　例一、一台数控磨床，数控系统采用西门子sinumeriksystem3，出现故障报警f31“spindlecoolantcircuit”，指示主轴冷却系统有问题，而检查冷却系统并无问题，查阅plc梯图，这个故障是由流量检测开关b9.6检测出来的，检查这个开关，发现开关已损坏，更换新的开关，故障消失。
　　例二、一台采用西门子sinumerik810的数控淬火机床，一次出现6014“faultlevelhardeningliquid”机床不能工作。报警信息指示，淬火液面不够，检查液面已远远超出最低水平，检测液位开关，发现是液位开关出现问题，更换新的开关，故障消除。
　　有些故障虽有报警信息，但并不能反映故障的根本原因。这时要根据报警信息、故障现象来分析。
　　例三、一台数控磨床，e轴在回参考点时，e轴旋转但没有找到参考点，而一直运动，直到压到极限开关，nc系统显示报警“eaxisatmax.travel”。根据故障现象分析，可能是零点开关有问题，经确认为无触点零点开关损坏，更换新的开关，故障消除。
　　例四、一台专用的数控铣床，在零件批量加工过程中发生故障，每次都发生在零件已加工完毕，z轴后移还没到位，这时出现故障，加工程序中断，主轴停转，并显示f97号报警“spindlespeednotokstation2”，指示主轴有问题，检查主轴系统并无问题，其它问题也可导致主轴停转，于是我们用机外编程器监视plc梯图的运行状态，发现刀具液压卡紧压力检测开关f21.1，在出现故障时，瞬间断开，它的断开表示铣刀卡紧力不够，为安全起见，
　　还有些故障不产生故障报警，只是动作不能完成，这时就要根据维修经验，机床的工作原理，
　　例五、一台数控机床一次出现故障，负载门关不上，自动加工不能进行，而且无故障显示。这个负载门是由气缸来完成开关的，关闭负载门是plc输出q2.0控制电磁阀y2.0来实现的。用nc系统的pc功能检查plcq2.0的状态，其状态为1，但电磁阀却没有得电。原来plc输出q2.0通过中间继电器控制电磁阀y2.0，中间继电器损坏引起这个故障，更换新的继电器，故障被排除。
　　例六、一台数控机床，工作台不旋转，nc系统没有显示故障报警。根据工作台的动作原理，工作台旋转第一步应将工作台气动浮起，利用机外编程器，跟踪plc梯图的动态变化，发现plc这个信号并未发出，根据这个线索继续查看，最后发现反映二、三工位分度头起始位置检测开关i9.7、i10.6动作不同步，导致了工作台不旋转。进一步确认为三工位分度头产生机械错位，调整机械装置，使其与二工位同步，这样使故障消除。
　　发现问题是解决问题的第一步，而且是最重要的一步。特别是对数控机床的外部故障，有时诊断过程比较复杂，一旦发现问题所在，解决起来比较轻松。对外部故障的诊断，我们总结出两点经验，首先应熟练掌握机床的工作原理和动作顺序。其次要熟练运用厂方提供的plc梯图，利用nc系统的状态显示功能或用机外编程器监测plc的运行状态，根据梯图的链锁关系，确定故障点，只要做到以上两点，一般数控机床的外部故障，都会被及时排除。