数控机床常见故障的诊断与维修案例

2016-05-14李培

中国科技纵横 2016年6期

李培

【摘要】数控机床虽然有很多种类，但常见的有数控车床、数控铣床以及加工中心三种类型，在控制上有简单的控制，也有复杂的控制，但是其数控系统控制对象主要包括三类，分别是主轴电动机的旋转运动控制、对加工轨迹连续进给运动的控制以及开关的控制。本章所探究的是数控机床控制中总体故障及常见故障的诊断及其维护，着重介绍FANUC系统故障。

【关键词】数控机床控制 FANUC系统故障维修

1故障常用的诊断方法及其诊断用的工具及仪器仪表

1.1常用的诊断方法

1.1.1直观诊断法

当故障发生时，要对数控机床的故障进行观察，利用各种人体自身的感觉器官进行故障查找，观察主传动的转速、是否发热、机床的外表是否变颜色，查看工件有无损坏，观察系统报警显示、驱动报警指示灯的状态，还要询问运转过程中故障是如何发生及发展的，并聆听机械运转的相关部件是否发生了异常的声响，嗅相关摩擦和电气件的短路状况是否有异味，诸如油烟味、焦糊的异味。还要用手感知机械有关部位的温度，看有无发热、震动、划痕，用手去转动主轴，感觉其松紧有无适中，从而分部判断机床正常与否。

1.1.2系统自诊断功能

现代化的机床都配备了自我诊断的功能，对机床进行系统内部诊断，从而监测出相关故障并给予报警显示。当维修员看到报警信息，会借助其报警信息或者是诊断书进行快速故障维修。现代化的数控机床自诊断系统主要是FANUC等数控诊断系统，它包括了报警、诊断、伺服调整和主轴监视、PMC诊断等各个画面，另外还有LED数码显示的报警代码。

1.1.3手工诊断法

这主要是维修员根据自身的经验进行数控机床的故障判断，常用到的方法：进行系统的数据备份与恢复、交换模块、轴屏蔽等，这些主要用在伺服驱动的故障排查。

1.2涉及到的工具及仪器仪表

用于测量的仪表有万用表、示波器、钳形电流表、兆欧表、百分表或者是千分表。相关工具有“+”字形和“—”字形螺钉旋具，分别有三种型号规格。还要用到笔记本计算机，利用里面的专业传输软件进行数控机床的系统数据备份与回装，另外，将笔记本计算机和数控系统连接，将数控系统的PLC传输到笔记本计算机，然后进行程序编辑，并对其运行状况实施监控，亦或将编辑好的PLC程序载入数控系统。在数控系统故障侦查诊断中，还涉及到相关技术资料，例如操作手册、编程手册、机床结构简图及其说明、PLC程序等相关资料，以便维修人员进行故障维修时进行准确参照。

2数控系统故障的诊断及其维修案例

2.1 FANUC数控系统硬件故障维修案例

案例1：某数控机床在开机时出现了报警“920WATCH DOG TIMER”（看门狗超时）。

所属数控系统为：FANUC 0TC。

现象：在开机时显示920报警，指示系统出现报警。

故障检查分析：对报警信息FANUC 0TC系统920报警进行分析，它属于系统监控报警，表示系统已经出现了问题。

FANUC 0TC系统对应对应的是FANUC 0C系列中的车床板，而FANUC 0C系统的组成包括了数控控制单元、主轴与进给伺服单元和相应的主轴电机以及进给电机、系统操作面板、CRT显示器、机床操作面板、附加I/O接口板、手摇脉冲发生器以及电池盒等。

FANUC 0C系统是大板结构的数控单元，一般其配置是：

CPU底板，又称主印刷电路板，其它各功能板都插接在此板上，主要系统的主控制，也就是数控机床的“大脑”核心，是所有执行程序最关键的部位。

电源模块（电源单元）：为数控系统进行电源的控制，提供电源有+5V、±15V、+24V、+24E。

图形显示模块：提供显示的相关图形功能，是控制系统表达功能，实现“人际交流”的控制作用。

PMC模块：它采用了PMC--M型的可编程控制器，提供扩展输入和输出板（B2）接口。

基本控制模块：是伺服控制系统的重要部分，也是执行数控的关键部件，主要提供X、Y、Z轴以及第四轴的进给控制的指令，并接受对应位置编码器所反馈的信号。

PMC输入输出接口模块：它是机床的数控系统进行开关信号的连接口，通过相关插座接口将信号进行连接输入和输出，为PMC提供信号的输入或输出。

存储器模块：这是系统的记忆装置，以便进行程序和数据的存储，也要串行诸如主轴、CRT/MDI、Reader/Puncher、模拟主轴、主轴位置编码器以及手摇脉冲等接口。

以上各模块都插在CPU底板上，连接CPU总线。为了对故障点进行排查，这里采取“互换法”，即将故障机床上的以上各模块和另一台无故障机床各模块纷纷依次进行互换，结果该机床还是有920报警显示。因此，现在怀疑CPU底板（A20B-2000-0170/06B）的问题，随后进行系统底板互换，而此时故障转移到了另一台机床上，由此可知是系统底板的故障。

故障处理：更换系统CPU底板，从而恢复机床正常运转。

2.2 FANUC数控系统软件故障维修案例

案例1：某数控机床显示报警“22NO CIRCLE”（没有圆弧）。

所属数控系统为：FANUC 0TC系统。

现象：在调试加工程序时，显示22号报警，表示无圆弧。

故障检查分析：根据22号报警提示，表明圆弧指令中没有对圆弧半径R进行坐标值I、J或者K的指定。因此，应进行加工程序检查，发现该程序中的圆弧加工语句中出现了“G03 X50 Z60 I15”，导致了故障的发生，其中该语句少了K值。

故障处理：对加工图纸进行检查，此处的圆弧Z坐标无变化，是编程者将无数值变化的Z值“K0”粗心省略了，以至于有了该报警。随后在该语句中输入“K0”，再次执行程序时没有任何报警显示。

2.3数控机床常见故障维修案例

案例1：某机床在回零时，发现机床回零的实际位置出现每次都不一样，漂移一个栅点或者是一个螺距的位置，并且是时好时坏。

故障分析：如果每次漂移只限于一个栅点或螺距，这种情况有可能是因为减速开关与减速撞块安装不合理，机床轴开始减速时的位置距离光栅尺或脉冲编码器的零点太近，由于机床的加减速或惯量不同，机床轴在运行时过冲的距离不同从而使机床轴所找的零点位置发生了变化。

解决办法：（1）改变减速开关与减速撞块的相对位置，使机床轴开始减速的位置大概处在一个栅距或一个螺距的中间位置。（2）设置机床零点的偏移量，并适当减小机床的回零速度或减小机床的快移速度的加减速时间常数。

案例2：一台数控车床，X、Z轴使用半闭环控制，在用户中运行半年后发现Z轴每次回参考点，总有2、3mm的误差，而且误差没有规律。