孙爱友

(重庆机械电子高级技工学校，重庆 400037)

一、基本情况

重庆机械电子高级技工学校使用的机床是华中数控的21系统，于2006年购置6台。数控车床是重庆机械电子高级技工学校实习的重要设备，一

旦出现故障停机，其影响和损失往往很大，不但影响学校的正常上课还影响学生的学习兴趣和劲头。在实际使用中，对这样的设备往往更多地是看重其效能，而对其保养及维修工作关注少，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控车床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。

(1)在对新设备进行选购时，我们要注重厂家的售后服务，对于机床容易出现故障的一些元器件，必备一些多余的零部件，以便使用时更加方便和快捷，对于一些大型零件，我们和售后服务人员保持良好的沟通，在出现问题时，第一时间将零件送到。

(2)学校的广数928TC系统买于2003年，由于机器购买时间太久，以至于一些重要的电路图和参数表已经丢失，在进行机器的维护和维修时，没有相应的图纸进行参照，给维修人员造成了很大的麻烦，因此要把每台数控车床所配有的完整的技术图样和资料保存好。

(3)维修数控机床是一件很繁琐的事情，要在维修前准备好必要的维修工具、仪器仪表等，以便维修人员能够全身心地投入到维修工作当中，如果条件允许最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。

(4)现阶段学校的实习场地进行了搬迁，对实习的环境重新进行了规划和布局，但是将砂轮放在实习场所，造成了很大的噪音和灰尘，对机床有很大的影响，因此对场所布局要进行调整。

(5)由于重庆属于高温和多雨的气候，因此日常的保养很重要，对每台数控车床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容(如坐标轴传动系统的润滑情况，主轴润滑等，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，油和水各项温度控制，平衡系统，冷却系统，各插头、接线端是否松动等等)，以及按各功能部件和元气件的保养周期(每日、每月、或不定期)教学保养。

(6)由于每年寒暑假期间，机床都较长时间闲置不用，当需要使用时，机床就会出现各种问题。这也是出现故障最为频繁的原因之一。因此，在没有加工任务的一段时间内，我们都会派专人每周进行较低速度下空运行车床，至少也要经常给数控车床通电，甚至每天通电。

二、数控故障的诊断和维修

故障现象一，在自动加工和快速移动过程中，数控车床的Z轴在移动过程中频繁出现异常的声音，并且移动过程中非常不稳定，并且有时会出现系统报警。

故障检查及分析:可以通过改变位置比例增益和速度比例增益来调节任意轴的运行速度，并且伺服系统的任意一轴的速度控制单元处于报警条件，或电机电源线的接触器断路，都会产生该报警。方向分析其产生的主要原因可能是:

(1)伺服驱动器的码盘线松动或断开;

(2)伺服系统中交流接触器断开;

(3)在使用过程中用电不稳定，使电机过载:

(4)速度控制单元中的比例增益出现问题;

通过以上4项内容的分析，认为均是Z轴速度异常，我们采用加工中使机床停止的方法检验，于是我们利用交换法来进行检验。

在检验机床时，若伺服电机有转速，说明连接到系统的电源线没有断开。然后继续进行分析，利用变频器的自动分析功能，将驱动器显示屏中MODE键的测试功能和正常值进行对比，发现也无异常，因而可以排除是由于Z轴位置偏移量过大的问题造成的。

下面我们就可以利用交换法来进行检验问题的根源，首先将X轴和Z轴的两个伺服驱动系统的NC中位置控制器的连线以及测速反馈线进行对调，即用Z轴信号XS32控制X轴，用X轴信号XS30控制Z轴，如图1所示，经过调换之后，机床上面的反应和前面没有发生变化，因此故障依然存在，从而就能够证明NC系统无故障;然后下一步我们将继续使用交换法，使X轴和Z轴之间的伺服驱动系统进行调换，即使用Z轴信号控制X轴，用X轴控制信号控制Z轴，如图2所示。但是故障仍然存在，所以排除了伺服驱动系统的问题，最后问题就出现在Z轴伺服电机中。经过我们的细心拆装，发现伺服电机中的连接齿轮损坏，能够明显看到少了几个齿。在自动控制系统中测速发电机是产生加速或减速信号和对旋转机械作恒速控制的元件，它与伺服电机之间的传递不准确可以造成对恒速控制不准，因此Z轴速度不稳定。

