數控機床故障分類及利用PMC進行故障診斷

盧彥峰　呂岑

隨著數控技術在機械加工行業的廣泛推廣和應用，數控維修技術的地位越來越重要，同時市場對數控機床故障診斷與維修的高素質人才的需求也越來越迫切。由此可見，熟練掌握數控機床故障診斷維修技術與方法已經成為機電數控類學生必須具備的技能之一，因此，開展基于系統開發的數控機床故障診斷與維修教學實驗平臺，對提高學生的數控機床故障診斷維修技術水平具有重要意義。

數控機床發生故障的原因多、而且比較復雜，現針對數控機床故障診斷與維修教學實驗平臺將設置常見的故障分為以下幾類：

（1）電氣及機械故障

數控機床的電氣故障主要包括強電故障與弱電故障兩種故障模式，強電部分是指接觸器、繼電器、熔斷器、開關、電動機、電源變壓器、電磁鐵、行程開關等電氣元器件及其所組成的電路，弱電部分主要有PMC控制器、CNC裝置、伺服裝置、顯示器以及I/O裝置等電路。

數控機床的機械故障主要表現在以下幾個方面：導軌運動摩擦與機械傳動誤差過大，故障表現為加工精度差，傳動噪聲大，運行阻力大。通過在PMC中設置故障可進行故障診斷的訓練，在PMC中增加故障程序段常用的有兩種方法，分別是串聯、并聯觸點。通過在無故障PMC上串聯己定義好的常閉或常開觸點，使其輸入進CNC的信號得出相反的值，可達到設置故障的目的。為了使故障診斷實驗臺的故障指示燈亮，可在該段增加的程序后，并聯一條語句，將地址送入故障設置對應的PMC輸出。還可以設置主軸、刀架上的一些機械故障。

（2）無報警顯示及報警顯示故障

無報警顯示故障發生時，就是指無任何硬件或軟件的報警顯示。例如機床通電后，在手動方式或自動方式運行時，X軸出現爬行現象，無任何報警顯示。對于此類故障需具體問題具體分析，即根據故障發生的前后狀態進行診斷。報警顯示故障可以區分為硬件報警顯示與軟件報警顯示兩種類型。其中，硬件報警顯示是指數控系統各組成單元裝置由小型指示燈或者LED發光管組成的顯示狀態指示器。軟件報警顯示是指CRT顯示器上顯示出來的報警號和報警信息。

（3）軟件故障、硬件故障

軟件故障指CNC數控系統加工程序出錯、系統程序和參數設置出錯或者缺損等，一般通過認真修改參數和檢查程序可以解決這類故障。硬件故障是指數控裝置的印制電路板上集成電路芯片、接插件和外部連接組件發生的故障，例如集成電路短路、輸入輸出接口損壞等人為的故障，通過故障診斷實驗平臺設置故障，學生通過仔細觀察故障信息，分析判斷故障原因，使用排除法確定是否為人為故障。

CNC數控機床的PMC程序，屬于機床生產廠家的第二次開發產品，也就是生產廠家根據用戶對機床的功能需求和機床自身的特點，編制了機床運行控制程序，對運行過程進行監控，一旦出現異常情況時，報警信息便會發出。因此，在現場故障診斷與維修中，應充分利用采集的各種報警信息，這樣以利于我們迅速排除故障。

在PMC正常運行情況下，分析與PMC相關的故障時，應先定位不正常的輸出結果，例如機床進給停止是因為PMC向系統發出了進給保持的信號；機床潤滑報警是因為PMC輸出了潤滑監控的狀態；換刀中間停止，是某一動作的執行元件沒有接受到PMC的輸出信號。數控機床的PMC程序屬于機床廠的二次開發，即他們根據機床的功能和特點，編制相應得動作順序以及報警文本，對控制過程進行監控，當出現異常情況時，會發出相應得報警，我們在維修過程中，要充分利用這些信息。

（1）根據故障號診斷故障

應用實例：某數控機床的換刀系統，換刀指令不動作，在顯示器上顯示報警號，通過查手冊得知該報警號對應的是“刀庫換刀謂之錯誤”。通過分析，可初步判斷故障發生在換刀裝置和刀庫兩部分上，位置檢測信號為“0”，即無信號送至PMC，可能的原因是：一是機械問題造成的動作不到位而使開關感應不到；二是接近開關失效。首先檢查機械部分，手動控制機械臂的電磁閥，機械運轉正常，從而排除機械及液壓上的故障。其次檢查接近開關，用一金屬片接近接近開關，發現其開關正常。經檢查，該故障與其上兩點分析無關。經過操作觀察，兩次換刀時間的間隔小于PMC所規定的時間，從而造成程序執行錯誤，引起報警。

