西門子840D數控機床的故障診斷及維修實例

王媛

摘 要：近年來，隨著科學技術的發展，各種型號的數控機床逐漸涌現出來。西門子840D數控機床是一種具備強大功能、靈活方便且技術先進的加工機床，本身存在的故障比較多，為此及時診斷故障，制定一系列行之有效的維修策略至關重要。本文分析研究了西門子840D數控機床的故障診斷及維修實例。

關鍵詞：西門子；數控機床；故障診斷；維修實例

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0064-02

西門子840D數控機床是西門子公司全新推出的全數字化數控系統之一，盡管在日常運行中存在各種問題，但是系統出現故障的幾率比較小，但是事無巨細，當故障發生時需要及時準確的將故障發生的根源找出來，并采取科學的維修方式。

1 維修原則

數控機床在維修過程中為保持思路清晰，取得理想的效果，通常需要嚴格按照一些基本原則，具體如下[1-3]：

（1）先動腦后動手。針對存在故障的數控機床，需要在掌握故障發生的原因、整個過程與現象的基礎上再動手操作；針對不熟悉的設備，需要事先對電路原理與結構特點進行了解，嚴重遵守相應規則。拆卸前需要對每個部件的位置、功能、連接方式和周圍器件關系進行充分的掌握，在缺少組裝圖的情況下需要邊拆卸邊畫草圖，切記需要將標記做好。（2）先外部后內部。首先需要對設備缺損、裂痕情況進行全面檢查，對其使用年限與維修史進行詳細的檢查，然后檢查機內。拆前需要將周邊的故障因素一一排除，當機內故障得到確定的情況下才能夠拆卸，不然會導致故障擴大，機床因精度喪失而導致性能逐漸下降。（3）先機械后電氣。機械零件在確定沒有任何故障的情況下，便可以開展電氣檢查。在對電路故障進行檢查的過程中，故障部位的尋找可以借助檢測儀器，在確定不存在不良接觸的情況后，需要對路線和機械之間的運作關系進行查看，防止誤判。（4）先靜態后動態。在斷電靜止狀態下，仔細的根據結構說明書對調試階段的數控機床，對電纜插件安裝、電纜和模塊插件的牢固情況進行仔細的檢查；判斷是否正確的連接線路板；全部集成電路上器件是否正常。值得一提的是，長時間閑置的老設備，因缺少維修極易出現一系列故障，如接線點氧化腐蝕、電纜疲勞破損而中斷信號傳遞等。（5）先清潔后維修。針對嚴重污染的數控設備，需要先做好清潔工作，如接觸點、接線點和按鈕等，對外部控制鍵進行檢查。因多數故障產生的原因與導電塵和臟污有關，所以清潔干凈后故障會自動排除。（6）先電源后設備。在整個故障設備中發生電源故障的可能性較大，為此可以先對電源進行檢查維修。（7）先排患后更換。針對破損的電氣部件第一時間不要先著急更換，而是需要對外圍電路設備進行檢查，待確定正常后再考慮要不要將已經損壞的電氣部件換掉。

2 故障診斷維修的一般流程

（1）充分調查故障現場。在診斷數控機床時需要先問診，通過與操作者交流詳細了解機床出現故障的情況、發生時外觀現象以及在故障出現后所采取的措施等。（2）建立故障樹。首先對數控機床故障進行充分的分析，然后利用適當的符號將誘發故障發生的因素表示出來，如主機、人為、CNC、環境、元器件因素等，并且將它們用邏輯符號與故障連接起來，在此基礎上分析故障發生的原因，最后將一棵故障樹建立起來。當出現機床故障時，故障原因的尋找可以采用主干、支干逐級分析法[4]。（3）將諸多可能引起故障的因素排列起來。建立故障樹后，便可以提供一個范圍以便選擇故障原因，然后便可以排列可能引發的原因。因數控機床出現同一故障現象的因素有CNC系統、機械和機床電器系統等眾多原因，為此在進行故障分析時需要羅列出相關的因素，采用排查法將故障產生的真正因素找出來。（4）故障出現原因的確定。采用機床技術檔案，結合判斷能力與現場經驗，綜合機、電、液知識和必要的儀器設備，將最可能的原因確定下來，采用實驗法進行逐一排查，最后將真正的故障誘因找出來[5]。

3 幾種常見的故障診斷法

（1）感官直面應對。當故障發生時，我們可以采用無五官感覺對事故類型進行判斷，及時發現可能出現故障的部位。這是一種最普遍、最明了的方法，能夠按照氣味和熱度縮小范圍的不同，促進現場搶救是長的延長。（2）自我診斷預警。自我診斷體制在面對故障時會自動作出相應的預警，并體現在CRT上，該方法非常適用于修理，一般機床系統均具有。（3）模式測試法。當數控設備在進行異常操作時，采用編程的方式可以將常用功能與獨特性能，手動或自動的完成一個測試模式的繪制。待數控設備進入后，可以通過對精準度與可信賴指數的判斷，來及時將故障發生原因準確的找出來。（4）替換備用元件。在備用元件存在的情況下，需要將故障起因及時找出來，采用事先備份對存在疑點的配備進行復制，如電路板和電路芯片等，將故障解救問題一一排除，在節省時間的同時最大限度的減少損失。（5）校對參數。數控參數在一定程度上會對數控機床的功能產生直接影響，對工作的正常運行會造成嚴重影響，為此，需要對數據體制內的參數及時校正，然后采用該方法科學的辨別數控參數變動所導致故障發生的可信度。（6）邏輯分析。以數控機場內部結構原理為依據，站在邏輯角度上對電平和與其間的相關特征參數進行深度的剖析，采用配件工作原理進行詳細的分析，將故障產生的真正原因找出來。只有對數控系統每部分和各零件性能進行全面檢測與了解的情況下，才能有效的利用邏輯分析，并取得理想的效果[6]。

