典型數控機床的故障診斷與維修分析

洪如

（廈門華廈職業學院信息與機電工程系，福建 廈門 361024）

數控機床是一種昂貴、高效的自動化機床，在許多行業中，這些設備均處于關鍵崗位的關鍵工序上，若出現故障后不能及時找到原因和故障部位并迅速修復設備，將會給企業造成很大的損失。

盡管現在數控機床的可靠性不斷提高，但在設備運行過程中因操作失誤、外部環境變化等原因，出現故障在所難免。因此，在借助數控機床的自診斷功能的同時，采取正確的故障診斷方法，及時發現并盡快確定故障的部位和原因，使操作人員或維修人員及時排除故障，縮短故障維修時間，使機床盡快恢復工作。

筆者結合多年的工作經驗，將實際生產中幾種典型數控機床常見故障現象進行分析，提出了具體的診斷過程，并給出了具體的解決辦法。

1 實例之一

龍門數控鏜銑床FANUC16iM系統，半閉環控制，每天開機手動返回參考點時，X 軸偶爾會出現90#報警，找不到參考點；返回參考點時，工作臺有減速動作，但是一旦手動回參考點成功，重復用G28方式回零，沒有任何問題。

分析處理：大多數機床制造商設置在手動返回參考點時，尋找并讀取PCZ信號（物理柵格信號）建立參考點，而在G28方式下使用計數器清零的方式返回參考點，不尋找物理柵格信號。

從故障描述來看，重點應該檢查一轉信號。首先采用最簡單易行的方法，檢查反饋電纜，用萬用表電阻檔測量電纜兩端通斷，結果沒有問題。接下來更換脈沖編碼器，將X 軸編碼器與另一個可以回參考點的軸（Y 軸）編碼器更換，結果沒有任何變化，即X 軸仍然不能夠每次找到零點，而Y 軸回零正常，說明脈沖編碼器良好。之后更換伺服放大器，仍然沒有效果。相關的硬件均已更換，仍然沒有找到故障點。

仔細分析大型機床的結構，發現X 軸反饋電纜經過坦克鏈到伺服放大器，共計約50m，初步判斷可能是由于信號衰減造成的一轉信號不好，最后將5V及0V線腳與電纜中多余的備用線并聯加粗，降低線間電阻，提高信號幅值，最終排除了故障。

注意：FANUCa系列驅動的反饋裝置，采用的是高速串行傳送，用傳統的示波器無法觀測波形，所以更多的是采用替代法或者借助系統界面診斷排查故障。

2 實例之二

數控車床FANUC 0i TB數控系統（半閉環控制），Z 軸移動時411#報警。

分析處理：首先，我們通過伺服診斷畫面，觀察Z軸移動時誤差值，見圖1。

圖1 實際位置誤差診斷

通過觀察，發現Z 軸低速移動時，“位置誤差”數值可隨著軸的移動跟隨變化，而Z 軸高速移動時，“位置誤差”數值尚未來得及調整完，就出現411#報警。這種現象是比較典型的指令與反饋不諧調，有可能是反饋丟失脈沖，也有可能是負載過重而引起的誤差過大。

由于是半閉環控制，所以反饋裝置就是電機后面的脈沖編碼器，該機床使用FANUC 0iTB數控系統，而且X 軸和Z 軸均配置ai系列數字伺服電機，所以編碼器互換性好，并且比較方便，因此維修人員首先更換了兩個軸的脈沖編碼器。但更換以后，故障依舊，初步排除編碼器問題。

通過查線、測量，確認反饋電纜及連接也無問題。視線轉向外圍機械部分，將電機與機床脫離（見圖2）。

圖2 電機與機械脫開試驗

將電機從聯軸節中卸下，通電旋轉電機，無報警，排除了數控系統和伺服電機問題。檢查機械，此時，最好用手盤絲桿，發現絲桿很沉，明顯超過正常值，說明進給軸傳動鏈機械故障，通過鉗工檢修，修復Z 軸機械問題，重新安裝Z 軸電機，機床正常工作。

