基于故障實例談數控機床的維護與維修

趙應豪 衡紅星 劉首舉

摘 要：數控機床是企業保障產品質量與提高生產效率的關鍵設備。對于維修人員來說保障設備正常生產、減少故障停臺時，能夠有效提高數控設備的使用效率。文章通過6個案例介紹維修人員應該掌握數控機床的基本維護內容和維修方法。

關鍵詞：數控機床；維護；維修方法

中圖分類號：TG659 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）22-0112-02

Abstract： CNC machine tool is the key equipment for enterprises to guarantee product quality and improve production efficiency. For the maintenance personnel to ensure the normal production of equipment， reduce the number of failures stop， can effectively improve the efficiency of the use of CNC equipment. This paper introduces that maintenance personnel should master the basic maintenance content and maintenance method of CNC machine tool through 6 cases.

Keywords： CNC machine tool； maintenance； maintenance method

數控機床是一種技術復雜的精密自動化設備，相比傳統設備其故障發生的原因復雜，牽扯到的因素較多。定期對數控設備進行維護，可以提高設備的可靠性，延長平均無故障時間。利用數控系統、伺服驅動系統和機床PMC提供的診斷工具和維修手段，來快速排除故障是維修人員應具備的基本維修方法。

1 數控設備的日常維護

數控機床由于配備的硬件質量可靠性較高，相比普通設備故障率較低，維修人員容易忽視設備維護的重要性，造成其長期“帶病”工作，最終造成較大的設備故障。

例1：缸體二車間一臺NBP1300A友佳立式加工中心，主軸有高低兩檔變速功能。

故障現象：主軸由低擋向高檔切換時有時出現報警信息、機床在換擋過程中有時出現總電源跳閘現象。

故障分析與處理：通過PMC監控換擋過程，發現故障是由于機械脫檔造成。進一步檢查，發現主軸變速箱內的潤滑油已經變成乳白色。通過拆除外圍附件，找到故障根本的原因，加工中心主軸中心出水的旋轉密封磨損，大量切削液進入潤滑油油箱，造成齒輪嚙合困難。同時，主軸電機由于受到飛濺切削液的浸潤，絕緣降低造成主電源漏電保護器跳閘。通過更換新的潤滑油、中心出水旋轉密封、電機骨架密封，對絕緣減低的主軸電機烘干處理，故障最終解決。

例2：缸一車間一臺FANUC 0i MD系統的缸體加工單元，其刀庫和換刀臂軸采用βI伺服驅動器，采用FANUC I/O LINK軸控制方式。

故障現象：機床開機出現報警信息提示：ATC CONTROLLER ALARM（224），同時βI伺服驅動器有紅色LED報警。

故障分析：進入POWER MATE CNC管理器在PMM參數列表中可以看到11.0=0（ABSX絕對位置檢測器和機床位置的對應關系尚未建立），11.7=1（絕對脈沖編碼器帶有檢測器）。通過β伺服放大器故障說明書，對比7段伺服LED指示燈紅綠組合狀態，確定刀庫和換刀臂軸兩軸的參考點位置丟失，原因是后備電池電壓降低，操作工忽視報警，繼續帶病工作直至引起絕對脈沖編碼器數據丟失報警。

故障處理：（1）更換6V伺服驅動器電池。

（2）操作方式鑰匙開關撥至刀庫側，點動刀庫轉動至換刀位，手動捅液壓閥把刀套還回刀庫。

（3）點動刀庫旋轉使1號刀套至待刀位，設置通道1

中G2參數表中11.0設為1。

（4）修改PMM參數中D數據表中的相關參數。

（5）MDI方式下換刀，驗證刀庫中刀位是否正確。

（6）刀庫位置調整正確后，調整ATC刀臂原點位置。用手輪方式搖動刀臂回到原位時的水平位置，設置通道1 G3中參數11.0設為1，斷電重啟。

（7）在伺服參數4077中調整主軸的定向角度。

類似上述由于維護不到位造成停歇臺時較長的案例，在數控設備故障統計中占有較大比例，我們若加以重視其實是可以避免的，這說明數控設備日常維護具有重要意義。

維修人員需要定期對數控設備機械部分的液壓、潤滑、氣動回路進行預防性的檢查、維護。定期檢查電氣部件、機床的超程限位，定期檢查、清理數控設備的散熱風扇，空調，定期更換系統、伺服的存儲電池，定期做好數控系統參數、PMC程序、硬盤的備份、伺服系統相關參數的備份，定期對閑置數控通電。

2 數控機床的維修方法

隨著微處理器技術的發展，數控系統的自診斷功能越來越強大，在數控設備的故障檢測中，應充分掌握數控系統的診斷功能和手段，如開機自診斷、運行中的診斷，PMC程序的監控功能，伺服單元的故障報警、伺服調試軟件的應用等，來快速解決故障。