4 維修實例

4.1 情況1

840D數控機床結束后，再次啟動后，各個給進軸并沒有出現的任何反應，然而顯示等常亮。經過分析得知：這個機床的三維進給軸能夠同時運動。按成技術鑒定后，三軸不運動與單一機械與控制軟件部分故障無關，與總控制位置處的電氣不正常有很大關系。當工作人員打開電柜后，發現內部板面出現明顯的低壓和預警。初步推斷電源電壓存在問題，然后采用萬能表進行勘察，對三軸電壓進行逐一檢測，最后做好故障處理工作，進行接洽固定，對其他電氣連接位置進行加固處理，待重新加工后，系統便可以恢復正常[7]。

4.2 情況2

利用840D數控機床加工產品時，Z軸會出現振動，但是不能精準的進行定位。經過系統的分析得知：在系統操控下完成的加工任務，發現電氣能夠正常的運行，任何的指令錯誤均不存在，則可以判斷機械部分出現了問題。將傳動箱拆開后，經查證齒輪不存在明顯間隙，一切正常，但是如果能夠細致的檢查就會發現尺座螺釘部分會出現明顯的晃動，因此會出現移位錯位的情況。

處理：牢固的固定螺釘，無阻礙的進行重啟。實際操作過程中，潤滑突然暫停，且顯示預警閃爍，數控機床也因此停止運行。突遇暫停且預警閃爍顯示，數控機床停運。分析發現，數控機床的潤滑系統擁有監控狀態的性能與控制方面的指令，出現超出常規模式的因素具體如下[8]：

（1）因潤滑油不充足所導致的開關關閉與預警；（2）潤滑油路出現下漏的情況；（3）壓力開關缺失敏感性；（4）Eli路出現閉塞；（5）泵電機加載過量。

具體處理方案：檢測油路開關，即壓力開關，發現器械損耗或積壓情況不存在便可以進行正常的操控；當再次檢測時，如果發現潤滑油位于油箱底部并不能順暢的使用后，會發現不明物體將油管道內部堵住，經手動清除后，機床可以正常加工。

4.3 情況3

在運行840D數控機床時，需要對其主軸進行檢測，在旋轉時速每分鐘低于430r的情況下會出現異樣的聲響，若主軸運行速度一直維持在每分鐘1200r時，則不會出現異樣聲響，且不會出現預警、通過分析得知，導致上述現象出現的原因與主軸的控制器、電機、變速箱出現故障油管。

處理：考慮到排查任務量，需要先排查和檢測控制器，沒有問題后需要排查電路板，若正常，則可以判定與控制器內部無關。然后便需要對機械部分進行檢查，異常聲響存在于主軸速度達到每分鐘300r時，到2100r/min時便消失，由此得知故障與機床內的發動機無關，與機械傳動有關。明確故障原因后對傳動部分進行專心查看，發現電動機在每分鐘300r、2100r的速度下轉動時速一樣，只有在時速較低的情況變速箱內部齒輪才會作減速動作，因此，故障位置位于變速箱，在低速狀態下齒輪會出現故障。更換新變速箱后，再次進行試運行，一切恢復正常。

4.4 情況4

840D數控機床運作時，CRT會出現數據指示，缺少拾起工件預警，在此基礎上排查工件，可以確定抓件設備已經拾起工件，但是仍然不能明確預警訊號出現的原因。分析過程：仔細的分析與辨別PLC的梯形形狀圖，得知位于感應部分的開關是問題出現的癥結。

解決處理：認真地檢測運行機械人員的崗位，判定工作人員沒有按照正確的程序進行工作，沒有徹底按下負責感應的開關，之后對設備人員的夾緊力度進行局部調整，從而可以輕松的解決問題。

5 結語

數控機床在多個領域中都比較受歡迎，如機械制造等，其最大原因在于優越的性能與較高的生產效率。相比較于傳統老式機床產品，其在故障診斷方面具有一定的專業性與高端性。作為組成數控機床的兩大系統，即硬件與控制系統，二者因組合方面的差異性，早控制模式和加工精密級別方面有很大不同，為此在診斷修理過程中需要對普通機床的故障診斷原理進行參考，并且還需要將個案實例情況結合起來。

綜上所述，本文介紹了西門子840D數控機床故障診斷維修的原則、一般流程、幾種故障診斷方法，最后重點介紹了四種維修實例。

參考文獻

[1]楊曾芳，呂希勝.基于故障樹的數控機床故障診斷系統[J].科技創新導報，2012，（18）：68-69.

[2]羅興華.西門子840D數控系統伺服跟蹤功能在維修中的應用[J].制造技術與機床，2014，（8）：139-142.

[3]王偉源，謝星昊，袁紅衛，朱坤.使用移動硬盤盒備份840D數控系統數據[J].設備管理與維修，2011，（4）：65.

[4]高虹，田雅旭.SINUMERIK 840D數控系統數據管理方法研究[J].金屬加工，2009，（12）：66-70.

[5]雷保珍，于濤，姜京宜.西門子840D數控系統的數據備份[J].制造技術與機床，2007，（10）：144-146.

[6]范芳洪.雷尼紹測頭系統在西門子840D數控系統上的應用[J].科技廣場，2015，（3）：96-98.

[7]張忠興.西門子840D系統的備份新方法-USB移動硬盤盒備份法[J].汽車工藝與材料，2009，（1）：58-60.

[8]戴正陽.基于PLC的西門子840D系統數控機床故障診斷分析[J].電子測試，2013，（7x）：94-95.