數控機床故障源分類及實例

司聚朝

（中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司，河北 邢臺 054025）

機床尤其是數控機床發生故障有很多種原因，筆者認為造成機床發生故障的原因不止是機械和電氣兩種，還有其他很多種。下面就發生機床故障的原因類型進行分析，并對典型故障進行排除指導。

1.機械或液壓原因

很多機床尤其是數控機床發生故障，最先從數控界面上報警，但這并不意味著故障源一定就是電氣方面引起的，實際情況是，很多貌似故障源是電氣原因，實際是機械或液壓原因。常見的此類故障如下。

（1）數控機床采用光柵尺做位置檢測元件的直線軸發生暴走

先排除電氣可能的原因：光柵尺定尺和讀數頭是否被污染；讀數頭的安裝位置偏離了定尺3mm（參考該光柵尺的安裝、調試說明書）；光柵尺的信號線有斷線現象。如果排除了上述三種電氣原因后，基本上可以斷定，發生機床直線軸暴走的原因是：該直線軸的機械傳動鏈磨損或松動造成反向間隙過大引起。由于該直線軸為帶有光柵尺做位置控制、反饋的全閉環控制，直線軸的間隙過大使得該軸在定位時不準確而發生暴走。如果把光柵尺屏蔽掉而改為半閉環控制，此時的故障現象變為定位精度差，一般不會發生暴走現象。

（2）數控機床的直線軸一個方向運動正常，反方向出現報警

C61160車床采用西班牙FAGOR 8055TC數控系統數控化改造后，Z軸（溜板箱沿床身導軌方向）移動時，一個方向運動正常，另一個方向開始運動時，出現“Z軸跟隨誤差出界”。該直線軸采用光柵尺作為位置檢測的全閉環控制。如果屏蔽掉光柵尺，故障現象改變為：一個方向運動正常，反方向出現爬行、震蕩并有齒輪的撞擊聲。經過分析，發現由溜板箱上的背帽松動引起。當機床往正常方向運動時，由于背帽往里“坐”和其斜齒嚙合良好而運動正常；當反向運動時，由于背帽向外頂使其和斜齒輪嚙合不好而發生故障。

（3）數控機床直線軸不均衡“吃刀”時，該軸前后竄動

在C61200車床上加工軋輥輥徑時，當X軸“吃刀”后，發現X軸前后竄動。加工的軋輥的輥徑是圓形的金屬棒料，但不規則即料偏。X軸為光柵尺做位置檢測的全閉環控制，該軸改為半閉環控制后，這種現象消失。一般人認為是光柵尺有故障了，其實恰恰相反，正因為作為位置檢測的光柵尺很正常，采用其作為位置檢測時，發現了X軸傳動鏈存在問題。最終檢查出來是X軸滾珠絲杠背帽松動引起。

2.電氣原因

由于電氣原因引起機床故障太多，這里只就一個典型的原因作以分析。

TS6916落地式雙面鏜銑床，采用的是FAGOR數顯裝置，各個直線軸的電機采用西班牙FAGOR交流伺服電機，其驅動裝置采用FAGOR公司的AXD驅動裝置，在投產使用后，有時一個月或半個月偶爾出現Z軸瞬間暴走一下。經過測量線，沒發現有斷線的地方。這種故障不經常發生，偶爾發生一次，當找來維修人員的時候，很難重現故障現象。剛開始以為是變頻器對FAGOR裝置產生干擾引起，加強其屏蔽后，效果不理想，過了半年，該現象又出現了。經查找原因，發現出現問題的該直線軸編碼器的信號線的12腳的阻值為0.6Ω，比其他信號線的阻值大了一倍。換了電纜線后，發現機床正常。

3.周圍的振動

TK6913數控鏜銑床，其數控系統采用西門子840D系統。投產不久即經常發生“NC與PLC通信不上”的故障。經查發現，發生該故障的次數和周圍機床的開動率有關系，周圍機床開動越多，該機床故障出現的頻率越高。最后發現，電柜內的840D數控系統的NCU插件的固定螺絲松了，周圍機床開動得多，傳來的振動可使NCU插板出現瞬間抖動而引起故障所致。

4.氣候和氣溫

C61315大型車床一切正常。有1年的12月末由于加工產品供料沒了，機床停了1周時間。料供上后，開動機床時，機床主軸在采用高速擋時發生床頭箱齒輪磕碰。該機床主軸三個擋位，主軸電機采用直流電機，其控制系統采用英國歐陸直流調速系統。該機床在停產1周中，氣溫驟降15°。經過仔細排查，發現該故障是因為氣溫驟降后，主軸箱內的油變稠，導致上述故障發生。排除該故障的方法是：機床送上電并給上油泵，不要旋轉主軸，使主軸油變熱即好。如果生產任務急迫，可以在機床送上油泵后，降低主軸控制系統的比例參數并提高啟、制動時間，一般情況下會使故障消失或改善，這樣可以降低開機床給油泵等待時間。

5.機床設計者的原因

從美國進口的軋輥數控磨床采用的是德國BOSCH數控系統，有一次X軸往離開磨削工件的方向運動正常（+X方向），手動往-X方向開動機床，機床X軸不移動，但機床顯示器上也沒有報警。經過仔細分析發現，之所以發生上述現象，是機床設計者處于保護機床測量臂的考慮。當時出現這種異常的現象時，發現靠近X軸的用于測量磨削工件精度的測量臂雖然升到頭兒了，但數控系統沒有接到測量臂到頭兒信號，故認為測量臂沒有升上去，X軸沿-X方向開就可能撞壞測量臂。看來這是機床設計者用做機床保護的。只不過該保護沒有在報警文本中顯示。

6.機床操作人員誤操作原因

在多年的維修數控機床中，發現由于操作人員誤操作引起的故障很多，下面列舉兩個典型的例子加以說明。

有一次機床操作人員在C61200車床加工大型產品時“沖刀”，機床沒有任何報警。該機床的控制系統為日本FANUC 0TD數控系統。據機床操作人員說，在“沖刀”的同時，發現加工程序跳過幾句（少執行一句）所致。當時在保持現場的情況下，空執行程序實驗了幾百次，一次也沒有發現上述所說的加工程序少執行一句的現象。根據多年維修經驗和對數控機床的理解，認為數控加工程序少執行的語句只有這種可能，即該語句之前附加了用作解釋的不執行的符號，令人遺憾的是，該語句作為正常的加工程序有效，通過思考和多次實驗及模擬，發現機床操作人員在按相應的鍵進行執行自動程序中少按了一個鍵就發生了上述現象。

采用西門子840D數控系統的青海軋輥車床CK84140，在機床人員加工軋輥時，同一操作者在相隔15天上夜班時，均造成產品報廢。故障現象是：操作人員在拿起手持單元的瞬間，機床X軸快速沖向工件，造成工件報廢。后讓該操作人員重復以前的操作步驟多次，突然發現一次，原來是該手持單元的上面有兩個鍵，操作人員一直沒用過，也不知道起什么作用的，這兩個鍵是：“+”和“-”方向鍵，該人員手較大，在拿上手持單元的瞬間無意識按“-”方向鍵一下，車床刀架瞬間快速向負方向沖去。

7.機床開動率

很多數控機床或采用PLC的普通機床在長期停電擱置后，支持其的電池電量不足會導致程序消失，而造成機床“癱瘓”，這應該引起維修人員的高度重視。