數控機床常見故障處理方法

閆麗娟

（常德紡織機械有限公司，湖南常德 415004）

0 引言

隨著科技的進步，尤其是物聯網的推進，使數控機床與企業生產聯系越來越緊密，數控機床在企業生產中擔當著不可或缺的重要地位。由于數控機床柔性好、自動化程度高、勞動強度低、生產效率高、故障率低，能夠產生良好的經濟效益，所以深受企業的喜愛。數控機床的故障停機，直接影響著設備利用率，同時牽動著整個生產進度。及時準確解決機床故障，快速恢復生產是企業發展所需。由于數控機床是集機、電、氣、液、光一體化的產品，結構復雜，變化多樣，同一種故障可能有多種不同的原因，從而導致維修困難。

1 數控機床常見故障分析

1.1 數控機床回參考點故障

數控機床位置檢測裝置如果采用絕對編碼器時，由于系統斷電后位置檢測裝置靠電池來維持坐標值實際位置的記憶，所以機床開機時，不需要進行返回參考點操作。目前，大多數數控機床采用增量編碼器作為位置檢測裝置，系統斷電后，工件坐標系的坐標值就失去記憶，機械坐標值盡管靠電池維持坐標值的記憶，但只是記憶機床斷電前的坐標值而不是機床的實際位置，所以機床首次開機后要進行返回參考點操作。

數控機床回參考點常見故障現象和原因：

（1）機床回零過程沒有減速動作或一直以減速回零，一般是因為減速開關及接線故障。

（2）機床回零動作正常，但系統得不到一轉信號，原因可能是電機編碼器及接線或系統軸板故障。

（3）多次返回參考點重復位置精度很差。原因可能是：伺服電機與絲桿的聯軸器松動；電機扭矩過低或由于伺服調節不良，引起跟蹤誤差過大；編碼器供電電壓太低；零脈沖不良；傳動鏈間隙增大。

（4）數控機床回參考點發生螺距偏移。原因可能是：減速開關和減速擋塊安裝位置不當，使得減速信號與零脈沖信號過近，會發生單個螺距偏移[1]。調整減速開關或減速擋塊的位置，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。

1.2 數控機床系統報警

數控機床系統報警時，充分利用機床自診斷功能，根據報警提示，查閱資料和機床診斷頁面，結合現場實際情況，由易到難、由外到內、由機械到電氣，同時不要忽略從操作人員那里了解故障發生的過程和現象，一點點排查，找到故障點。

1.3 數控機床絕對位置丟失故障

數控機床位置檢測裝置采用絕對編碼器，系統斷電后位置檢測裝置靠電池來維持坐標值實際位置的記憶，由于電池電壓低原因，導致位置檢測裝置失電，從而丟失坐標位置的記憶。處理辦法：①更換電池；②針對不同數控系統和驅動器的特點，使用不同的方法，重新設置機械軸零點。

1.4 數控機床換刀故障

由于換刀動作在數控機床操作中使用比較頻繁，所以換刀故障是數控機床中比較常見的故障之一。數控機床刀庫故障、主軸故障、機械手故障都會導致換刀失敗。由刀庫故障引起的換刀故障現象有：刀庫找不到刀號，一直旋轉不停；刀庫不轉；刀套擺動故障等。由主軸故障引起的換刀故障現象有：主軸刀具松緊刀故障；主軸定向不準等。由機械手故障引起的換刀故障現象有：機械手旋轉角度不到位；機械手位置錯誤等。針對不同故障現象，根據換刀流程，查找原因，解決故障。

2 數控機床常見故障實例

例1：FP2NC 針模銑床，FANUC-0MD 系統，Z 軸回零過程中一直低速移動，直至超硬限位報警。對于FANUC 系統外圍故障維修，一般通過查閱PMC 狀態參數來查找故障點。FANUCOMD 系統回零對應PMC 的輸入點是固定的：X 軸回零減速信號對應輸入點X16.5；Y 軸回零減速信號對應輸入點X17.5；Z軸回零減速信號對應輸入點X18.5。正常情況下X16.5、X17.5、X18.5 信號為1，只有回零過程中擋塊壓零點開關時候才應該為0。

