檢測數控設備故障的常用方法總結

現在數控設備使用越來越廣泛，隨之而來的是如何保證設備的有效利用率，設備出現故障時，要盡快將設備恢復正常使用。為了解決這個問題，首先要求維修人員應該有很高的素質，不但要求具有豐富的專業知識，如機電一體化技術、計算機原理、數控技術、PLC技術、自控技術、拖動原理、液壓技術等，還要掌握機械加工常識和數控裝置的簡單編程，另外還要具有一定的英語水平，能夠閱讀英文技術資料。要有足夠的資料，包括機、電、液圖紙，機床參數備份，系統使用維修手冊，PLC梯形圖等。還要有一定量的備件。另外需要維修人員具有一定的經驗，掌握一定的維修方法。筆者從事數控設備維修多年，積累了一定的經驗，總結一套維修數控設備的方法，現介紹如下以供參考。
    要搞清故障現象  
    當數控設備出現故障時，首先要搞清故障現象，向操作人員了解第一次出現故障時的情況，在可能的情況下觀察故障發生的過程，觀察故障是在什么情況下發生的，怎么發生的，引起怎樣的后果。只有了解到第一手情況，才有利于故障的排除，把故障過程搞清了，問題就解決一半了。搞清了故障現象，然后根據機床和數控系統的工作原理，就可以很快地確診問題所在并將故障排除，使設備恢復正常使用。
    如，一臺采用美國BRYANT公司TEACHABLE Ⅲ系統的數控外圓磨床在自動加工時，砂輪將修整器磨掉一塊。為了觀察故障現象并防止意外再次發生，將砂輪拆下運行機床，這時再觀察故障現象，發現在自動磨削加工時，磨削正常沒有問題，工件磨削完之后，修整砂輪時，砂輪正常進給，而砂輪修整器旋轉非常快，很快就壓上限位開關，如果這時砂輪沒拆，肯定砂輪又要撞到修整器上。根據機床的工作原理，砂輪修整器由E軸伺服電機帶動，用旋轉編碼器作為位置反饋元件。正常情況下修整器修整砂輪時，Z軸滑臺帶動E軸修整器移動到修整位置，修整器做30°~120°的擺動來修整砂輪。我們多次觀察故障現象發現，E軸在壓上限位開關時，在屏幕上E軸的坐標值只有60°左右，而實際位置大概在180°左右，顯然是位置反饋出現問題，但更換了位控板和編碼器都沒有解決問題。我們又經過反復的觀察和試驗，發現：E軸修整器在Z軸的邊緣時，回參考點和旋轉擺動都沒有問題，要利用系統的報警信息
    現在數控系統的自診斷能力越來越強，設備的大部分故障數控系統都能夠診斷出來，并采取相應的措施，如停機等，一般都能產生報警顯示。當數控設備出現故障時，有時在顯示器上顯示報警信息，有時在數控裝置上、PLC裝置上和驅動裝置上還會有報警指示。這時要根據手冊對這些報警信息進行分析，有些根據報警信息就可直接確認故障原因，只要搞清報警信息的內容，就可排除數控設備出現的故障。
    如，一臺采用德國SIEMENS 810系統的數控溝道磨床，開機后就產生1號報警顯示“BATTERY ALARM POWER SUPPLY”，很明顯指示數控系統斷電保護電池沒電，更換新的電池后(注意：一定要在系統帶電的情況下更換電池)，將故障復位，機床恢復使用。另一臺采用SIEMENS 3系統的數控磨床，開機后屏幕沒有顯示，檢查數控裝置，發現CPU板上一個發光二極管閃爍，根據說明書，分析其閃爍頻率，確認為斷電保護電池電壓低，更換電池后，重新啟動系統故障消失。
    如，一臺采用日本FANUC 0TC系統的數控車床，出現2043號報警，顯示“HYD. PRESSURE DOWN"，指示液壓系統壓力低。根據報警信息，對液壓系統進行檢查，發現液壓壓力確實很低，對液壓壓力進行調整使機床恢復了正常使用。
    另一些故障的報警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的結果或者由此引起的其它問題，這時要經過仔細的分析和檢查才能確定故障原因，下面的方法對這類故障及沒有報警的一些故障的檢測是行之有效的。
    要利用數控系統的PLC狀態顯示功能
   許多數控系統都有PLC狀態顯示功能，如西門子3系統PC菜單下的PC STATUS，西門子810系統DIAGNOSIS菜單下的PLC STATUS功能，以及發那科0T系統DGNOS PARAM 功能的PMC狀態顯示功能等，利用這些功能可顯示PLC的輸入、輸出、定時器、計數器等的即時狀態和內容。根據機床的工作原理和機床廠家提供的電氣原理圖，通過監視相應的狀態，就可確診一些故障。
