數控機床常見故障的診斷與維修案例

李培

【摘 要】數控機床雖然有很多種類，但常見的有數控車床、數控銑床以及加工中心三種類型，在控制上有簡單的控制，也有復雜的控制，但是其數控系統控制對象主要包括三類，分別是主軸電動機的旋轉運動控制、對加工軌跡連續進給運動的控制以及開關的控制。本章所探究的是數控機床控制中總體故障及常見故障的診斷及其維護，著重介紹FANUC系統故障。

【關鍵詞】數控機床 控制 FANUC系統故障 維修

1故障常用的診斷方法及其診斷用的工具及儀器儀表

1.1常用的診斷方法

1.1.1直觀診斷法

當故障發生時，要對數控機床的故障進行觀察，利用各種人體自身的感覺器官進行故障查找，觀察主傳動的轉速、是否發熱、機床的外表是否變顏色，查看工件有無損壞，觀察系統報警顯示、驅動報警指示燈的狀態，還要詢問運轉過程中故障是如何發生及發展的，并聆聽機械運轉的相關部件是否發生了異常的聲響，嗅相關摩擦和電氣件的短路狀況是否有異味，諸如油煙味、焦糊的異味。還要用手感知機械有關部位的溫度，看有無發熱、震動、劃痕，用手去轉動主軸，感覺其松緊有無適中，從而分部判斷機床正常與否。

1.1.2系統自診斷功能

現代化的機床都配備了自我診斷的功能，對機床進行系統內部診斷，從而監測出相關故障并給予報警顯示。當維修員看到報警信息，會借助其報警信息或者是診斷書進行快速故障維修。現代化的數控機床自診斷系統主要是FANUC等數控診斷系統，它包括了報警、診斷、伺服調整和主軸監視、PMC診斷等各個畫面，另外還有LED數碼顯示的報警代碼。

1.1.3手工診斷法

這主要是維修員根據自身的經驗進行數控機床的故障判斷，常用到的方法：進行系統的數據備份與恢復、交換模塊、軸屏蔽等，這些主要用在伺服驅動的故障排查。

1.2涉及到的工具及儀器儀表

用于測量的儀表有萬用表、示波器、鉗形電流表、兆歐表、百分表或者是千分表。相關工具有“+”字形和“—”字形螺釘旋具，分別有三種型號規格。還要用到筆記本計算機，利用里面的專業傳輸軟件進行數控機床的系統數據備份與回裝，另外，將筆記本計算機和數控系統連接，將數控系統的PLC傳輸到筆記本計算機，然后進行程序編輯，并對其運行狀況實施監控，亦或將編輯好的PLC程序載入數控系統。在數控系統故障偵查診斷中，還涉及到相關技術資料，例如操作手冊、編程手冊、機床結構簡圖及其說明、PLC程序等相關資料，以便維修人員進行故障維修時進行準確參照。

2數控系統故障的診斷及其維修案例

2.1 FANUC數控系統硬件故障維修案例

案例1：某數控機床在開機時出現了報警“920WATCH DOG TIMER”（看門狗超時）。

所屬數控系統為：FANUC 0TC。

現象：在開機時顯示920報警，指示系統出現報警。

故障檢查分析：對報警信息FANUC 0TC系統920報警進行分析，它屬于系統監控報警，表示系統已經出現了問題。

FANUC 0TC系統對應對應的是FANUC 0C系列中的車床板，而FANUC 0C系統的組成包括了數控控制單元、主軸與進給伺服單元和相應的主軸電機以及進給電機、系統操作面板、CRT顯示器、機床操作面板、附加I/O接口板、手搖脈沖發生器以及電池盒等。

