檢測裝置在數控機床中的幾種故障分析

重慶三峽職業學院 張子容

近年來，我國制造業得到大力發展，我國正從制造大國向制造強國奮進。世界各國工業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平。數控技術含蓋了機械制造技術、自動控制技術、傳感檢測技術、網絡通信技術、計算機技術等多方面，這些都直接關系到數控機床本身的質量水平。檢測裝置檢測各軸的位移和速度，是數控機床伺服系統的重要組成部分，影響著數控機床的加工精度。本文著重論述數控機床中檢測技術的幾種常見問題和解決方法。

一、伺服反饋斷線報警故障分析

1、故障產生的檢測原理。若數控機床采用半閉環控制或全閉環控制，當檢測反饋異常時，系統就會發出該報警。系統伺服反饋斷線報警分為硬斷線和軟斷線報警。發生硬件斷線報警時，若使用分離型脈沖編碼器，該故障信息是由斷線檢查電路進行檢測的。發生軟件斷線報警時，系統通過伺服軟件進行判別，當指令脈沖與伺服電機反饋脈沖或伺服電動機反饋脈沖與分離型檢測裝置反饋脈沖超過標準設定值時，可判定為軟件斷線。

2、伺服反饋斷線故障診斷方法。主要通過系統的自診斷功能來判斷，看伺服調整畫面中的ALM1和ALM2顯示的數據。

典型案例：一臺配置為FANUC-0TD數控車床，移動X軸發生416號斷線報警。該機床X軸采用光柵尺作為位置檢測元件。診斷方法：首先利用內部位置檢測元件來判斷是否是控制板故障。方法是將37號機床參數的第0位的“1”改為“0”(0表示采用內部位置檢測元件編碼器，1表示采用分離型位置檢測元件)。如果采用內部位置檢測元件編碼器，移動X軸不發生報警，則故障可以確定在光柵尺和電纜上；如還發生報警，則故障可能在控制板。經采用內部位置檢測元件移動X軸，不發生報警，因此將故障確定在光柵尺和電纜上。這時檢查光柵尺和電纜，發現光柵尺頭的連接螺釘松動，將其緊固后故障排除，該故障是硬斷線故障。

二、伺服系統位置檢測裝置故障分析

1、串行編碼器報警代碼分析

在全閉環控制系統中，伺服電動機內裝編碼器的反饋信號是速度反饋，而分離型位置檢測裝置的反饋信號是系統的位置反饋信號。目前編碼器數據傳輸采用串行數據傳輸，但編碼器傳輸出錯或異常時，系統出現相應報警信號及相關報警信息。FANUC-16i/18i/21i/oic系統出現報警時，可以通過系統診斷號或在伺服調整畫面的ALM3、ALM4進行故障原因判斷。串行脈沖編碼器報警的詳細內容，顯示在診斷號NO.202、NO.203上。

2、絕對脈沖編碼器(APC)的報警

案例：一臺FANUC-0MC立式加工中心，由于保存絕對位置編碼器位置信息的電池失效，導致X.Y.Z軸參考點丟失。排除故障方法如下：(1)將PWE改為“1”，修改參數76.1為1，系統參數21#0～2設定為“0”，參數022全部為00000000。此時CRT顯示“000”和“300”報警，即必須關機，并且手動設置參考點。(2)關機再開機，利用手輪手動方式先將X、Y軸移動到參考點位置，這時把參數022改為00000011。表示X、Y軸已經建立好參考點。(3)將Z軸移動到參考點附近，在主軸上安裝一刀柄，然后手動機械手臂，手動調節直至完全夾緊主軸刀柄。這時把參數022改為00000111，表示Z軸已經建立好參考點。修改參數21#0～2設定為1。(4)把PWE改為“0”。關機再開機，核對機床參考點。

三、數控機床主軸的位置和速度控制裝置故障分析

1、主軸編碼器常見故障

(1)主軸不能定向，出現超時報警。故障現象：主軸定向不停止，出現超時報警。原因分析：主軸單元沒有收到編碼器信號或CNC系統沒有收到定向完成信號。處理方法：用手轉動主軸或主軸以一定速度旋轉，在主軸診斷畫面上觀察主軸速度是否正常，如果沒有顯示，更換位置編碼器或編碼器反饋線。

(2)螺紋加工出現“亂扣”故障。故障原因：當系統得到的一轉信號不穩定時，就會出現“亂扣”的故障。原因是主軸編碼器的連接不良、主軸編碼器的一轉信號或信號電纜不良。主軸編碼器內部有臟東西或編碼器本身不良。如果以上故障排除后系統還亂扣，則需要檢查系統或主軸放大器。

(3)加工中心換刀過程掉刀。加工換刀時，為了使機械手對準刀柄實現準確換刀，主軸必須停止在固定的徑向位置。產生該故障的可能原因是主軸位置編碼器一轉信號不良、主軸機械調整不當。

2、典型案例：一臺采用FANUC 0TC系統的數控車床，在執行自動加工程序時，程序無法執行。觀察在程序執行到G01Z-7.5F0.5時，程序就不往下運行了，機床無任何報警。

診斷和處理過程：

(1)觀察G00是否正常，如果工作正常說明伺服系統應該沒有問題。

(2)G01執行的程序是每轉進給(G99)，如果改為每分鐘進給(G98)，如果還不自動執行程序，檢測系統診斷畫面(FANUC 0系統是700號診斷)，可能是沒有接收到主軸速度到達信號或進給倍率為0。

(3)如果每分鐘進給(G98)正常，而每轉進給不執行，則是主軸編碼器壞，編碼器反饋線或接口電路壞，更換相應部分。

(4)處理方法，首先觀察G00程序是否能執行。用MDI功能測試，G00快速移動沒有問題。用G98指令自動執行G01加工程序正常，而用G99指令無法自動執行G01程序。這樣可判斷數控系統沒有接收到編碼器一轉信號。用手轉動主軸，在CRT畫面上觀察主軸速度是否有數字變化，這時發現主軸轉動過程中主軸“S”的數值始終為“0”，可確認沒有主軸速度反饋。打開機箱，檢查主軸編碼器時發現主軸與編碼器連接的同步齒形帶斷開，主軸旋轉時編碼器不旋轉，更換新的齒形帶后故障排除。

四、結語

檢測裝置是一種非常精密和容易受損的器件，使用過程中要避免受到強烈振動和摩擦并保持清潔，以免影響正常信號的輸出；不能超過額定的工作溫度；要滿足額定電源電壓，防止外部電源和噪聲干擾，保證屏蔽良好，以免影響反饋信號；安裝方式要正確等。一般來講，對于數控機床檢測裝置故障，先通過系統開機自診斷功能和系統報警診斷號來分析故障原因。再對故障深入分析，注意總結，平時正確使用并經常維護保養，就一定能降低故障率。

[1]劉永久.數控機床故障診斷與維修技術《FANUC系統》[M].機械工業出版社.2009.6.

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