正?；貐⒖键c過程是：機床Z 軸向參考點方向移動，擋塊壓回零開關，常閉點斷開，診斷參數X18.5 由1 變為0。機床開始減速前行，脫離零點開關常閉點閉合，X18.5 由0 變為1。開始尋找一轉信號，以低速移動一個柵格偏移量，找到參考點，回零完成。機床出現回零故障時，打開機床診斷畫面，發現X18.5 一直為0。拆下Z 軸罩殼，檢查零點開關，開關一直壓下，用手反復按壓，沒有彈回。經判斷是開關損壞，更換開關，回零正常。

例2：QTN150/500U 數控車床，馬扎克640T NEXUS 系統，出現刀塔驅動器報警。經過診斷，刀塔驅動器損壞，需要更換新的驅動器。新的驅動器需要設置參數和機械零點。刀塔采用三菱MRJ2-CT 驅動器，新驅動器設置需要3 步[2]：

（1）驅動器初始化。關機情況下，將旋轉開關旋至【7】，開機，驅動器開始初始化，完成初始化后出現報警。關機，參照拆下來的驅動器設置，將旋轉開關旋至【1】。

（2）驅動器參數寫入。由于驅動器參數曾經在機床電腦里做過備份，只需要利用軟件MR-J2-CT software 進行參數寫入即可。參數寫入方法：進入機床電腦界面→點擊開始菜單→選擇所有程序→選擇MR-J2-CT Setup Software→點擊MR-J2-CT Setup Software→彈出軟件畫面→點擊軸選擇菜單→選擇刀塔→打開參數→點擊文件→選擇打開→找到文件夾J2ctbus→選擇TURES.PRM→選中所有帶*的文件→點擊全部寫入菜單→寫入完成后退出軟件→關機10 s→開機，驅動器參數設置已經完成。

（3）刀塔零點設置。此時驅動器報警零點丟失，需進行刀塔零點設置。方法如下：手動模式→刀塔松開→點擊MACHINE 按鍵→點擊維修菜單→按壓MF1 鍵和刀箱模式菜單鍵，直到點亮刀箱模式→按ToolSELEECT（F/H）鍵，使刀塔旋轉至零點（此機床刀塔零點為1 號刀位置，零點曾經做過刻度標記。）→按壓MF1 鍵和刀箱模式鍵，直到刀箱模式熄滅→點擊MACHINE 按鍵→點擊刀塔夾緊→點擊刀塔松開→按壓MF1 鍵和刀箱模式鍵，直到點亮刀箱模式→按壓MF1 鍵和刀箱原點設定鍵→按壓ToolSELEECT（F/H）鍵不松開，一直等到刀塔旋轉到自動停止為止→按ToolSELEECT（F/H）鍵，使刀塔旋轉至零點→按壓MF1 鍵和刀箱模式鍵，直到刀箱模式熄滅→點擊MACHINE 按鍵→點擊刀塔夾緊→關機，零點設置完成。對于三菱MR-J2-CT 驅動器，由于參數需要電池保持，需要定期更換電池，發現驅動器顯示AL 23 01報警時，要及時更換電池，防止因電池電壓低導致的零點丟失。