FANUC 0C系統是大板結構的數控單元，一般其配置是：

CPU底板，又稱主印刷電路板，其它各功能板都插接在此板上，主要系統的主控制，也就是數控機床的“大腦”核心，是所有執行程序最關鍵的部位。

電源模塊（電源單元）：為數控系統進行電源的控制，提供電源有+5V、±15V、+24V、+24E。

圖形顯示模塊：提供顯示的相關圖形功能，是控制系統表達功能，實現“人際交流”的控制作用。

PMC模塊：它采用了PMC--M型的可編程控制器，提供擴展輸入和輸出板（B2）接口。

基本控制模塊：是伺服控制系統的重要部分，也是執行數控的關鍵部件，主要提供X、Y、Z軸以及第四軸的進給控制的指令，并接受對應位置編碼器所反饋的信號。

PMC輸入輸出接口模塊：它是機床的數控系統進行開關信號的連接口，通過相關插座接口將信號進行連接輸入和輸出，為PMC提供信號的輸入或輸出。

存儲器模塊：這是系統的記憶裝置，以便進行程序和數據的存儲，也要串行諸如主軸、CRT/MDI、Reader/Puncher、模擬主軸、主軸位置編碼器以及手搖脈沖等接口。

以上各模塊都插在CPU底板上，連接CPU總線。為了對故障點進行排查，這里采取“互換法”，即將故障機床上的以上各模塊和另一臺無故障機床各模塊紛紛依次進行互換，結果該機床還是有920報警顯示。因此，現在懷疑CPU底板（A20B-2000-0170/06B）的問題，隨后進行系統底板互換，而此時故障轉移到了另一臺機床上，由此可知是系統底板的故障。

故障處理：更換系統CPU底板，從而恢復機床正常運轉。

2.2 FANUC數控系統軟件故障維修案例

案例1：某數控機床顯示報警“22NO CIRCLE”（沒有圓弧）。

所屬數控系統為：FANUC 0TC系統。

現象：在調試加工程序時，顯示22號報警，表示無圓弧。

故障檢查分析：根據22號報警提示，表明圓弧指令中沒有對圓弧半徑R進行坐標值I、J或者K的指定。因此，應進行加工程序檢查，發現該程序中的圓弧加工語句中出現了“G03 X50 Z60 I15”，導致了故障的發生，其中該語句少了K值。

故障處理：對加工圖紙進行檢查，此處的圓弧Z坐標無變化，是編程者將無數值變化的Z值“K0”粗心省略了，以至于有了該報警。隨后在該語句中輸入“K0”，再次執行程序時沒有任何報警顯示。

2.3數控機床常見故障維修案例

案例1：某機床在回零時，發現機床回零的實際位置出現每次都不一樣，漂移一個柵點或者是一個螺距的位置，并且是時好時壞。

故障分析：如果每次漂移只限于一個柵點或螺距，這種情況有可能是因為減速開關與減速撞塊安裝不合理，機床軸開始減速時的位置距離光柵尺或脈沖編碼器的零點太近，由于機床的加減速或慣量不同，機床軸在運行時過沖的距離不同從而使機床軸所找的零點位置發生了變化。

解決辦法：（1）改變減速開關與減速撞塊的相對位置，使機床軸開始減速的位置大概處在一個柵距或一個螺距的中間位置。（2）設置機床零點的偏移量，并適當減小機床的回零速度或減小機床的快移速度的加減速時間常數。

案例2： 一臺數控車床，X、Z軸使用半閉環控制，在用戶中運行半年后發現Z軸每次回參考點，總有2、3mm的誤差，而且誤差沒有規律。

故障分析：調整控制系統參數后現象仍沒消失，更換伺服電機后現象依然存在，后來仔細檢查發現是絲杠末端沒有備緊，經過螺母備緊后現象消失。

解決辦法：用烙鐵將脫落的線頭焊接好，故障即可以排除。

3結語

對外部故障的診斷，我們總結出兩點經驗，首先應熟練掌握機床的工作原理和動作順序。其次要熟練運用廠方提供的PLC梯圖，利用NC系統的狀態顯示功能或用機外編程器監測PLC的運行狀態，根據梯圖的鏈鎖關系，確定故障點，只要做到以上兩點，一般數控機床的外部故障，都會被及時排除。

參考文獻：

[1]劉永久 主編.數控機床故障診斷與維修技術（FANUC系統）第2版.機械工業出版社，2010（08）.

[2]蘇國強，李小寧，滕燕.氣動點焊伺服焊槍實驗平臺及故障模式研究[J].機械制造與自動化，2012（02）.