數控機床故障分析與排除實例

■連云港倍力特科技發展有限公司 （江蘇 222023） 李云逸

■江蘇經貿技師學院 （連云港 222061） 文 林

隨著數控技術的發展和應用，數控維修這門技術就被提到議事日程，而數控機床因機床種類多又有許多數控系統，并且系統又有許多系列，這給數控機床維修人員無論是理論基礎還是動手技能分析能力和維修經驗都提出了一定要求。特別是現在二手設備多，操作工變換不定，使設備故障率高，且有的設備維修又缺少技術資料，維修難度更大。下面將維修數控機床的一些經歷向大家介紹一下。

1. 案例1

M 7 0 系列中國臺灣精功科技有限公司生產的P M-6 5 0 加工中心（系統：M I T S U B I S H I M70；主軸電動機驅動：MDS-DSPJ3-7.5；三軸伺服驅動：MDSD-SVJ3-20）。

（1）故障現象。加工中心在換刀過程中，當機械手轉到主軸位置主軸完成松刀動作后機械手不能下移進行拔刀，出現停機并報警，顯示屏顯示報警為“1006 TOOL CLAMP/UNCLAMP L，S E R R O R”當前刀號顯示9 9（LED），再執行M06換刀指令時顯示屏顯示報警為“1021 ATC ARM NOT AT ZERO POS和1006 TOOL CLAMP/UNCLAMP L，S ERROR”機床不能運行。

故障分析：根據《M I T- S U B I S H I M70型系統維修手冊》，引起“1006”故障原因是：主軸夾刀系統夾緊和松刀有故障；引起“1021” 故障原因是：機械手不在零位。

故障排除：通過咨詢維修工程師（電話），先人工轉動機械手驅動電動機（電動機軸端有一方軸）使機械手回到零位（當機械手控制箱上3個凸輪開關只有1個被觸發也就是只看到一個發光二極管亮時為機械手零位），這時按復位鍵后“1021”報警號消失并顯示“ATC ARM AT 0 POSITION”；這時還可以通過以下操作使機械手準確回零位。

按【MONITOR】鍵，顯示進入監控界面，按【P L C（開關）】，按【設定有效】，按【Y】鍵，下移鍵選“32 T TAELE RESET”【ON】，再按【關閉】，將工作方式選為回參考方式，使Z軸回參考點，再將工作方式選為M D I方式，輸“M90”，按【INPUT】鍵，然后連續兩次按【+X】鍵，機械手會執行一連串動作回到零位，“ATC ARM AT 0 POSITION”顯示消失。

將工作方式選為手動，按住松刀按鈕，主軸能完成松刀動作，松開松刀按鈕主軸能完成緊刀動作，并且在松刀到位時，查松開到位開關動作正常（電器柜里端子號116和24P為零電壓，說明松開到位開關導通，注意這里忽視了對夾緊到位開關的檢查，用戶電工反映夾緊到位開關是好的），在夾緊到位后查松開到位開關動作也正常（電器柜里端子號116和24P的兩端電壓為D C24V，說明松開到位開關已斷開，而117和24P的兩端電壓為零，說明夾緊到位開關導通），這時選刀號，刀庫動作正常，在刀庫動作時當前刀號顯示被選刀號（LED），刀庫動作完成后當前刀號仍顯示99（LED），并且一執行換刀指令就會出現以上故障現象。

再次咨詢維修工程師（電話），在消除“1 0 2 1”和“1 0 0 6”報警后，將工作方式設置為M D I 方式，輸入“G91G30Z0”（使Z軸回到第二參考點即換刀位），按【啟動】按鈕，主軸運行到換刀位；再輸入“M19”（使主軸準停），按【啟動】按鈕，主軸執行準停；再輸入“M81”（這里應輸入M71即刀套向下指令，而M81為工作臺交換確認，對方可能是記錯），按【啟動】按鈕，大概30s后機床出現“1033”報警（氣壓過低報警），查壓力傳感器（120、24P兩端子電壓為零）正常，即使讓120、24P兩端子短接，“1033”報警仍會出現，說明這是假報警。這時維修工程師告知用PLC梯形圖來看故障點，其方法如下：

按【MAINTE】鍵，按【維護】鍵，按【輸入密碼】，輸入“MPARA”按【INPUT】鍵，再按【F0】鍵，這時顯示器就顯示梯形圖了，查梯形圖以下各點工作狀態（見表1）。

在梯形圖界面按【翻頁】鍵和【下移】鍵，查到有X0D、X09、X6和X16機床輸入信號位置界面時（梯形圖556、562行），按“松刀”按鈕和用手壓氣動換向閥，通過梯形圖獲知X09、X6和X16共3個輸入信號正常，只有X0D輸入信號沒有變化，始終為閉合狀態，即主軸無論是松刀還是緊刀，緊刀位開關始終為常閉，說明該開關已損壞，更換該型號開關并調整位置（可通過梯形圖查看X0D通斷狀態），此時用換刀指令M06換刀，動作正常，LED數碼管顯示當前主軸上的刀號，但這時在手動方式下按主軸松刀按鈕時，出現“1007 CHECK MOTOR AND RESET THERMAL RELAY”（檢查電動機及復位熱繼電器）報警，這又是一不切實際的報警，查松刀按鈕與電器柜端子號125、24P相連，調整端子線125位置，當它接在與115線左側相鄰端子時，主軸松刀動作（這可能是公司自己維修時誤動了該線位置），機床修復。