例3：XHZ2316/8 龍門式加工中心，西門子840D 系統，加工中出現報警：“21612 通道%1 軸%2 進給時VDI 信號驅動使能復位”。引起使能關閉的原因有很多，首先從最簡單的外圍開始查找，從PLC 的I/O 狀態診斷里，排除了立臥轉換、松刀和緊刀等外圍信號異?！，F場觀察發現，復位后報警消除，主軸旋轉功率表顯示異常，主軸空轉功率波動很大，主軸一旦帶負載，馬上出現21612 報警。主軸空轉電流測試：主軸轉速S=50 時，用鉗流表測量電機電流為50 A；主軸轉速S=1000 時，用鉗流表測量電機電流為100 A，該電機正常工作電流應該在50 A 左右，電流完全超出正常值。編碼器、電機、驅動器、負載任何一個故障都可能導致這個現象。首先測試負載，脫開機械負載，進行測試，發現電機抖動厲害，經過查閱資料發現，主軸是全閉環控制，有外置編碼器，機械脫開了外置編碼器，所以才會抖動，用手轉動負載，感覺還算靈活。其次更換電機尾部編碼器，故障依舊。借調驅動器進行測試，故障依舊。排除了負載、驅動器、電機尾部編碼器，最后將目標鎖定為電機。電機尾部編碼器安裝在電機的尾部，和電機同軸。為了進一步確定是電機損壞，排除尾部編碼器的干擾，拆下電機，屏蔽編碼器，用V/F 控制方式進行電機測試。修改機床驅動參數：參數1011 由0 修改為1 則為無編碼器模式；控制方式1014 由0 修改為V/F 控制方式有效；1100 由3200修改為8000 此為頻率脈沖數。修改參數后電機啟動測試，主軸轉速S=50 時，旋轉平穩，用鉗流表測量電機電流無顯示；主軸轉速S=100 時，旋轉平穩，用鉗流表測量電機電流為20 A；主軸轉速S=150 時，電機出現飛車，迅速按下急停。通過V/F 控制方式測試，確定電機正常。所有的問題都聚焦于尾部編碼器，雖然尾部編碼器是新的，也不能排除故障的可能性，決定重新更換此編碼器。在拆卸編碼器的時候，發現編碼器和電機連接存在松動現象。拆下編碼器檢查發現，由于新購編碼器配備的固定螺絲和原裝編碼器螺絲長度有5 mm 的差異，導致螺絲長度超過螺孔范圍，螺絲沒有完全擰入軸孔，使安裝的編碼器沒有到位。由于電機和編碼器不同步，導致電機運轉異常，從而出現報警。由于安裝的疏忽，備件的不一樣，導致此次維修多走了很多彎路。拆下螺絲進行修磨，修磨后，編碼器安裝到位，故障解決。

例4：FDX2NC85-A 加工中心，FANUC 0i-MB 系統，是一臺專門用來銑凸輪的設備。換刀過程中機械手旋轉60°后，機械手停止不換刀，換刀超時報警。FANUC 0i-MB 系統，配置A 點報警，可以通過查找PMC 的I/O 點狀態和根據梯形圖分析故障原因[3]。打開A 點報警，發現A2.3 點亮，打開PMC 梯形圖，查找A2.3 線圈，發現A2.3 線圈被點亮，經過邏輯分析，線圈得電的原因是X1.4 被點亮。查閱電氣原理圖，找出相關I/O 點對應的動作：X1.4 刀套夾緊、X1.5 刀套松開、Y2.1 刀套松開。Y2.1 刀套松開處于得電狀態，正常情況下X1.4 刀套夾緊檢測開關應該熄滅，X1.5 刀套松開檢測開關應該點亮。根據圖紙找到刀套松開控制閥LS76，用手按壓LS76 閥，X1.4 和X1.5 交替點亮，說明閥沒有損壞。Y2.1 有輸出，控制閥LS76 卻沒有動作，查找線路，最后發現控制LS76 的中間繼電器損壞，更換繼電器。使用PMC 強制輸出功能，當前換刀在第5 步，按控制要求完成換刀流程。步驟如下：①設置參數。允許PMC 停止。打開SYSTEM→PMC→PMCPRM→SETING→修改RAM WRITE ENABLE 由0 改為1→修改ALLOW PMC STOP 由0 改為1→修改PMC STOP PMCDGN 由0 改為1；②停止PMC。在PMC 菜單下找到STOP項，按下STOP，防止強制操作時候PMC 自動運行；③強制輸出。打開PMC 信號狀態欄，光標移動到強制輸出的Y 地址，按下FORCE，即可實現Y 地址的強制輸出。按照換刀流程強制完成換刀；④運行PMC，點擊RUN 菜單；⑤還原參數，把第一步修改的參數進行恢復；⑥關機，開機恢復正常。

對于數控機床維修，當出現故障時，首先要借助于系統的自診斷功能查找故障原因，其次從操作人員處了解機床出現故障的情況。根據故障現象本著由簡到難，由外到內，由機械部分到電氣部分的原則進行。只要掌握數控機床相關工作原理和機床的機械結構，了解其操作方法、動作順序并對故障現象作充分調查和分析，就一定能找到故障的原因所在，檢查修理，排除故障，最終使機床恢復正常[4]。