3 實例之三

摩爾數控坐標磨床，緊急停止不能釋放，檢查所有緊急停止開關，均良好，并且沒有硬件超程發生。

分析處理：查看梯形圖（見圖3）。

圖3 摩爾坐標磨床的“急停處理”實例

發現在G8.4之前，串接了許多輸入信號，其中X8.4（*ESP）狀態良好，但是X2.6斷開、R18.7激活由閉觸點變為開觸點，所以G8.4斷開，變為低電平，*ESP觸發，CNC緊急停止。

參考機床說明書，了解到X2.6是側頭信號，R18.7是側頭保護中間繼電器信號，進一步檢查側頭裝置，發現側頭裝置報警，導致X2.6和R18.7無法正常工作，修復側頭放大器后，問題解決，CNC緊急停止信號釋放。

4 實例之四

加工中心機床，電源無法正常上電，電源單元紅燈亮（電源報警）。

分析處理：經初步診斷為24E短路引起系統無法上電，處理方法為將I/O模塊一個一個地摘除，當摘除到第1個輸入模塊后，電源24V正常，進一步檢查該模塊上的輸入輸出點，最終發現X9.2（Z 軸回零減速開關）對地短路，更換開關及整理線路，故障排除。

5 實例之五

某數控車床，FANUC OTD控制系統，FANUC a系列串行主軸，M03指令發出后出現主軸速度誤差過大報警，主軸模塊上的7段顯示管“02”#報警，機床無法工作。

我們先后更換了主軸模塊，反饋電纜，最終判斷是主軸電機速度反饋問題，但是更換磁傳感器備件后，原故障依舊沒有解決。

后將主軸電機運至北京，經專業技術人員檢查，發現電氣系統及器件良好，但是主軸尾部端跳0.3mm以上（正常情況應該在0.01～0.02mm以下），導致齒面與傳感器之間的間隙波動太大，無法有效調整和固定磁傳感器位置，引發速度誤差報警。具體檢查方法（見圖4）。

圖4 主軸速度反饋測速齒輪的跳動檢測

經進一步診斷，發現主軸電機后軸承座徑向尺寸被磨大，已經無法固定軸承外圈，只得訂購后軸承座備件，以備更換。

過后了解到，造成這一問題是由于鉗工更換主軸三角帶后張力調得過大（見圖5），導致后軸承座損壞，所以我們在今后的日常維修保養中，要引以為戒。

圖5 主軸電機軸端受力分析

6 實例之六

某加工中心，執行M10轉臺卡緊，但是屏幕上M10程序段不能完成，數十秒鐘之后，出現PMC報警，顯示M-FIN信號沒有完成。

轉臺卡緊的工作過程見圖6。

圖6 M10與轉臺卡緊/松開控制

轉臺卡緊工作過程為：

（1）輸入M10轉臺卡緊指令；

（2）PMC譯碼；

（3）輸出Y指令，此例為Y10.0；

（4）2位4通電磁閥換相；

（5）液壓缸動作，帶動轉臺下移卡緊；

（6）卡緊到位后接近開關X10.0感應脈沖，PMC接受到X10.0的輸入信號；

（7）PMC處理M-FIN信號，M代碼完成。

故障診斷時，檢查G5.0M-FIN信號是否觸發。通過梯形圖觀察，G5.0確定沒有觸發，通過梯形圖發現原因出在X10.0沒有信號。經進一步檢查，確認Y10.0有輸出，電磁閥也吸合，轉臺機械動作也到位。使用金屬物體感應接近開關X10.0后，PMC有反應，說明開關本身良好，最好調整開關與擋鐵的距離，感應信號，問題解決。最終原因是接近開關位置偏高，通過調整解決M-FIN報警問題。

7 結束語

由于數控設備維修是一項技術含量很高的一項工作,因而對維修人員技術水平要求也很高,不但要在電氣系統上下功夫,還要具備機械、液壓等方面的知識。要熟悉整個機床的結構和工作原理，吃透控制系統的PMC梯形圖、系統參數的設置，出現問題后，應首先判斷是機械問題還是電氣問題，是強電問題還是系統問題，是系統參數問題還是PMC梯形圖問題，要善于利用系統自身的報警信息和診斷畫面。需要不斷總結數控機床的維修經驗，逐步提高對故障的判斷能力及排除故障的處理能力。

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