例3：通過數控系統的診斷功能，對配置西門子A2100系統的辛辛那提Arrow1000加工中心進行監控，排除總線故障。

故障現象：開機自診斷過程正常，硬件檢查過程中出現Profi-bus rack not responding報警信息，按消除報警故障依舊。

故障分析與處理：A2100系統采用Profibus-DP總線通訊方式，當某個從站DP插頭接觸不良、斷線或模塊損壞時出現相應的報警。通過A2100系統的硬件診斷功能進入I/O界面，輸入從站地址監控相應的分布式I/O的狀態，很容易快速確定是那個DP地址故障。

例4：即例1配置0I-MD系統的友佳立式加工中心主軸換擋故障的具體電氣PMC分析過程。

故障分析與處理： NBP1300加工中心的主軸換擋是通過電磁離合器帶動撥叉進行高、低速齒輪切換，1500轉以上通過PLC程序自動換為高速檔。報警表現為低速換向高速檔切換時指示燈一閃就滅，然后高低速檔指示燈都不亮，此時出現EX1370：SPINDLE GEAR IN-POSITION ERROR 報警。

處理過程：（1）首先通過SYSTERM鍵→PMCCNF（配置）→符號，進入查看符號、注釋顯示/編輯畫面，EX1370對應的報警地址為A3.6。

（2）進入PMC程序，搜索A3.6，通過分析PMC程序，查看觸發報警的可能原因：

a.主軸高檔信號X1.5及抵擋信號X1.6同時ON或同時OFF。

b.換擋時檔位檢知錯誤，由R517.5觸發。

c.換擋過時，檔位未檢知，由R551.6 GEAR CHANGE OVER觸發。

以上三種情況，前兩種通過故障現象及PLC程序均有可能，第三種可以排除。

（3）利用發那科系統的TRACE信號追蹤功能設定相關參數，進行過程監控，準確判斷引起故障的原因。追蹤地址的設定： X1.5（HGLS）、X1.6（LGLS）、Y2.3（>HG）、Y2.4（>LG）、R517.5。通過與正常換擋信號畫面的對比，發現故障時HG（Y2.3）離合器動作正常，能夠換擋，但是LGLS（X1.5）出現接通2.6秒后又脫開現象，此時高低速X1.5、X1.6檔位信號均沒有，出現脫檔觸發報警。

（4）進一步檢查，主軸換擋變速箱進入大量切削液，摩擦增大造成齒輪不能順利嚙合這是故障的根本原因。

例5：通過西門子simocomu軟件監控飛輪線ARROW500加工中心伺服驅動C501報警。

故障現象：系統開機后，在加工中經常出現611U伺服單元C501 報警，需要斷電重啟才能消除報警。

故障分析與處理：查西門子611U報警手冊C501報警的含義：電流量測量回路錯誤。C501報警解釋的關鍵詞：功率模塊、參數設置、編碼器的安裝位置。

a.先易后難的原則，檢查伺服電機，檢查硬件的連接，然后通過用萬用表測量電機端子對直流母線正負端的阻值，通過對比數據正常，IGBT沒有明顯直接擊穿現象，隨后交換profibus通訊模塊排除了總線通訊故障可能。

b.利用西門子simocomu軟件與驅動器建立聯機，發現主軸電流在MDI固定轉速指令的情況下，電流很不穩定，忽大忽小。

c.備份雙軸伺服參數，用替換法排除軸控卡故障。用SimoComU軟件對611U伺服驅動器雙軸模塊進行動態性能優化，排除參數設置不當。最后，通過交換法確認故障出現在功率模塊上。

例6：修改換刀宏程序，解決缸二車間FMH800臥加主軸換刀卡刀故障。

故障現象：發那科31iMB系統的臥加，經常出現卡刀現象，故障時換刀臂定位鍵與HSK刀柄的鍵槽錯位。

故障分析與處理：FMH800主軸電機采用內置Mi傳感器進行速度控制，使用外部接近開關（一轉信號）進行位置控制，主軸有兩檔變速，通過標記發現故障是因主軸定向位置偏差造成，由于設備處于保修期廠家協助排查故障。

a.硬件的檢查排除：排除接近開關原因、重新整定主軸定向偏置參數、更換主軸伺服驅動器、更換主軸ZF齒輪箱（排除齒輪箱間隙因素）。

b.通過對主軸定向時序的分析，研究主軸換刀宏程序O90004，在M06指令前添加（S600；GO4 X1.）程序步，最終排除故障。故障說明：具有變速箱結構的主軸，采用外部一轉開關信號進行位置控制時，由于傳動鏈影響的因素較多，高速定向時不一定可靠。

通過以上幾個維修案例，充分說明掌握數控系統豐富的診斷功能、PMC程序工具的應用、PMC程序的分析能力，及伺服軟件的應用是我們維修數控機床的基本方法。

3 結束語

維修人員只有掌握了科學的維護與維修方法和技能，不斷提高自己的素質，才能更好地發揮高精度、高效率數控設備的效益。

參考文獻：

[1]李宏勝，朱強，曹錦江.FANUC數控系統的維護與維修[M].北京：高等教育出版社，2011，8.

[2]《數控機床數控系統維修技術與實例》編委會.數控機床數控系統維修技術與實例[M].北京：機械工業出版社，2001，7.