    如，一臺采用日本FANUC 0TC的數控車床，一次出現故障，開機就出現2041號報警，指示X軸超限位的報警，但觀察X軸并沒有超限位，并且X軸的限位開關也沒有壓下，但利用NC系統的PMC狀態顯示功能，檢查X軸限位開關的PMC輸入X0.0的狀態為“1”，開關觸點確實已經接通，說明開關出現了問題，更換新的開關后，機床故障消除。
    如，一臺采用日本MITSUBINSHI MELDAS L3系統的數控車床，一次出現故障，刀塔不旋轉。根據刀塔的工作原理，刀塔旋轉時，首先靠液壓缸將刀塔浮起，然后才能旋轉。觀察故障現象，當手動按下刀塔旋轉的按鈕時，刀塔根本沒有反應，也就是說，刀塔沒有浮起，根據電氣原理圖，PLC的輸出Y4.4控制繼電器K44來控制電磁閥，電磁閥控制液壓缸使刀塔浮起，首先通過NC系統的PLC狀態顯示功能，觀察Y4.4的狀態，當按下手動刀塔旋轉按鈕時，其狀態變為“1”，沒有問題，繼續檢查發現，是其控制的直流繼電器K44的觸點損壞，更換新的繼電器，刀塔恢復了正常工作。
要利用機床廠家提供的PLC梯形圖
    數控設備出現的大部分故障都是通過PLC裝置檢查出來的，PLC檢測故障的機理就是通過運行機床廠家為特定機床編制的PLC梯形圖(即程序)，根據各種輸入、輸出狀態進行邏輯判斷，如果發現問題，產生報警并在顯示器上產生報警信息。所以對一些PLC產生報警的故障，或一些沒有報警的故障，可以通過分析PLC的梯形圖對故障進行診斷，利用NC系統的梯圖顯示功能或者機外編程器在線跟蹤梯形圖的運行，可提高診斷故障的速度和準確性。
    如，一臺采用SIEMENS 810系統的數控磨床，一次出現故障，開機后機床不回參考點并且沒有故障顯示，檢查控制面板發現分度裝置落下的指示燈沒亮，這臺機床為了安全起見，只要分度裝置沒落下，機床的進給軸就不能運動。但檢查分度裝置，已經落下沒有問題。根據機床廠家提供PLC梯形圖，PLC的輸出A7.3控制面板上的分度裝置落下指示燈。用編程器在線觀察梯形圖的運行，發現F143.4沒有閉合，致使A7.3的狀態為“0”。F143.4指示工件分度臺在落下位置，繼續檢查發現由于輸入E13.2沒有閉合導致F143.4的狀態為“0”。根據電氣原理圖，PLC輸入E13.2接的是檢測工件分度裝置落下的接近開關36PS13，將分度裝置拆開，發現機械裝置有問題，不能帶動驅動接近開關的機械裝置運動，所以E13.2始終不能閉合。將機械裝置維修好后，機床恢復了正常使用。
    一臺采用SIEMENS 3TT系統的數控銑床，在自動循環加工過程中，工件已加工完畢，工作臺正要旋轉，主軸還沒有退到位，這時第二工位主軸停轉，自動循環中斷，產生報警F97“SPINDLE1 SPEED NOT OK STATION2”和F98“SPINDLE2 SPEED NOT OK STATION2”，表示第二工位兩個主軸速度不正常。但對主軸系統進行檢測并沒有發現問題。為了確定故障原因，用機外編程器動態監視機床PLC梯形圖的運行，根據邏輯關系進行檢查，最后發現是第二工位的工件卡緊液壓壓力開關，E21.1在出現故障的瞬間其狀態發生變化，由“1”信號瞬間變成“0”信號，緊接著又變成“1”信號，E21.1接的是壓力開關P21.1，它的狀態變成“0”，信號指示工件沒有卡緊，所以主軸停轉，自動循環停止。由于工件的卡緊是由液壓來完成的，對液壓系統進行檢查，發現壓力有些不穩，對液壓系統進行調整，使之穩定，機床恢復了正常工作。這個故障的報警信息反映的是由于液壓不穩造成的主軸停轉的現象，而沒有反映液壓不穩的故障根源。

  以上兩種方法對機床側故障的檢測是非常有效的，因為這些故障無非是檢測開關、繼電器、電磁閥的損壞或者機械執行結構出現問題，這些問題基本都可以根據PLC程序，通過檢測其相應的狀態來確認故障點。而遇到一些系統故障時，有時情況比較復雜，采用以下的方法及檢測原則可快速確認故障點。
    利用交換法準確定位故障點
    對于一些涉及到控制系統的故障，有時不容易確認哪一部分有問題，在確保沒有進一步損壞的情況下，用備用控制板代換被懷疑有問題的控制板，是準確定位故障點的有效辦法，有時與其它機床上同類型控制系統的控制板互換會更快速診斷故障(這時要保證不會把好的板子損壞)。