（2）故障現象：因該機床在執行程序過程中，操作者發現換刀時所選刀號不對，在機床換刀過程中就按了進給保持按鈕，然后又按了【R E S E T】復位鍵，這時換刀動作停止了，但更改程序后再執行程序時，機床出現“1027 MAG，POT NOT STANDBY OK EXCUTE T CODE AG A I N”（刀杯沒到位，設備未準備好，排除后重新執行T代碼）報警，機床不能工作。

故障分析：因機床換刀時執行的是相對固定循環程序動作，每個動作執行到位并發出電信號，下個動作自動執行，但其中某一動作執行不到位置就停止，下一個動作就不會執行，并且機床換刀時默認初始位置狀態。

故障排除：因該機床是二手設備，操作工又是新換的，他對本機床操作還不是太熟悉，筆者到現場后，聽了操作工的操作過程和機床顯示器上所出現的故障代碼及提示，分析可能是刀杯未轉到位所致，筆者同時又短信告知該系統維修工程師，得到對方確認，排除過程其實很簡單，將工作方式轉換在手動方式下，按住刀杯正轉（CW）或按住刀杯反轉（C C W）按鈕，使刀杯旋轉，然后松開按鈕即可，刀杯會到位后自動停止的，這時再執行程序，機床工作正常，故障消除。

2. 案例2

FANUC serier 0i Mate-TD 沈陽機床股份有限公司生產的C A K5085d j車床（CNC：MAIN BOARD（主板）：0042C 800070000203 SERVO CARD（伺服卡）：00146 310 伺服放大器：A06B-6130-H001（V08611589）。

故障現象：該車床在加工零件的換刀過程中顯示屏顯示刀架找不到刀位號，機床不能運行。

故障分析與排除：該車床刀架是由沈陽機床股份有限公司數控刀架分公司生產的，型號為：SLD 150AD，打開刀架罩殼后，發現該刀架發訊盤型號為JX-4W，它是通過簧片接觸式開關的通斷來檢測和判斷刀位的，該刀架發訊盤有一固定盤，其中間為一整圓環銅薄與機床數控系統COM連接，四周均勻分布4個間斷圓環銅薄，與機床數控系統的4個刀信號連接，還焊有1個微動開關（一端與COM焊接），用于檢測刀架是否夾緊，還有一動盤隨刀架一起轉動，其上固定了一長一短且相連的兩接觸簧片，其中短接觸簧片始終與固定盤中間整圓環銅薄接觸，而長接觸簧片根據其與固定盤相對位置與固定盤四周分布的4個間斷圓環銅薄中的一個保持接觸或斷開來確定刀位。斷開電路，人工旋轉刀架檢測發現盤COM與任一刀信號連接點間阻值（導通時），其阻值較大，按理在導通時阻值應接近零，分析可能是油污污染了觸點所致，卸下發訊盤，用酒精清洗接觸簧片和銅薄，重新裝配后換刀動作正常，故障消除。

表 1

3. 案例3

G S K 9 8 0 T DC沈陽機床廠生產的C K 6 1 5 0 車床（系統：GSK980TDC，伺服系統：GS2000 j08GB03309 H75）。

故障現象：該數控車床原系統是FANUC系統，直流電動機伺服驅動，因使用近30年，其故障率高，維修成本大，因而對其系統進行了改造。改造后的機床在加工階梯軸時加工尺寸和編程尺寸相差較大，例如用同一刀位同1把刀具同一切削方向在1個零件上加工φ 150mm和φ 133mm兩外圓，X方向對刀在φ 151m m左右，加工后測量φ 150mm合格，φ133mm為φ131.9mm不合格；用50量程百分表測量車床中拖板位移（X方向），在MDI方式下輸入“G01U-10（10）F0.4”按輸入鍵，觀察百分表顯示中拖板位移了5.34mm，也就是說程序要求其直徑減少10mm，實際加工使直徑減少了10.68mm，造成這種加工誤差的主要原因是數控系統和伺服驅動器中電子傳動比參數設置不正確造成的（廣數老系統僅在伺服驅動器中設置電子傳動比參數）。

故障排除：根據G S K980- TDC使用手冊其原參數設置如表2（相關部分）所示：

按使用手冊參數說明其X軸

表2 原參數設置

電子傳動比為

CMRN/CMDN=（4Cδ/2L）×（ZM/ZD）

式中，δ為系統最小輸出指令單位（0.001）；C為伺服電動機編碼器線數（2 500條）；L為X軸絲杠導程（6mm）；ZM為X軸絲杠端齒輪（或同步輪）齒數（無）；ZD為X軸伺服電動機端齒輪（或同步輪）齒數（無）。

將這些數據帶入計算公式得出結果和原設置參數一致，電話咨詢廣數技術工程師，回答這是個例，只有慢慢調試，根據用百分表實測數據，機床X軸實際移動距離（直徑）＞程序輸入數據（10.68∶10），應減少CMRN或增加CMDN參數值，采取接近法，逐步調試其參數值，最后將CMRN參數設置為：5000，CMDN參數設置為：6245，再用百分表檢測數據，機床X軸實際移動距離（直徑）等于程序輸入數據，問題得到解決。

4. 結語

總之，在機床維修過程所遇到的故障是多種多樣的，機床結構和布線也是多種多樣的，且目前在國內使用的數控系統，大多數故障自診斷能力還較弱，不能對系統的所有部件進行測試，也不能將故障原因定位到具體的元器件上，往往一個報警號會有眾多的故障原因提示，有時還不能反應出真正的故障原因，但只要筆者們不斷學習、不斷請教故障維修專家、不斷總結經驗，在維修過程能根據具體情況用心去分析，有條不紊地去排查并結合常用的故障分析與檢測方法，那么維修過程中遇到的問題就容易解決了。