数控设备故障的诊断与维修方法

在数控设备使用越来越广泛，随之而来的是如何保证设备的有效利用率，设备出现故障时，要尽快将设备恢复正常使用。为了解决这个问题，首先要求维修人员应该有很高的素质，不但要求具有丰富的专业知识，如机电一体化技术、计算机原理、数控技术、PLC技术、自控技术、拖动原理、液压技术等，还要掌握机械加工常识和数控装置的简单编程，另外还要具有一定的英语水平，能够阅读英文技术资料。要有足够的资料，包括机、电、液图纸，机床参数备份，系统使用维修手册，PLC梯形图等。还要有一定量的备件。另外需要维修人员具有一定的经验，掌握一定的维修方法。笔者从事数控设备维修多年，积累了一定的经验，总结一套维修数控设备的方法，现介绍如下以供参考。要搞清故障现象当数控设备出现故障时，首先要搞清故障现象，向操作人员了解第一次出现故障时的情况，在可能的情况下观察故障发生的过程，观察故障是在什么情况下发生的，怎么发生的，引起怎样的后果。只有了解到第一手情况，才有利于故障的排除，把故障过程搞清了，问题就解决一半了。搞清了故障现象，然后根据机床和数控系统的工作原理，就可以很快地确诊问题所在并将故障排除，使设备恢复正常使用。如，一台采用美国BRYANT公司TEACHABLEⅢ系统的数控外圆磨床在自动加工时，砂轮将修整器磨掉一块。为了观察故障现象并防止意外再次发生，将砂轮拆下运行机床，这时再观察故障现象，发现在自动磨削加工时，磨削正常没有问题，工件磨削完之后，修整砂轮时，砂轮正常进给，而砂轮修整器旋转非常快，很快就压上限位开关，如果这时砂轮没拆，肯定砂轮又要撞到修整器上。根据机床的工作原理，砂轮修整器由E轴伺服电机带动，用旋转编码器作为位置反馈元件。正常情况下修整器修整砂轮时，Z轴滑台带动E轴修整器移动到修整位置，修整器做30°~120°的摆动来修整砂轮。我们多次观察故障现象发现，E轴在压上限位开关时，在屏幕上E轴的坐标值只有60°左右，而实际位置大概在180°左右，显然是位置反馈出现问题，但更换了位控板和编码器都没有解决问题。我们又经过反复的观察和试验，发现：E轴修整器在Z轴的边缘时，回参考点和旋转摆动都没有问题，要利用系统的报警信息现在数控系统的自诊断能力越来越强，设备的大部分故障数控系统都能够诊断出来，并采取相应的措施，如停机等，一般都能产生报警显示。当数控设备出现故障时，有时在显示器上显示报警信息，有时在数控装置上、PLC装置上和驱动装置上还会有报警指示。这时要根据手册对这些报警信息进行分析，有些根据报警信息就可直接确认故障原因，只要搞清报警信息的内容，就可排除数控设备出现的故障。如，一台采用德国SIEMENS810系统的数控沟道磨床，开机后就产生1号报警显示“BATTERYALARMPOWERSUPPLY”，很明显指示数控系统断电保护电池没电，更换新的电池后(注意：一定要在系统带电的情况下更换电池)，将故障复位，机床恢复使用。另一台采用SIEMENS3系统的数控磨床，开机后屏幕没有显示，检查数控装置，发现CPU板上一个发光二极管闪烁，根据说明书，分析其闪烁频率，确认为断电保护电池电压低，更换电池后，重新启动系统故障消失。如，一台采用日本FANUC0TC系统的数控车床，出现2043号报警，显示“HYD.PRESSUREDOWN，指示液压系统压力低。根据报警信息，对液压系统进行检查，发现液压压力确实很低，对液压压力进行调整使机床恢复了正常使用。另一些故障的报警信息并不能反映故障的根本原因，而是反映故障的结果或者由此引起的其它问题，这时要经过仔细的分析和检查才能确定故障原因，下面的方法对这类故障及没有报警的一些故障的检测是行之有效的。要利用数控系统的PLC状态显示功能许多数控系统都有PLC状态显示功能，如西门子3系统PC菜单下的PCSTATUS，西门子810系统DIAGNOSIS菜单下的PLCSTATUS功能，以及发那科0T系统DGNOSPARAM功能的PMC状态显示功能等，利用这些功能可显示PLC的输入、输出、定时器、计数器等的即时状态和内容。