    如，一臺采用美國BRYANT公司TEACHABLE Ⅲ系統的數控內圓磨床，一次出現故障，在E軸運動時，出現報警："E AXIS EXCESS FOLLOWING ERROR"，這個報警的含義是E軸位移的跟隨誤差超出設定范圍。由于E軸一動就產生這個報警，E軸無法回參考點。手動移動E軸，觀察故障現象，當E軸運動時，屏幕上顯示E軸位移的變化，當從0走到14時，屏幕上的數值突然跳變到471。反向運動時也是如此，當達到 -14時，也跳變到471。這時出現上述報警，進給停止。經分析可能是E軸位置反饋系統的問題，這包括E軸編碼器、連接電纜、數控系統的位控板以及數控系統CPU板等，為了盡快發現問題，本著先簡單后復雜的原則，首先更換位控板，這時故障消除。這臺機床另一次X軸出現這個報警，首先更換位控板，故障沒有排除，因此懷疑編碼器的損壞可能性比較大，當拆下編碼器時發現，其聯軸節已斷開，更換新的聯軸節，故障消除。
    要本著先外圍后內部、先機械后電氣、先簡單后復雜、先靜后動、先公用后專用、先查軟件后查硬件的原則檢查故障
    對于數控設備出現較復雜的故障，特別是涉及到控制系統時，應用這些原則可簡化故障的診斷過程，避免走彎路。有時這些原則應該結合使用，這樣才能使故障盡快排除。
    如，一臺采用SIEMENS 3系統的數控磨床，在回參考點時，X軸找不到參考點，最后出現X軸超限位報警，本著先外圍后內部的原則，首先檢查X軸的零點開關，正常沒有問題，觀察故障現象，X軸壓上限位開關后，也能減速；之后根據先簡單后復雜的原則，先檢查NC系統的位控板，因為反饋硬件采用的是光柵尺，所以在位控板上，X軸、Y軸各加了一塊EXE處理板，首先將X軸與Y軸的EXE板互換，這時開機測試，X軸回參考點正常，故障轉移到Y軸上，Y軸找不到參考點，故障現象相同，從而確認EXE板有問題，更換EXE板故障消除。
    如，一臺采用SIEMENS 810系統的數控淬火機床，一次出現故障，開機回參考點，走X軸時，出現報警1680“SERVO ENABLE TRAV. AXIS X”，手動走X軸也出現這個報警，檢測伺服裝置，發現有過載報警指示。根據西門子說明書產生這個故障的原因是機械負載過大、伺服控制電源出現問題、伺服電機出現故障等，本著先機械后電氣的原則，首先檢測X軸滑臺，手動盤動X軸滑臺，發現非常沉，盤不動，肯定是機械部分出現了問題。將X軸滾珠絲杠拆下檢測，發現滾珠絲杠已銹蝕，原來是滑臺密封不好，淬火液進入滾珠絲杠，造成滾珠絲杠的銹蝕，更換新的滾珠絲杠故障消除。
   如，一臺采用SIEMENS 3系統的數控磨床，一段時間在自動加工過程中，經常中途停止自動循環，并且出現報警114“SERVO LOOP HARDWARE”，指示Y軸伺服系統出現問題，根據手冊說明，是伺服測量反饋系統的問題。為了進一步確認故障，本著先靜后動的原則，機床開機回完參考點后，機床不進行任何操作處于等待狀態，這時機床并不出現報警，當進行自動加工時，偶爾就出現這個報警，并且每次都是在運動到190mm左右時出現報警，因為這臺機床的X軸和Y軸的位置反饋采用的是光柵尺，其引出電纜與滑臺一同運動，因此懷疑該電纜經常運動而使一些信號線折斷，在運動到一定位置時斷開產生報警，經檢查證實了這一判斷，更換新的電纜后，故障消除。這臺機床另一次出現這個故障，在靜止觀察時就出現這個報警，因此懷疑控制板有問題，將位控板上Y軸的EXE板與X軸的對換，這時開機測試，故障轉移到X軸上，說明原Y軸的EXE板損壞，更換新的EXE板故障消除。
    上面介紹了幾種檢測數控設備故障的常用方法，還會有許多其它方法，但解決數控設備出現的問題最關鍵的也是最核心的是應該掌握數控系統的工作原理及機床的工作原理，這樣在處理數控設備出現的問題時，才能得心應手，在這基礎上對故障進行觀察、思考、檢查、分析、確診，最終排除故障。當修整器移動到Z軸滑臺中間時，手動旋轉就出現故障。根據這個現象斷定可能是由于E軸的編碼器經常隨修整器在Z軸往返移動，而使編碼器的電纜中的某些線折斷，導致電纜隨修整器的位置不同，在Z軸邊緣時，接觸良好，不出現故障，而在Z軸的中間時，有的信號線斷開，將反饋脈沖丟失?；谶@種判斷，我們開始校線，這時發現確實有幾根線接觸不良，找到斷線部位后，對斷線進行焊接并采取防折措施，重新開機測試，故障消除，機床恢復了正常使用。