（2）依據控制對象工作原理診斷故障

數控機床PMC的程序是按照對象控制的原理來設計的，通過對控制對象工作原理的分析，結合PMC的I/O狀態檢測故障。在FANUC0iMate-TD系統中，梯形圖編程語言G則是由PMC輸出到NC的信號，F則是來自CNC側的輸入信號。

應用實例：某一數控車床使用FANUC-OT系統，當腳踏尾座開關使套筒頂尖頂緊工件時，系統產生報警。故障診斷排除：在系統診斷狀態下，調出PMC輸入信號，發現腳踏尾座開關輸入X04.2為“1”，尾座套筒轉換開關X17.3為“1”，，潤滑油液面開關X17.6為“1”。調出PMC輸出信號，當腳踏尾座開關被壓下時，輸出Y49.0為“1”，同時電磁閥也得電。這說明系統PMC輸入/輸出狀態均正常，分析尾座套筒液壓系統的故障可能性較大。由于單向閥的作用，尾座套筒向前時的油壓得到保持，該油壓使壓力繼電器常開觸點接通，在系統PMC輸入信號中XO.2為“l”，但檢查系統PMC輸入信號XO.2為“O”，說明壓力繼電器有問題，經進一步檢查發現其觸點損壞。

（3）基于PMC的I/O狀態診斷故障

在CNC數控機床中，輸入/輸出信號傳遞一般都要通過PMC接口來實現，因此，許多故障都可以從PMC的I/O接口表現出來。利用數控機床的這個特點，能夠為故障診斷提供方便，即使不用萬用表也可以知道信號的狀態信息，但有一個前提，必須要熟練掌握故障狀態和控制對象正常狀態的有關知識。

（4）動態跟蹤梯形圖診斷故障

利用PMC的梯形圖開展故障診斷是進行數控機床外圍故障診斷的基本方法，通過這種方法診斷機床故障，首先必須要搞清機床的動作順序、工作原理和連鎖關系，然后通過機外編程器或者結合系統的診斷功能，利用PMC梯形圖，查看標志位和相關輸入/輸出狀態，診斷故障原因。有些數控系統帶客隊梯形圖進行監控，調出梯形圖界面，即可以看到I/O點的通斷狀態和整個梯形圖的執行過程，有的系統則無法通過數控系統進行檢測，必須通過機外編程器才能監控梯形圖程序的運行。有些PMC在發生故障時，因過程變化快，可查看1/0及標志位狀態的瞬間變化，根據PMC的工作原理作出診斷。

（5）利用PMC對數控機床進行故障診斷應注意的方面

通過以上思路我們從中可以看出，要利用好PMC對CNC數控機床實施故障檢測需要注意以下幾個方面內容：了解牢記機床各組成部分檢測開關的安裝位置，例如加工中心的回轉工作臺、刀庫和機械手，數控車床的尾架和旋轉刀架，機床的氣、液壓系統中接近開關、壓力開關和限位開關等；了解執行機構部件的先后動作順序，如氣缸、液壓缸的電磁換向閥等，弄清其相對應的PMC輸出信號標志；了解各種條件標志，如停止、夾緊、啟動、放松和限位等標志信號；借助必要的診斷功能，必要時可用編程器跟蹤梯形圖的動態變化，搞清故障原因，根據機床的工作原理作出判斷。

近20年來，隨著數控技術在機床業的廣泛應用，數控機床作為一種自動化程度高、可靠性和穩定性優、加工作業精度高的機床，具有高質量、柔性好、高效率和高可靠性等多種特點，能夠有效滿足現代加工生產的迫切需要。但是當數控機床發生故障時，一般的維修保障人員無法準確地進行故障診斷，需要生產廠家專業技術人員提供現場服務，這樣不但需要花費大量金錢和時間，而且還會嚴重制約著數控機床的維修效率。因此，為了顯著提高故障診斷實驗平臺的實用性，使其做到“實用、管用、可用”必須進一步完善其功能，建立一個服務于數控機床的遠程故障診斷服務平臺具有非常重要的意義。

建立這樣一個故障診斷服務平臺，就是通過Internet將數控機床技術支持與服務等相關數控機床診斷信息、用戶信息等有效組織在一起，構建一個基于Internet的網絡化數控機床故障診斷與服務保障體系。在這種服務保障體系條件下，運用可重構技術，使分布在不地域的數控機床診斷資源實現有效組合，以便能夠根據不同的數控機床機型、不同的應用情況快速重構相應的故障診斷服務平臺，從而有效提高服務平臺的通用性和可重用性。

[責任編輯：許麗]