根据机床的工作原理和机床厂家提供的电气原理图，通过监视相应的状态，就可确诊一些故障。如，一台采用日本FANUC0TC的数控车床，一次出现故障，开机就出现2041号报警，指示X轴超限位的报警，但观察X轴并没有超限位，并且X轴的限位开关也没有压下，但利用NC系统的PMC状态显示功能，检查X轴限位开关的PMC输入X0.0的状态为“1”，开关触点确实已经接通，说明开关出现了问题，更换新的开关后，机床故障消除。如，一台采用日本MITSUBINSHIMELDASL3系统的数控车床，一次出现故障，刀塔不旋转。根据刀塔的工作原理，刀塔旋转时，首先靠液压缸将刀塔浮起，然后才能旋转。观察故障现象，当手动按下刀塔旋转的按钮时，刀塔根本没有反应，也就是说，刀塔没有浮起，根据电气原理图，PLC的输出Y4.4控制继电器K44来控制电磁阀，电磁阀控制液压缸使刀塔浮起，首先通过NC系统的PLC状态显示功能，观察Y4.4的状态，当按下手动刀塔旋转按钮时，其状态变为“1”，没有问题，继续检查发现，是其控制的直流继电器K44的触点损坏，更换新的继电器，刀塔恢复了正常工作。要利用机床厂家提供的PLC梯形图数控设备出现的大部分故障都是通过PLC装置检查出来的，PLC检测故障的机理就是通过运行机床厂家为特定机床编制的PLC梯形图(即程序)，根据各种输入、输出状态进行逻辑判断，如果发现问题，产生报警并在显示器上产生报警信息。所以对一些PLC产生报警的故障，或一些没有报警的故障，可以通过分析PLC的梯形图对故障进行诊断，利用NC系统的梯图显示功能或者机外编程器在线跟踪梯形图的运行，可提高诊断故障的速度和准确性。如，一台采用SIEMENS810系统的数控磨床，一次出现故障，开机后机床不回参考点并且没有故障显示，检查控制面板发现分度装置落下的指示灯没亮，这台机床为了安全起见，只要分度装置没落下，机床的进给轴就不能运动。但检查分度装置，已经落下没有问题。根据机床厂家提供PLC梯形图，PLC的输出A7.3控制面板上的分度装置落下指示灯。用编程器在线观察梯形图的运行，发现F143.4没有闭合，致使A7.3的状态为“0”。F143.4指示工件分度台在落下位置，继续检查发现由于输入E13.2没有闭合导致F143.4的状态为“0”。根据电气原理图，PLC输入E13.2接的是检测工件分度装置落下的接近开关36PS13，将分度装置拆开，发现机械装置有问题，不能带动驱动接近开关的机械装置运动，所以E13.2始终不能闭合。将机械装置维修好后，机床恢复了正常使用。一台采用SIEMENS3TT系统的数控铣床，在自动循环加工过程中，工件已加工完毕，工作台正要旋转，主轴还没有退到位，这时第二工位主轴停转，自动循环中断，产生报警F97“SPINDLE1SPEEDNOTOKSTATION2”和F98“SPINDLE2SPEEDNOTOKSTATION2”，表示第二工位两个主轴速度不正常。但对主轴系统进行检测并没有发现问题。为了确定故障原因，用机外编程器动态监视机床PLC梯形图的运行，根据逻辑关系进行检查，最后发现是第二工位的工件卡紧液压压力开关，E21.1在出现故障的瞬间其状态发生变化，由“1”信号瞬间变成“0”信号，紧接着又变成“1”信号，E21.1接的是压力开关P21.1，它的状态变成“0”，信号指示工件没有卡紧，所以主轴停转，自动循环停止。由于工件的卡紧是由液压来完成的，对液压系统进行检查，发现压力有些不稳，对液压系统进行调整，使之稳定，机床恢复了正常工作。这个故障的报警信息反映的是由于液压不稳造成的主轴停转的现象，而没有反映液压不稳的故障根源。以上两种方法对机床侧故障的检测是非常有效的，因为这些故障无非是检测开关、继电器、电磁阀的损坏或者机械执行结构出现问题，这些问题基本都可以根据PLC程序，通过检测其相应的状态来确认故障点。而遇到一些系统故障时，有时情况比较复杂，采用以下的方法及检测原则可快速确认故障点。