处理方法:重新更换新的齿轮，使在传动中速度稳定且平稳，从而排除故障。

图1 交换法一

图2 交换法二

故障现象二，在按下数控操作面板上的“换刀”按键后，刀架并没有换刀动作，经过5秒钟时间后，数控系统报警“换刀超时”。

故障检查及分析:重庆是一个多雨的城市，特别是在夏天，阴雨连绵的季节，车间内部比较潮湿，在长时间的使用中，由于电器柜的内部和外部温差较大，且电器柜的密封性能不是很好，所以在使用完毕，切断电源后，很可能一部分水分渗入电器柜内部，凝结在驱动器，变频器等原器件上，当机床再次上电时，就会造成元器件的短路，损坏机床。因此，在这种高温高湿度的环境下，对机床的使用更要严格要求。由于温度的变化和湿度的影响，机床最容易出现的故障就是刀架故障，图3为华中数控刀架控制原理如图，解决方法如下:

(1)重庆机械电子高级技工学校华中数控车床用的是四工位刀架，是利用PLC控制完成换刀，在换刀过程中由换刀超时时间、刀具锁紧时间和正转延时时间参数来控制。首先按下数控操作面板“换刀”键，通过数控系统观察PLC输出点Y0.1有无输出，有输出正常，无输出则需观察“换刀”信号有没送至数控系统。

(2)经检查，Y0.1有信号输出，然后测量XS30接口的Y0.1对应端口是否有输出，有输出正常，无输出需检查XS30电缆线;

(3)继续检查继电器KA1是否得电(可以观察指示灯)，得电正常，不得电检查 KA1线圈支路，包括24 V电源;

(4)然后开始检查交流接触器KM5是否得电，得电正常，不得电检查KM5线圈支路，包括AC220V电源;

(5)检查交流接触器KM5主触点是否闭合，通过测量接触器KM5下方三相交流380V电压即可;

(6)送至刀架电机的三相交流380V电压若正常，则说明刀架电机有故障，需打开检查或直接更换。

图3 华中数控21系统刀架原理图

处理方法:通过此步骤的检测，最后发现刀架电机里面的霍尔元件已损坏，更换新的霍尔元件，故障解除。

故障现象三，有一台车床也是采用华中数控系统，在加工零件时，经常会出现程序反映缓慢并且无法输入程序。

故障检查及分析:经过检查和排故，发现此故障应该属于硬件故障，应该是由于损坏的器件而造成的故障，我们利用交换的原理可以判定出现的问题所在。此故障只需更换零件就能排除。在检查过程中，也有例外的情况，比如在加工三角螺纹或者用宏程序加工梯形螺纹时，螺距不准或者乱牙，或者有时由于NC系统出现硬件的损坏，使车床停机等。对于这类故障的诊断，首先必须了解该数控系统功能实现的传输过程和加工原理，通过每个传输的元器件进行分析和排除，最后确定问题的根源。因此，要想提高我们的分析问题的能力和动手解决问题的能力，就必须更加快速而准确地掌握数控机床的控制原理和工作过程、机床电气安装及调试和电器设计原理的过程。利用交换法就准确定位了此次故障的部位，主要是由于PLC的主板有问题，没有将程序输入到系统当中，因此我们将此机器的主板与另外一台车床的主板进行对换后，发现问题得到解决，最后确定是PLC主板的问题。

处理方法:与售后联系，更换主板，于是故障被排除。

［1］吴国经.数控机床故障诊断与维修［M］.北京:电子工业出版社，2005.

［2］刘江.数控机床故障诊断及维修［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［3］刘加勇.数控机床故障诊断及维修［M］.北京:中国劳动社会保障出版社，2011.