利用交换法准确定位故障点对于一些涉及到控制系统的故障，有时不容易确认哪一部分有问题，在确保没有进一步损坏的情况下，用备用控制板代换被怀疑有问题的控制板，是准确定位故障点的有效办法，有时与其它机床上同类型控制系统的控制板互换会更快速诊断故障(这时要保证不会把好的板子损坏)。如，一台采用美国BRYANT公司TEACHABLEⅢ系统的数控内圆磨床，一次出现故障，在E轴运动时，出现报警：EAXISEXCESSFOLLOWINGERROR，这个报警的含义是E轴位移的跟随误差超出设定范围。由于E轴一动就产生这个报警，E轴无法回参考点。手动移动E轴，观察故障现象，当E轴运动时，屏幕上显示E轴位移的变化，当从0走到14时，屏幕上的数值突然跳变到471。反向运动时也是如此，当达到-14时，也跳变到471。这时出现上述报警，进给停止。经分析可能是E轴位置反馈系统的问题，这包括E轴编码器、连接电缆、数控系统的位控板以及数控系统CPU板等，为了尽快发现问题，本着先简单后复杂的原则，首先更换位控板，这时故障消除。这台机床另一次X轴出现这个报警，首先更换位控板，故障没有排除，因此怀疑编码器的损坏可能性比较大，当拆下编码器时发现，其联轴节已断开，更换新的联轴节，故障消除。要本着先外围后内部、先机械后电气、先简单后复杂、先静后动、先公用后专用、先查软件后查硬件的原则检查故障对于数控设备出现较复杂的故障，特别是涉及到控制系统时，应用这些原则可简化故障的诊断过程，避免走弯路。有时这些原则应该结合使用，这样才能使故障尽快排除。如，一台采用SIEMENS3系统的数控磨床，在回参考点时，X轴找不到参考点，最后出现X轴超限位报警，本着先外围后内部的原则，首先检查X轴的零点开关，正常没有问题，观察故障现象，X轴压上限位开关后，也能减速；之后根据先简单后复杂的原则，先检查NC系统的位控板，因为反馈硬件采用的是光栅尺，所以在位控板上，X轴、Y轴各加了一块EXE处理板，首先将X轴与Y轴的EXE板互换，这时开机测试，X轴回参考点正常，故障转移到Y轴上，Y轴找不到参考点，故障现象相同，从而确认EXE板有问题，更换EXE板故障消除。如，一台采用SIEMENS810系统的数控淬火机床，一次出现故障，开机回参考点，走X轴时，出现报警1680“SERVOENABLETRAV.AXISX”，手动走X轴也出现这个报警，检测伺服装置，发现有过载报警指示。根据西门子说明书产生这个故障的原因是机械负载过大、伺服控制电源出现问题、伺服电机出现故障等，本着先机械后电气的原则，首先检测X轴滑台，手动盘动X轴滑台，发现非常沉，盘不动，肯定是机械部分出现了问题。将X轴滚珠丝杠拆下检测，发现滚珠丝杠已锈蚀，原来是滑台密封不好，淬火液进入滚珠丝杠，造成滚珠丝杠的锈蚀，更换新的滚珠丝杠故障消除。如，一台采用SIEMENS3系统的数控磨床，一段时间在自动加工过程中，经常中途停止自动循环，并且出现报警114“SERVOLOOPHARDWARE”，指示Y轴伺服系统出现问题，根据手册说明，是伺服测量反馈系统的问题。为了进一步确认故障，本着先静后动的原则，机床开机回完参考点后，机床不进行任何操作处于等待状态，这时机床并不出现报警，当进行自动加工时，偶尔就出现这个报警，并且每次都是在运动到190mm左右时出现报警，因为这台机床的X轴和Y轴的位置反馈采用的是光栅尺，其引出电缆与滑台一同运动，因此怀疑该电缆经常运动而使一些信号线折断，在运动到一定位置时断开产生报警，经检查证实了这一判断，更换新的电缆后，故障消除。这台机床另一次出现这个故障，在静止观察时就出现这个报警，因此怀疑控制板有问题，将位控板上Y轴的EXE板与X轴的对换，这时开机测试，故障转移到X轴上，说明原Y轴的EXE板损坏，更换新的EXE板故障消除。上面介绍了几种检测数控设备故障的常用方法，还会有许多其它方法，但解决数控设备出现的问题最关键的也是最核心的是应该掌握数控系统的工作原理及机床的工作原理，这样在处理数控设备出现的问题时，才能得心应